【摘要】在框架結(jié)構(gòu)建筑物不斷增多的今天，我們對框架結(jié)構(gòu)的建筑物進(jìn)行計(jì)算的過程中，不可忽視一些關(guān)鍵性的因素，比如板式建筑物樓梯的影響就比較大，它對框架結(jié)構(gòu)會(huì)造成的影響也是比較多的。所以，本文進(jìn)一步分析了板式建筑物樓梯對框架結(jié)構(gòu)整體的計(jì)算影響，總結(jié)了影響的諸多方面，供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】板式建筑物；樓梯；框架結(jié)構(gòu)；整體計(jì)算；影響

我們研究和計(jì)算框架結(jié)構(gòu)建筑物，不得不重視板式建筑物樓梯的影響力，在分析和計(jì)算的過程中，要將板式建筑物樓梯的影響放在重點(diǎn)位置，才能夠保證框架結(jié)構(gòu)整體計(jì)算更加科學(xué)。

1、樓梯概念設(shè)計(jì)的理論分析

建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是主要設(shè)計(jì)依據(jù)、抗震等級、人防等級、地基情況及承載力、防潮抗?jié)B做法、活荷載值、材料等級、施工中的注意事項(xiàng)，選用詳圖，通用詳圖或節(jié)點(diǎn)，以及施工圖中未畫而通過說明來表達(dá)的信息，如混凝土的含堿量不得超過3kg/m3等。

樓梯在建筑物中是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作，這種復(fù)雜的、非彈性性質(zhì)的、材料的時(shí)效、阻尼變化等多種因素，在實(shí)際計(jì)算中存在著不準(zhǔn)確性。故在建筑抗震理論遠(yuǎn)未達(dá)到很科學(xué)嚴(yán)密的情況下，單靠理論計(jì)算很難使樓梯具有良好的抗震能力，因而在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中我們多了許多概念，假定與簡化。如樓梯不宜放在建筑物的角部和邊部，以便于荷載的傳遞；同時(shí)減少水平地震力作用下空間扭轉(zhuǎn)作用的影響。實(shí)際上踏步和平臺梁是整體連接，計(jì)算時(shí)需要在支座處加構(gòu)造負(fù)筋；以往在建筑工程中負(fù)筋一端錨入樓梯梁，另一端伸進(jìn)樓梯板四分之一的踏步板跨度。但通過實(shí)際工程震害發(fā)現(xiàn)，在梯板四分之一處梯板斷裂或梯板混凝土剝落。

再次，樓梯板在水平地震力作用下具有桁架中的腹桿效應(yīng)，將產(chǎn)生較大的拉壓力。樓梯板由原先我們只考慮豎向力時(shí)的受彎構(gòu)件，轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄瓑簭潯睒?gòu)件，加強(qiáng)了樓梯處的局部抗側(cè)剛度；結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應(yīng)越大，配筋越多。樓梯參與整體計(jì)算時(shí)的樓梯板配筋要比常規(guī)做法計(jì)算出來的鋼筋面積大出40%左右，當(dāng)樓梯板不能承受地震力所產(chǎn)生的軸力及彎矩，勢必出現(xiàn)梯段被拉斷的情況。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，反而又使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。這樣不僅加大了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)難度，還增加了造價(jià)成本。

傳統(tǒng)板式樓梯在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，沒有考慮樓梯在地震作用下對結(jié)構(gòu)整體抗震設(shè)計(jì)的影響，只是將樓梯單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)和配筋，并且簡單的將其按照簡支梁、簡支板進(jìn)行荷載計(jì)算和配筋設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)板式樓梯在進(jìn)行整體建模分析時(shí)也只是將豎向傳遞過來的荷載施加到框架梁、柱等主體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行計(jì)算，對于樓梯間的樓板進(jìn)行開洞處理，并且在進(jìn)行配筋時(shí)沒有采用雙層雙向的配筋形式。

