地震作用下樓梯對(duì)框架結(jié)構(gòu)的作用探討

摘要：樓梯是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)比較重要的組成部分，其在建筑的結(jié)構(gòu)中主要起著斜撐的作用。在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)施工過(guò)程中設(shè)計(jì)人員要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中樓梯間的設(shè)計(jì)引起足夠的重視，要充分的考慮到地震作用下，樓梯間的各個(gè)組成構(gòu)件的受力有著巨大的差異，對(duì)地震作用下建筑整體的框架結(jié)構(gòu)的受力性能也會(huì)產(chǎn)生不同的影響。本文通過(guò)對(duì)地震作用下樓梯對(duì)框架結(jié)構(gòu)的影響結(jié)果的分析，闡述了在地震作用下樓梯對(duì)于不同建筑框架結(jié)構(gòu)的作用。

關(guān)鍵詞：地震;樓梯;框架結(jié)構(gòu);作用

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，在實(shí)際進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中更加注重建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，而防震性能是評(píng)價(jià)建筑安全性能的一個(gè)重要參數(shù)。建筑設(shè)計(jì)施工的過(guò)程中，樓梯間的設(shè)計(jì)是一個(gè)至關(guān)重要的組成部分。對(duì)于建筑工程來(lái)說(shuō)，樓梯部件是建筑結(jié)構(gòu)的重要的組成部分，更對(duì)整個(gè)建筑的安全性和穩(wěn)定性起著重要的作用。發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，樓梯是主要逃生渠道，因此在建筑防震方面樓梯發(fā)揮了非常重要的作用。就我國(guó)現(xiàn)階段的地震災(zāi)害的情況來(lái)看，地震作用下樓梯相比于建筑房屋主體更容易受到破壞，一旦樓梯受到破壞整個(gè)建筑的主體結(jié)構(gòu)也將受到嚴(yán)重的負(fù)面影響[1]。另外，還存在著在地震作用下房屋主體并沒(méi)有受到破壞而樓梯間卻嚴(yán)重?fù)p壞的情況。所以樓梯間的設(shè)計(jì)對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)主體的的穩(wěn)定性，尤其是在地震作用下建筑主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。

一、地震作用下樓梯損壞的原因以及情況分析

發(fā)生地震時(shí)，樓梯在整個(gè)的建筑結(jié)構(gòu)中不僅充當(dāng)了逃生通道的角色并且對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震能力起著重要的作用。在一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，樓梯的防災(zāi)能力要求比建筑整體的框架結(jié)構(gòu)的要求更高。地震作用下，樓梯破壞的原因主要有兩種：結(jié)構(gòu)破壞和非結(jié)構(gòu)破壞。

樓梯的兩種破壞類型中，非結(jié)構(gòu)破壞的主要表現(xiàn)為樓梯間的橫墻出現(xiàn)“X”型裂縫現(xiàn)象，另外非結(jié)構(gòu)破壞還會(huì)造成樓梯與墻體連接處出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，導(dǎo)致局部坍塌的情況。建筑樓梯的非結(jié)構(gòu)破壞的原因是樓梯板斜向放置，樓梯板以及樓梯間的分隔柱即將樓梯間的填充墻分割的太過(guò)零散、樓梯間小柱沒(méi)有延伸至上層梁的梁底以及填充墻構(gòu)造措施不夠科學(xué)合理。另外，樓梯的非結(jié)構(gòu)破壞還存在樓梯自身并沒(méi)有發(fā)生損壞，但是因?yàn)榻ㄖ渌糠职l(fā)生坍塌或者破壞造成建筑樓梯的堵塞，使樓梯不能正常的使用。相對(duì)于非結(jié)構(gòu)型破壞而言，結(jié)構(gòu)型破壞主要指的是樓梯自身結(jié)構(gòu)發(fā)生了破壞。樓梯自身結(jié)構(gòu)破壞的情況主要包括梯段板、平臺(tái)梁以及平臺(tái)板的破壞，例如樓梯梯段板發(fā)生斷裂、平臺(tái)梁兩端出現(xiàn)破壞情況。造成樓梯結(jié)構(gòu)破壞的原因主要為在地震的作用下，樓梯構(gòu)件對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的支撐作用發(fā)生位移變化從而造成框架結(jié)構(gòu)的支撐發(fā)生變形，支撐力矩超出了樓梯構(gòu)件對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的支撐設(shè)計(jì)力矩，最終導(dǎo)致樓梯在地震的作用下出現(xiàn)結(jié)構(gòu)型破壞的情況[2]。

