板式樓梯抗震

時(shí)間：2025-12-30 17:57:58 大專畢業(yè)論文

板式樓梯抗震

　　板式樓梯抗震【1】

板式樓梯抗震

　　摘要：本文結(jié)合算例，對(duì)地震力作用下鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)板式樓梯和不設(shè)板式樓梯兩種情況進(jìn)行對(duì)比分析，從而得出在地震力作用下板式樓梯構(gòu)件對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的影響和板式樓梯構(gòu)件在地震力作用下的受力情況。

　　Abstract: Combining with the examples, this paper compared and analyzed two cases: seismic force setting up plate staircase in reinforced concrete frames structure and without plate staircase under earthquake force, so that got the impact of plate staircase to the reinforced concrete frames structure and the stress state of reinforced concrete frames under earthquake force.

　　關(guān)鍵詞：板式樓梯;鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu);地震力

　　Key words: plate staircase;reinforced concrete frame structure;earthquake forces

　　0引言

　　在汶川5.12地震前，建筑結(jié)構(gòu)分析通常不考慮現(xiàn)澆混凝土樓梯對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，然而，在汶川地震中，不同結(jié)構(gòu)類型建筑的樓梯均發(fā)生了不同程度的破壞，尤其以框架結(jié)構(gòu)的樓梯破壞最為嚴(yán)重。

　　發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí)，樓梯間是重要的緊急逃生豎向通道，樓梯間(包括樓梯板)的破壞會(huì)延誤人員撤離及救援工作，從而造成嚴(yán)重傷亡。

　　因而，新出的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2010)新增了樓梯間的抗震設(shè)計(jì)要求。

　　該規(guī)范要求，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，樓梯構(gòu)件與主體整澆時(shí)，樓梯起到了斜向支撐的作用，對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、承載力、規(guī)則性的影響比較大，應(yīng)參與抗震計(jì)算;當(dāng)采取措施使得樓梯構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)剛度等影響較小時(shí)，則可忽略樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的影響。

　　本文結(jié)合算例，來研究板式樓梯構(gòu)件在地震中對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的影響和板式樓梯構(gòu)件在地震作用下的受力情況。

　　1樓梯構(gòu)件對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響

　　以一個(gè)五層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)(如圖1、圖2所示)為例，通過Midas Gen軟件對(duì)其設(shè)有樓梯和不設(shè)樓梯這兩種情況分別進(jìn)行分析計(jì)算，得出該結(jié)構(gòu)在地震力作用下的位移結(jié)果，如表一、表二所示。

　　從表中可以看出，考慮樓梯參與抗震計(jì)算后，該結(jié)構(gòu)的層間位移和層間位移角都明顯減小，而且位移比也發(fā)生了明顯變化。

　　上述表明，樓梯間的存在增加了框架結(jié)構(gòu)的剛度，減小了結(jié)構(gòu)的側(cè)移，而且樓梯的平面布置可能會(huì)改變結(jié)構(gòu)的剛度中心位置。

　　2樓梯構(gòu)件在地震作用下的受力

　　在框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，鋼筋混凝土樓梯的影響最為明顯，這是因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)自身剛度較小，而樓梯的踏步形成了K型支撐，吸收了較多的地震力，從而導(dǎo)致樓梯破壞嚴(yán)重。

　　如圖3～圖6所示，考慮地震作用和不考慮地震作用，樓梯的受力結(jié)果有很大的區(qū)別。

　　考慮地震作用時(shí)樓梯的軸力和彎矩都有大幅度增加。

　　3結(jié)論

　　在地震當(dāng)中，混凝土現(xiàn)澆樓梯對(duì)整體結(jié)構(gòu)影響較大，尤其是對(duì)框架結(jié)構(gòu)影響尤為明顯。

　　同時(shí)，樓梯自身也承受較大地震力作用。

　　因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，不可忽略樓梯對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響和樓梯自身的抗震設(shè)計(jì)。

　　如若不想做樓梯的抗震設(shè)計(jì)，也可采取以下措施來減小樓梯對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，從而減輕樓梯的破壞。

　　①在框架結(jié)構(gòu)的樓梯間處設(shè)置混凝土剪力墻，形成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

　　②當(dāng)上述①條沒有條件實(shí)現(xiàn)時(shí)可以采取樓梯踏步端設(shè)置滑動(dòng)支座的方法。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]王奇，馬寶民.鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓梯對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

　　[2]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2010).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

　　框架結(jié)構(gòu)板式樓梯抗震設(shè)計(jì)【2】

　　摘要：框架結(jié)構(gòu)中的樓梯設(shè)計(jì)，既關(guān)系到建筑使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全，又與建設(shè)單位的經(jīng)濟(jì)利益緊密相連。

　　特別是樓梯的抗震設(shè)計(jì)，其重要性不言而喻。

　　文章簡述了板式樓梯的概念和建模方法，分析了框架結(jié)構(gòu)中板式樓梯的破壞形態(tài)及成因，探討了板式樓梯抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)及施工措施。