研究表明，在考慮樓梯參與整體結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算后，結(jié)構(gòu)的剛度中心會(huì)因樓梯的平面布置位置而發(fā)生改變。并且在考慮樓梯影響的情況下，整體結(jié)構(gòu)的層間位移是要比不考慮樓梯的時(shí)候小，但是層間剪力的變化一般是要比不考慮的時(shí)候要大的。與此同時(shí)，在樓梯間位置處的主要受力構(gòu)件的內(nèi)力也會(huì)出現(xiàn)增加。結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向剛度增加，相應(yīng)的側(cè)移曲線開始向彎剪型過渡。但是，樓梯的參與會(huì)使結(jié)構(gòu)在進(jìn)行整體抗震計(jì)算時(shí)，由原本的平動(dòng)為主向扭轉(zhuǎn)變形轉(zhuǎn)變，這時(shí)將樓梯考慮成一般支承對結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度是不合理的。

現(xiàn)如今在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)時(shí)，有相當(dāng)一部分的工程設(shè)計(jì)考慮采用滑動(dòng)支座樓梯，可以有效避免形成梯板支撐、削弱樓梯對結(jié)構(gòu)的剛度影響。在受到地震力破壞時(shí)，能夠釋放地震力而不至于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形甚至破壞?；瑒?dòng)支座在施工時(shí)梯段板下端支座位置應(yīng)與梯梁或挑板在結(jié)構(gòu)上脫開，在支座處預(yù)埋鋼板或設(shè)置聚四氟乙烯滑板，將踏步擱置在梯梁或挑板上，并且在樓梯澆筑前鋪設(shè)石墨粉或塑料薄膜，以保證達(dá)到滑動(dòng)效果。其次，在樓梯裝飾面層施工時(shí)，地坪細(xì)石混凝土與樓梯踏步起步起始段必須預(yù)留5cm空隙，用高分子泡沫填充劑填充，即讓樓梯存在自由滑動(dòng)距離。

2、模型建立

本研究擬定了一個(gè)3跨6層框架模型，設(shè)立了兩組，不同之處在于：第一組（M1）樓梯間處采取樓板開洞的形式，即樓梯不參與整體框架設(shè)計(jì)；第二組（M2）中樓梯間處設(shè)有樓梯，即樓梯參與整體設(shè)計(jì).為了減少多余干擾因素，凸顯樓梯本身對結(jié)構(gòu)整體的抗震性能影響，模型平面與豎向簡單規(guī)則、對稱、連續(xù).

模型為6層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級為C30，樓面板和休息平臺的板厚為100mm，梯段板厚為150mm.根據(jù)荷載規(guī)范，樓面活荷載2.0kN/m2；走廊、樓梯活荷載3.0kN/m2；屋面為非上人屋面，活荷載取0.5kN/m2.底層層高為4.8m，2～6層層高均為3.6m。在PKPM中計(jì)算出合理的構(gòu)件尺寸：框架柱550×550mm2；框架梁250×600mm2；梯梁250×500mm2。

3、計(jì)算條件

本研究選?、蝾悎龅刈鳛榻Y(jié)構(gòu)的場地條件，其抗震設(shè)防烈度為7度（0.1g），地震影響系數(shù)為0.08，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05，場地特征周期為0.45s，建筑抗震設(shè)防類別為丙類建筑。

4、模型模態(tài)分析

模態(tài)分析可用來計(jì)算結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，而結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性與結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量和剛度有關(guān)。不同分析模型的固有頻率和振型是不同的。本研究采用SAP2000結(jié)構(gòu)分析軟件，計(jì)算了2種模型前10階振型對應(yīng)的自振周期。

考慮樓梯參與結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算后，結(jié)構(gòu)的水平剛度增大、自振周期顯著縮短.在第一振型中，平行于梯段方向的自振周期縮短了20.5%，在垂直于梯段方向的自振周期縮短了11.8%.另外，樓梯對高振型的影響小于低振型。

結(jié)語：

綜上所述，為了能夠提升建筑物的計(jì)算水平，保證框架結(jié)構(gòu)建筑物的方案科學(xué)性，為今后的施工奠定基礎(chǔ)，一定要從板式建筑物樓梯的角度出發(fā)，避免其對框架結(jié)構(gòu)建筑的計(jì)算工作造成過大影響。

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