二、框架結(jié)構(gòu)模型的建立與分析

本文針對(duì)樓梯在地震作用下對(duì)于框架結(jié)構(gòu)作用的探討，是通過(guò)建立不同的框架結(jié)構(gòu)模型并根據(jù)所建立模型在模擬地震實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。下文中所建立的框架模型是以某小區(qū)的建筑框架結(jié)構(gòu)為原型，通過(guò)將小區(qū)房屋高度結(jié)構(gòu)劃分為三個(gè)層次，建立了三個(gè)不同高度的框架模型。作為模型原型的校區(qū)的結(jié)構(gòu)樓層為3層、5層以及8層，每一層建筑的高度為2.8米。在不同高度的框架結(jié)構(gòu)模型中所采用的樓梯的設(shè)置形式也有著很大的不同。其中3層高度框架結(jié)構(gòu)中的樓梯形式為兩邊對(duì)稱式;5層高度框架結(jié)構(gòu)中樓梯的設(shè)置形式為一邊樓梯，而8層高度框架結(jié)構(gòu)中則沒(méi)設(shè)置樓梯。通過(guò)對(duì)上述三組模型的在模擬地震實(shí)驗(yàn)中的樓梯對(duì)于框架結(jié)構(gòu)受力性能的影響進(jìn)行比較分析，從而總結(jié)出樓梯在地震作用下對(duì)于建筑框架結(jié)構(gòu)的作用。

三、地震作用下樓梯對(duì)于框架結(jié)構(gòu)受力性能的影響

通過(guò)上述所建立的地震作用下樓梯對(duì)于框架結(jié)構(gòu)受力性能影響的三組模型，能夠?qū)崿F(xiàn)樓梯對(duì)于建筑框架主體的非線性作用的分析。為了能夠更加準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)到樓梯在地震作用下對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的作用首先應(yīng)該對(duì)地震作用下建筑框架模型的荷載進(jìn)行分析，并通過(guò)荷載的計(jì)算來(lái)研究樓梯對(duì)于建筑框架結(jié)構(gòu)主體的作用。

3.1地震作用條件下建筑框架結(jié)構(gòu)模型的荷載分析

對(duì)地震作用條件下框架結(jié)構(gòu)的荷載分布進(jìn)行分析，然后設(shè)定建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量從而就能對(duì)框架結(jié)構(gòu)模型的狀態(tài)和地震響應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。模擬地震實(shí)驗(yàn)中，所使用的地震波為E1-C"entro地震波，然后對(duì)于上述建立的三種框架結(jié)構(gòu)模型施加地震波。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每一條地震波的間隔時(shí)間應(yīng)該為0.02s，地震波的持續(xù)時(shí)間應(yīng)設(shè)定為20s，地震波的加速峰值設(shè)定為350gal[3]。實(shí)驗(yàn)的地震波形如下圖：

3.2地震作用中樓梯對(duì)于框架結(jié)構(gòu)受力性能的作用分析

根據(jù)上述的建筑結(jié)構(gòu)地震作用下的荷載情況，對(duì)三組框架結(jié)構(gòu)模型分別進(jìn)行荷載施加實(shí)驗(yàn)。然后對(duì)模擬地震實(shí)驗(yàn)中各實(shí)驗(yàn)組模型的位移變化進(jìn)行比較，從而得到樓梯對(duì)于框架結(jié)構(gòu)受力性能的影響結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表：

試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

彈性周期

比率

1

0.525s

-8.02%

2

0.568s

-11.32%

3

0.612s

無(wú)

（圖表中的1，2，3分別為兩邊對(duì)稱樓梯設(shè)置形式、一側(cè)樓梯以及不設(shè)樓梯）

通過(guò)對(duì)圖表中的數(shù)據(jù)的分析可以得出建筑設(shè)計(jì)中樓梯的設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)的框架結(jié)構(gòu)起到了一定的支撐作用，能夠有效的增加框架結(jié)構(gòu)的剛度，減小框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移程度使框架結(jié)構(gòu)的防震能力更強(qiáng)。另外通過(guò)對(duì)三組模型在地震作用下位移程度的比較，位移最大的為8層不設(shè)置樓梯的試驗(yàn)組，位移最小的為3層設(shè)置兩邊對(duì)稱樓梯的試驗(yàn)組。所以可以得出樓層越低，樓梯設(shè)置對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的防震能力影響越大。

結(jié)語(yǔ)：

樓梯是建筑結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要的組成部分，樓梯的設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)建筑的穩(wěn)定性以及安全性能都具有非常重要的影響，尤其是在地震作用下樓梯更是對(duì)建筑的框架結(jié)構(gòu)起著不可忽視的支撐作用。因此相關(guān)人員在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中一定要充分的認(rèn)識(shí)到樓梯設(shè)計(jì)的重要性，并仔細(xì)的考慮樓梯對(duì)于整個(gè)建筑框架結(jié)構(gòu)的剛度影響。通過(guò)優(yōu)化樓梯的設(shè)計(jì)，提高樓梯設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，不僅能夠有效的提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量水平，更能夠保證建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性，降低地震作用危害下對(duì)建筑框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的負(fù)面影響。樓梯的合理設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)際建筑施工中的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著一定的指導(dǎo)意義，施工人員在實(shí)際的施工過(guò)程中一定要結(jié)合實(shí)際情況探索出更為科學(xué)的樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟凡林，孟祥瑞，張維學(xué).考慮樓梯影響的框架結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析[J].工程抗震與加固改造.2012，11（01）.

[2]唐元麗.淺析地震作用下樓梯對(duì)框架結(jié)構(gòu)的影響[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品.2013，12（06）.

[3]張竹庭.高吉龍.地震作用下樓梯構(gòu)件剛度對(duì)框架結(jié)構(gòu)的影響分析[J].江蘇建筑.2010，（04）.