唐元麗

（四川省建筑設(shè)計院，四川 成都 610000）

在建筑工程中，樓梯不僅是建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對于建筑結(jié)構(gòu)有著一定的影響和作用，并且在地震災害發(fā)生時，樓梯在建筑中也充當人們逃生主要通道的功能角色。根據(jù)我國地震災害的實際情況，在地震作用下，一些建筑房屋工程中，樓梯間往往先于建筑房屋主體結(jié)構(gòu)部分受到破壞影響，對于建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞發(fā)生有著很大的不利影響和作用，甚至有一些建筑房屋工程在地震作用影響下，還會出現(xiàn)建筑房屋主體結(jié)構(gòu)部分并沒有受到破壞，僅僅只發(fā)生樓梯間結(jié)構(gòu)破壞的情況。根據(jù)上述情況不難看出，樓梯間在建筑工程中對于主體結(jié)構(gòu)的影響作用，尤其是在地震災害的作用影響下，樓梯間的設(shè)計對于建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞影響作用更為關(guān)鍵。本文將通過建立地震作用相關(guān)模型，在進行樓梯結(jié)構(gòu)與建筑主體框架結(jié)構(gòu)之間相互影響關(guān)系的分析下，以實現(xiàn)地震作用下樓梯對框架結(jié)構(gòu)的影響分析。

1 地震作用下樓梯的破壞情況與原因分析

在地震災害作用下，建筑樓梯不僅是建筑的重要逃生通道，而且在建筑結(jié)構(gòu)中扮演著重要的角色，通常情況下，進行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對于樓梯的防災能力設(shè)計要求要比建筑主體結(jié)構(gòu)部分更高。

結(jié)合地震災害發(fā)生中，建筑樓梯的破壞情況，主要有結(jié)構(gòu)破壞以及非結(jié)構(gòu)破壞兩種類型。其中，建筑樓梯間的非結(jié)構(gòu)破壞，通常情況下主要表現(xiàn)為，樓梯間橫墻出現(xiàn)“X”型裂縫，或者是樓梯踏步與墻體連接處出現(xiàn)裂痕，出現(xiàn)局部倒塌。這種建筑樓梯非結(jié)構(gòu)破壞類型多是由于梯板斜向放置，梯板和樓梯間小柱將樓梯間填充墻分割得很零碎，而且樓梯間小柱未伸至上層梁底，或者是填充墻構(gòu)造措施不到位等多方面原因造成的。此外，建筑樓梯的非結(jié)構(gòu)破壞情況還包括，建筑樓梯的結(jié)構(gòu)本身并沒有發(fā)生破壞，但是由于建筑中其他結(jié)構(gòu)部分的破壞造成的樓梯結(jié)構(gòu)發(fā)生堵塞或者無法使用等。而建筑樓梯的結(jié)構(gòu)破壞情況，主要是指建筑樓梯結(jié)構(gòu)本身發(fā)生的破壞情況，包括樓梯結(jié)構(gòu)中的梯段板、平臺板、平臺梁和樓梯小柱等發(fā)生的破壞情況。比如，建筑樓梯梯段板斷裂、樓梯平臺梁跨中或者是平臺梁兩端部分出現(xiàn)明顯破壞等。通常情況下，造成建筑樓梯結(jié)構(gòu)性破壞發(fā)生的主要原因是在地震作用下，樓梯構(gòu)件對于框架結(jié)構(gòu)的支撐作用發(fā)生位移變化，導致對于框架結(jié)構(gòu)的支撐發(fā)生變形，支撐力矩超過樓梯構(gòu)件對于框架結(jié)構(gòu)的支撐設(shè)計力矩，從而造成樓梯在地震作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞情況。

2 框架結(jié)構(gòu)建筑模型的建立分析

本文對于地震作用下樓梯對于框架結(jié)構(gòu)的影響分析，主要是通過進行不同框架結(jié)構(gòu)模型的建立，并根據(jù)所建立的框架結(jié)構(gòu)模型通過地震作用實驗分析，在對于建筑樓梯對于框架結(jié)構(gòu)受力性能影響分析的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對于地震作用下樓梯對于框架結(jié)構(gòu)的影響分析。首先，本文中所建立的建筑框架結(jié)構(gòu)模型，是以某生活小區(qū)框架結(jié)構(gòu)房屋建筑為原型，在實驗分析中通過將該房屋建筑的結(jié)構(gòu)高度進行擴展的情況下，實現(xiàn)的三個不同高度框架結(jié)構(gòu)模型的建立實現(xiàn)。

