張鍇

摘要：為研究地震時(shí)樓梯對(duì)框架結(jié)構(gòu)的受力性能和破壞形態(tài)有怎樣的的影響，現(xiàn)使用有限元軟件建立鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)模型，研究結(jié)構(gòu)的自振特性、內(nèi)力變化、結(jié)構(gòu)變形等。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)在受到的水平地震作用時(shí)層間剪力和樓層變形有所增大，且對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗扭轉(zhuǎn)性能有明顯提高，即樓梯的設(shè)置對(duì)結(jié)構(gòu)抗震有利?？紤]樓梯的抗震表現(xiàn)，應(yīng)對(duì)樓梯進(jìn)行特殊加強(qiáng)以保證地震時(shí)樓梯的安全通暢。

Abstract： In order to study the influence of stairs on the mechanical behavior and failure mode of the frame structure during the earthquake， the finite element software is used to establish the reinforced concrete frame structure model， and the self-vibration characteristics， internal force changes and structural deformation of the structure are studied. The results show that the inter-layer shear force and floor deformation increase when the structure is subjected to horizontal earthquakes， and the overall anti-torsion performance of the structure is obviously improved， that is， the setting of the stairs is beneficial to the structure. Considering the seismic performance of the stairs， the stairs should be specially strengthened to ensure the safety of the stairs during the earthquake.

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu);樓梯;自振周期;結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn);抗震性能

Key words： frame structure;stair;natural vibration period;structural torsion;seismic performance

中圖分類號(hào)：TU375.4;TU352.11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）34-0231-02

0? 引言

樓梯作為建筑物主要的豎向聯(lián)系構(gòu)件，地震發(fā)生時(shí)樓梯也是唯一的逃生通道，在地震時(shí)樓梯的安全性、通暢性就顯得極其重要。以往結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，樓梯抵抗地震的能力和樓梯與結(jié)構(gòu)之間的相互的影響一般均不作考慮，往往僅考慮其自身的重力荷載。地震時(shí)，忽略樓梯與結(jié)構(gòu)間的相互影響，將使結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)不完整、計(jì)算結(jié)果趨于不準(zhǔn)確。

目前，結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算僅僅是基于概念設(shè)計(jì)而布置樓梯，對(duì)于樓梯的抗震承載力較少提及。由于樓梯的空間較小、墻體較多導(dǎo)致其側(cè)向剛度較結(jié)構(gòu)而言較大，地震時(shí)，遭受地震作用后將先于框架發(fā)生破壞。所以，在設(shè)計(jì)樓梯時(shí)要考慮樓梯的承載能力、結(jié)構(gòu)安全性能，保證地震發(fā)生后有足夠的安全時(shí)間疏散人流。本設(shè)計(jì)應(yīng)用SAP2000建立無(wú)樓梯和有樓梯的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行抗震驗(yàn)算分析，以研究地震時(shí)樓梯對(duì)鋼筋混凝土框架有哪些影響，結(jié)構(gòu)的安全性能是否有所提高。

1? 結(jié)構(gòu)分析概況

位于寧夏的某實(shí)際工程采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C40，整體建筑5層，首層高度為4.2m，剩余樓層高度為3.6m。結(jié)構(gòu)框架柱截面尺寸為550mm×550mm;框架梁截面尺寸為250mm×650mm，僅布置橫向200mm×500mm次梁;所有板的厚度統(tǒng)一均為120mm。結(jié)構(gòu)的梁柱布置如圖1所示，結(jié)構(gòu)所在地烈度為8度，基本加速度為0.2g，地震分組為第二組，場(chǎng)地土承載能力良好為Ⅱ類土。

應(yīng)用有限元軟件建立框架結(jié)構(gòu)模型，對(duì)比分析有樓梯和無(wú)樓梯兩種模擬情況，不考慮樓梯時(shí)在樓梯原有位置直接設(shè)置樓板，按框架梁板直接考慮。