　　關(guān)鍵詞：板式樓梯;PKPM建模;抗震設(shè)計(jì);施工措施

　　引言

　　框架結(jié)構(gòu)是目前最常用的建筑結(jié)構(gòu)形式，而板式樓梯是框架結(jié)構(gòu)中最常用的樓梯形式，據(jù)此邏輯可以證明：關(guān)于框架結(jié)構(gòu)中板式樓梯的設(shè)計(jì)方法和抗震性能研究，具有普遍性和極強(qiáng)的代表性。

　　眾所周知，當(dāng)建筑遭受地震等外界巨大作用力時(shí)，板式樓梯是極易受到破壞的。

　　樓梯一旦被破壞，人們在地震時(shí)唯一的逃生通道就沒有了，這給人員逃生和震后救援帶來了極大的難度。

　　為此，必須要重視起建筑結(jié)構(gòu)中板式樓梯的抗震設(shè)計(jì)。

　　一、板式樓梯的概念與設(shè)計(jì)建模

　　樓梯作為房屋建筑工程里最常見的豎向通道，其結(jié)構(gòu)形式主要分為板式樓梯和梁式樓梯。

　　其中板式樓梯以其受力簡單，施工方便的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各類建筑中。

　　單跑樓梯、雙跑樓梯、三跑樓梯等都可采用板式樓梯。

　　1、板式樓梯的概念

　　板式樓梯由混凝土直接澆注而成，是將樓梯作為一塊板考慮，板的兩端支承在休息平臺(tái)的邊梁上，休息平臺(tái)支承在墻上。

　　2、板式樓梯設(shè)計(jì)建模解析

　　在利用PKPM建模時(shí)，模型中加入樓梯的目的是模擬樓梯對(duì)建筑整體剛度的影響。

　　如果不輸入樓梯，在模型里只需要建梯柱，在結(jié)構(gòu)樓面布置信息中把樓梯處板的板厚設(shè)置為0，在樓面荷載傳導(dǎo)計(jì)算中，按具體情況輸入樓梯的恒荷載和活荷載。

　　但這樣輸入，實(shí)際上跳開了把樓梯板模擬為扁梁壓在樓梯梁上形成集中荷載的過程，而把板荷載以線荷載的形式壓在樓梯梁上。

　　關(guān)于在模擬的扁梁上加線荷載還是加單向板荷載，區(qū)別就在于一個(gè)形成集中荷載，一個(gè)形成線荷載。

　　至于開洞還是設(shè)置板厚為0，對(duì)于按照剛性考慮的整體周期基本沒有影響，唯一有影響的是樓梯梁。

　　如此，以上兩種做法均是可行的。

　　只是，按照在模擬樓梯板的扁梁上加線荷載的做法，對(duì)扭矩影響過大，相比還是按照加單向板荷載考慮更合理。

　　需要注意的是，樓梯有踏步，且有剛度。

　　在輸入模擬樓梯板的扁梁時(shí)，應(yīng)比單獨(dú)計(jì)算樓梯時(shí)的樓梯板厚度更大，且考慮踏步荷載，而不能只輸入面荷載和活載。

　　二、框架結(jié)構(gòu)板式樓梯的破壞原因分析

　　框架結(jié)構(gòu)板式樓梯在地震作用下發(fā)生破壞的主要原因是抗震構(gòu)造不足以抵抗地震剪力。

　　框架結(jié)構(gòu)板式樓梯的破壞形態(tài)主要有以下幾種：

　　1、梯間小柱破壞

　　從結(jié)構(gòu)抗震性的角度考慮，在設(shè)計(jì)樓梯過程中，最好不要用磚砌體作為樓梯平臺(tái)梁的支撐。

　　現(xiàn)在最常用的做法是在鋼筋混凝土框架梁上設(shè)小柱，小柱頂在兩個(gè)方向設(shè)梁。

　　由于受到建筑平面的約束，梯間小柱截面一般為200mm×200mm或250mm×250mm，縱筋配螺紋14或16。

　　在地震發(fā)生時(shí)，樓梯間小柱大部分破損都出現(xiàn)在柱頭，也有梯梁縱筋被拔出的現(xiàn)象。

　　出現(xiàn)這種破壞的原因是：柱截面過小，梯橫梁鋼筋在柱內(nèi)的錨固長度不能滿足最小錨固要求;在梁柱節(jié)點(diǎn)位置，混凝土澆筑施工難度大，導(dǎo)致質(zhì)量差，強(qiáng)度低;設(shè)計(jì)時(shí)沒有充分考慮地震時(shí)該柱實(shí)際存在的地震彎矩，以至鋼筋混凝土柱的強(qiáng)度不足等。