其中，某生活小區(qū)房屋建筑工程的樓梯間設(shè)置，是以該建筑的框架結(jié)構(gòu)左右對稱位置進行兩個樓梯間的設(shè)置實現(xiàn)，在該建筑工程樓梯間的施工設(shè)計中，主要是以強度等級為C30的鋼筋混凝土材料作為主要構(gòu)件，并且鋼筋主筋采用的是HRB400進行施工設(shè)計應用。根據(jù)該小區(qū)房屋建筑工程結(jié)構(gòu)原型進行擴展的框架結(jié)構(gòu)建筑模型，主要是結(jié)構(gòu)樓層分別為3層、5層以及8層，單層建筑結(jié)構(gòu)高度為2.8米的建筑結(jié)構(gòu)模型，并且在不同高度的建筑結(jié)構(gòu)模型中，樓梯形式的設(shè)置也不相同，其中三層高度的框架結(jié)構(gòu)建筑中設(shè)置的是兩邊對稱的樓梯設(shè)置形式，而5層和8層高度的建筑結(jié)構(gòu)模型中，分別進行的是一邊樓梯和沒有樓梯的設(shè)置形式。根據(jù)上述對于框架結(jié)構(gòu)建筑模型的建立條件，結(jié)果可以得到三組共9個不同框架結(jié)構(gòu)模型。如圖1所示，為框架結(jié)構(gòu)建筑模型的平面示意圖。

在根據(jù)上述模型進行地震作用下樓梯對于框架結(jié)構(gòu)的受力性能影響分析實驗中，對于地震作用設(shè)置為地震強度等級為7級作用影響，而對于框架結(jié)構(gòu)建筑施工設(shè)計中的抗震等級指數(shù)的設(shè)置，采用三級抗震等級指數(shù)標準進行施工設(shè)計應用，此外，對于建筑場地的地震特征周期指數(shù)設(shè)置為0.45s，在此框架結(jié)構(gòu)建筑模型以及地震作用情況的設(shè)計下，使用SAP2000軟件進行計算，并進行建筑結(jié)構(gòu)模型的建立實現(xiàn)，對于所建立的建筑結(jié)構(gòu)模型中，建筑樓梯的結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一采用板式樓梯形式，進行實驗分析應用。

在模型實驗中，由于模型建立是以板式結(jié)構(gòu)樓梯形式為主進行建模分析的，并且樓梯房的布置是以建筑結(jié)構(gòu)對稱形式進行設(shè)置實現(xiàn)，因此，在進行地震作用下樓梯對于框架結(jié)構(gòu)的影響分析模型建立過程中，應以建筑樓梯房中構(gòu)造柱以及樓梯板、樓梯梁等結(jié)構(gòu)部分的模型建立設(shè)置為主，進行建模實驗和分析。

圖1 框架結(jié)構(gòu)建筑模型平面示意圖

3 地震作用下樓梯對框架結(jié)構(gòu)受力性能影響分析

根據(jù)上述所建立的地震作用下樓梯對框架結(jié)構(gòu)受力影響分析模型，實現(xiàn)對于樓梯與建筑主體結(jié)構(gòu)之間的非線性作用分析。首先，需要對于地震作用下，建筑結(jié)構(gòu)模型的荷載情況進行分析，然后根據(jù)荷載情況進行計算分析，以實現(xiàn)對于樓梯和建筑主體結(jié)構(gòu)之間非線性作用關(guān)系的分析。

圖2 地震作用實驗中地震波波形示意圖

表1三層高度模型不同樓梯形式模態(tài)實驗結(jié)果

3.1 地震作用下建筑結(jié)構(gòu)模型中荷載情況分析

對于地震作用下建筑模型中的荷載情況分布進行分析，并以此對于建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量點以及質(zhì)量進行設(shè)定，就可以實現(xiàn)對于建筑結(jié)構(gòu)模型狀態(tài)以及地震響應等的計算分析。首先，在針對上述建筑結(jié)構(gòu)模型進行地震作用實驗時，所使用的地震波為El-Centro地震波，對于三個建筑結(jié)構(gòu)模型按照兩個方面進行地震作用的施加，地震作用施加實驗中，每條地震波的間隔時間為0.02s，地震波持續(xù)時間為20s，加速度峰值為350gal。需要注意的是，在對于建筑結(jié)構(gòu)模型進行地震作用的施加實驗中，根據(jù)實驗中所需的不同地震等級要求，分別進行不同加速度峰值的施加，以實現(xiàn)對于7級中等地震作用的模擬實驗實現(xiàn)，和實現(xiàn)對于7級較小、7級較大地震作用的模擬實驗，如圖2所示，為地震作用施加實驗中，地震波的波形示意圖。