分析以下2種地震作用情況，

①地震作用1：在多遇烈度地震作用下，研究無(wú)樓梯的結(jié)構(gòu)模型沿兩個(gè)主軸方向遭受水平地震作用，分析其抗震性能、彈性變形量和結(jié)構(gòu)破壞情況。

②地震作用2：在多遇烈度地震作用下，研究有樓梯的結(jié)構(gòu)模型沿兩個(gè)主軸方向遭受水平地震作用，分析其抗震性能、彈性變形量和結(jié)構(gòu)破壞情況?？紤]結(jié)構(gòu)可能的扭轉(zhuǎn)作用，在建筑物左右兩端對(duì)稱布置樓梯。

2? 結(jié)構(gòu)抗震性能分析

表中所注“比值”為有樓梯與無(wú)樓梯結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)周期的比值，表2同理.

對(duì)有無(wú)樓梯兩種框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算，前三階振型及振型對(duì)應(yīng)的自振周期參數(shù)見(jiàn)表1。

由表中可以看出：①當(dāng)結(jié)構(gòu)中設(shè)置樓梯，其前三階振型的周期均減小，減小幅度均超過(guò)了10%以上，這表明樓梯的設(shè)置較大的提高了框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度，使結(jié)構(gòu)更難以變形，結(jié)構(gòu)抵抗水平地震的能力有所增強(qiáng)。②設(shè)置樓梯對(duì)于建筑整體的抗扭剛度有較大幅度的提升，減小了建筑本身的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，提高了建筑物的抗震承載力。

經(jīng)研究對(duì)比地震作用1和地震作用1，結(jié)構(gòu)的樓層的剪力、層間位移和相對(duì)位移角如表2所示。從中可以看出：

①樓梯的設(shè)置使得結(jié)構(gòu)的層間剪力明顯增大，各層側(cè)構(gòu)件受到的水平地震作用均有所增大，增大幅度接近20%。

②在地震作用下，由于樓梯的設(shè)置使結(jié)構(gòu)的層間位移和層間位移角變大，變大的幅度約為10%。

③建筑的樓梯設(shè)置合理以后，無(wú)論有無(wú)樓梯結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角均滿足鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的最大彈性變形要求。

3? 結(jié)論

通過(guò)兩種模型的對(duì)比分析，充分考慮了結(jié)構(gòu)的自振周期變化、層間剪力變化和相對(duì)層間彈性位移的變化，得到以下結(jié)論：

①樓梯的設(shè)置使整個(gè)建筑在抵抗地震作用時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和結(jié)構(gòu)變形均有不同程度的增大。

②樓梯在結(jié)構(gòu)抵抗地震作用過(guò)程中，樓梯的受力狀態(tài)復(fù)雜剛度較大受力復(fù)雜，更加容易破壞。所以，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)樓梯著重加強(qiáng)，使其抗震性能有所提高。

③在建筑的抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮樓梯與整體結(jié)構(gòu)之間的相互影響，并對(duì)該構(gòu)件進(jìn)行特殊加強(qiáng)以保證地震時(shí)樓梯的安全通暢。為提高結(jié)構(gòu)抵抗扭轉(zhuǎn)的作用，減少結(jié)構(gòu)剛度的偏心影響，樓梯對(duì)稱布置。

參考文獻(xiàn)：

[1]張貴文，李磊.罕遇地震作用下樓梯位置對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，41（05）：115-119.

[2]王建強(qiáng)，張艷玲，等.樓梯對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響[J].世界地震工程，2013，29（04）：59-66.

[3]叢術(shù)平，董慧玲，方鵬飛.樓梯對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震性能影響的研究進(jìn)展[J].建筑結(jié)構(gòu)，2016，46：291-295.

[4]任文杰，何小林.樓梯抗震減震技術(shù)研究綜述[J].建筑結(jié)構(gòu)，2018，19（03）：12-18.