　　2、梯板破壞

　　樓梯梯板的破壞大多是梯板受到外界作用力而發(fā)生斷裂。

　　其斷裂的部位一般都在距離支座的1/3處、施工縫處、裝修層以及沿梯板長度方向等部位。

　　導(dǎo)致梯板破壞的原因除了地震的強(qiáng)大外力作用以外，還有在建筑施工中，對(duì)梯板的施工縫留置不夠合理恰當(dāng)，或者施工縫中存在較多夾渣，使得新舊混凝土結(jié)合性較差，使其在外力作用下極易發(fā)生斷裂。

　　除此之外，對(duì)樓梯進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)時(shí)沒有充分考慮到梯板的抗震性，因而布置鋼筋時(shí)忽視了其所能承受的最大拉力，也很容易引起梯板斷裂。

　　3、樓梯平臺(tái)板和平臺(tái)梁的破壞

　　到目前為止，我們大多是按照受彎計(jì)算的方法對(duì)建筑樓梯平臺(tái)梁以及平臺(tái)板進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　這樣一來，樓梯平臺(tái)梁板在使用的過程中受到較小推力時(shí)，能夠保證安全使用。

　　但是一旦遭受地震作用，樓梯梁板受到較大軸力，而且樓梯平臺(tái)梁板結(jié)構(gòu)寬度多在200～250mm之間，這樣就使得平面梁板的抗彎和抗剪能力減弱，從而導(dǎo)致在發(fā)生地震時(shí)樓板和平臺(tái)梁板結(jié)構(gòu)受到比較嚴(yán)重的破壞。

　　4、梯間框架柱剪切破壞

　　目前，板式樓梯在半層處平臺(tái)通過平臺(tái)梁和平臺(tái)板與框架柱相連。

　　與其他位置框架柱相比，樓梯間框架柱凈高約為其他位置框架柱凈高的一半。

　　假定樓板為剛性，其分得的地震剪力約為其他框架柱的8倍，即便考慮樓梯平臺(tái)的一部分位移，樓梯間的框架柱分得的地震作用也比其他位置的框架柱的地震作用大得多，以致地震區(qū)中大量的樓梯間框架柱發(fā)生嚴(yán)重的剪切破壞。

　　5、樓梯間填充墻破壞

　　因?yàn)樘莅逍毕蚍胖茫蓍g小柱將樓梯間填充墻分割成幾片零碎墻體，另外梯間小柱沒有伸至上層梁底，填充墻構(gòu)造措施不滿足要求等幾個(gè)原因，導(dǎo)致樓梯間填充墻比其他地方墻體破壞更為嚴(yán)重，在地震時(shí)可能造成更多的人員傷亡和損失。

　　三、框架結(jié)構(gòu)板式樓梯抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)及施工措施

　　1、對(duì)于主體結(jié)構(gòu)計(jì)算要考慮梯板參與工作，根據(jù)計(jì)算結(jié)果增大配筋

　　參考樓梯梯板的斜撐之后，結(jié)構(gòu)的整體性能出現(xiàn)了非常大的變化，特別是梯板和樓梯半層平臺(tái)相連的框架柱，它的受力將出現(xiàn)非常大的變化，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)選用恰當(dāng)?shù)能浖�，精�?zhǔn)研究樓梯的受力狀況。

　　2、切斷梯板和框架柱的聯(lián)系，在框架梁上做獨(dú)立小柱支撐樓梯板

　　切斷半層平臺(tái)和柱的聯(lián)系，在框架梁距框架柱近的地方另設(shè)單獨(dú)的小柱來支撐梯板。

　　樓梯間相近構(gòu)件產(chǎn)生的變化如下面所說：

　　(1)由于梯板斜撐的作用導(dǎo)致樓梯平臺(tái)梁受到平面外的剪力，產(chǎn)生平面外彎矩。

　　此部分目前在設(shè)計(jì)中也未加考慮，所以平臺(tái)梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)如實(shí)考慮平面內(nèi)和平面外的彎矩及剪力，按雙向受彎構(gòu)件并按框架梁的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　樓梯平臺(tái)板也應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造，采用雙層雙向配筋來近似考慮梯板的斜撐作用。

　　(2)樓梯柱和樓梯半層平臺(tái)連接，比樓梯平臺(tái)與柱無連接時(shí)的橫向剪力增大幾倍甚至還要多;橫向彎矩變大。

　　由此可見，切斷樓梯平臺(tái)與框架柱的連接，可以在一定范圍內(nèi)降低樓梯平臺(tái)由于地震作用對(duì)框架柱的影響。

　　(3)半層平臺(tái)梁剪力增大，可在一定程度降低彎矩。

　　3、施工措施

　　目前在樓梯施工中存在的最大問題就是施工縫安設(shè)不合理;對(duì)施工縫的處理不能滿足相關(guān)規(guī)范要求;在一些梯板施工縫中存在夾渣問題。

　　根據(jù)混凝土施工和驗(yàn)收規(guī)范，施工縫應(yīng)該垂直于梯板，但是在施工過程中往往沒有做到。