3.2 地震作用下樓梯對框架結(jié)構(gòu)受力性能的影響

根據(jù)上述的建筑結(jié)構(gòu)地震作用荷載情況，對于建立的三組9個建筑結(jié)構(gòu)模型分別進行地震作用荷載施加實驗，通過對于實驗模態(tài)的分析和地震作用實驗下建筑結(jié)構(gòu)模型的位移變化比較，就可以實現(xiàn)對于地震作用下樓梯對框架結(jié)構(gòu)受力性能的影響分析結(jié)果。如表1所示，為三層高度模型的三種不同樓梯形式模態(tài)實驗結(jié)果。

在表1中實驗模型1、2和3分別表示的是三層高度建筑結(jié)構(gòu)模型中兩側(cè)樓梯、一側(cè)樓梯以及不考慮樓梯的形式的實驗模型。根據(jù)表1中的三層高度模型實驗模態(tài)情況，結(jié)合對于其他不同高度模型的實驗模態(tài)結(jié)果，可以知道在不同高度模型的變形模態(tài)實驗結(jié)果基本相同，而如果按照樓梯斜板結(jié)構(gòu)考慮的框架結(jié)構(gòu)模型計算情況，模態(tài)變形結(jié)果的減小比率在1 0%左右。因此，在框架結(jié)構(gòu)建筑中，樓梯單元對于整體建筑結(jié)構(gòu)的影響作用非常關(guān)鍵，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如果對于樓梯單元地震結(jié)構(gòu)影響作用進行考慮設(shè)計，將會對于建筑結(jié)構(gòu)的剛度實現(xiàn)一定的增加。

此外，在上述模型結(jié)構(gòu)的地震作用實驗中，對于三種地震作用下的模型結(jié)構(gòu)受力位移變化計算中，三層高度以及五層高度的模型實驗中，位移變化的最大情況是出現(xiàn)在不進行樓梯作用考慮的一組實驗中，而位移變化最小的是在兩側(cè)都進行樓梯設(shè)置考慮的實驗中。根據(jù)這一位移變化計算結(jié)果，可以知道樓層越低，樓梯設(shè)置對于框架結(jié)構(gòu)位移變化影響越大。

結(jié)語

總之，進行地震作用下，考慮樓梯對于框架結(jié)構(gòu)整體剛度的影響分析，不僅有利于提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量水平，保證地震作用下建筑結(jié)構(gòu)的安全性，減少建筑結(jié)構(gòu)破壞對于地震危害性作用的增加影響，而且對于實際工程中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有一定的指導意義。

[1]張竹庭，高吉龍.地震作用下樓梯構(gòu)件剛度對框架結(jié)構(gòu)的影響分析 [J].江蘇建筑.2010（4）.

[2]孟凡林，孟祥瑞，張維學.考慮樓梯影響的框架結(jié)構(gòu)地震響應分析[J].工程抗震與加固改造.2012（1）.

[3]蘇啟旺，蔡宏儒，李力.從“汶川大地震”引發(fā)對板式樓梯設(shè)計的思考[J].四川建筑科學研究.2008（4）.

[4]沈靚，柳炳康，張瑜中，吳季柏.汶川地震中框架樓梯典型震害分析與有限元計算[J].工程抗震與加固改造.2010（4）.

[5]金亞春，毛呈龍，魏常軍.框架結(jié)構(gòu)中現(xiàn)澆板式樓梯震害分析及設(shè)計建議[J].建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計.2010（8）.

[6]李碧雄，謝和平，鄧建輝，何昌榮，王哲.汶川地震中房屋建筑震害特征及抗震設(shè)計思考[J].防災減災工程學報.2009（2）.

[7]曹萬林，胡國振，周明杰，關(guān)二軍，郝春森，曲英華.鋼筋混凝土框架與樓梯共同工作性能試驗研究 [J].工程力學增刊.1999（23）.

[8]代紅軍，鄭皚.基于ETABS的鋼筋混凝土框架與樓梯共同工作性能分析[J].地震工程與工程振動.2009（6）.