地震作用下樓梯對框架結構的作用探討

摘要：樓梯是建筑結構設計中一個比較重要的組成部分，其在建筑的結構中主要起著斜撐的作用。在實際的建筑設計施工過程中設計人員要對建筑結構中樓梯間的設計引起足夠的重視，要充分的考慮到地震作用下，樓梯間的各個組成構件的受力有著巨大的差異，對地震作用下建筑整體的框架結構的受力性能也會產生不同的影響。本文通過對地震作用下樓梯對框架結構的影響結果的分析，闡述了在地震作用下樓梯對于不同建筑框架結構的作用。

關鍵詞：地震;樓梯;框架結構;作用

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，在實際進行建筑設計的過程中更加注重建筑結構的安全性和可靠性，而防震性能是評價建筑安全性能的一個重要參數。建筑設計施工的過程中，樓梯間的設計是一個至關重要的組成部分。對于建筑工程來說，樓梯部件是建筑結構的重要的組成部分，更對整個建筑的安全性和穩(wěn)定性起著重要的作用。發(fā)生地震災害時，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。就我國現階段的地震災害的情況來看，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建筑的主體結構也將受到嚴重的負面影響[1]。另外，還存在著在地震作用下房屋主體并沒有受到破壞而樓梯間卻嚴重損壞的情況。所以樓梯間的設計對于建筑結構主體的的穩(wěn)定性，尤其是在地震作用下建筑主體結構的穩(wěn)定性起著至關重要的作用。

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，樓梯在整個的建筑結構中不僅充當了逃生通道的角色并且對于建筑結構的整體抗震能力起著重要的作用。在一般情況下，建筑結構的設計中，樓梯的防災能力要求比建筑整體的框架結構的要求更高。地震作用下，樓梯破壞的原因主要有兩種：結構破壞和非結構破壞。

樓梯的兩種破壞類型中，非結構破壞的主要表現為樓梯間的橫墻出現“X”型裂縫現象，另外非結構破壞還會造成樓梯與墻體連接處出現裂縫的現象，導致局部坍塌的情況。建筑樓梯的非結構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零散、樓梯間小柱沒有延伸至上層梁的梁底以及填充墻構造措施不夠科學合理。另外，樓梯的非結構破壞還存在樓梯自身并沒有發(fā)生損壞，但是因為建筑其他部分發(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。相對于非結構型破壞而言，結構型破壞主要指的是樓梯自身結構發(fā)生了破壞。樓梯自身結構破壞的情況主要包括梯段板、平臺梁以及平臺板的破壞，例如樓梯梯段板發(fā)生斷裂、平臺梁兩端出現破壞情況。造成樓梯結構破壞的原因主要為在地震的作用下，樓梯構件對于框架結構的支撐作用發(fā)生位移變化從而造成框架結構的支撐發(fā)生變形，支撐力矩超出了樓梯構件對于框架結構的支撐設計力矩，最終導致樓梯在地震的作用下出現結構型破壞的情況[2]。

二、框架結構模型的建立與分析

本文針對樓梯在地震作用下對于框架結構作用的探討，是通過建立不同的框架結構模型并根據所建立模型在模擬地震實驗中測得的數據進行分析。下文中所建立的框架模型是以某小區(qū)的建筑框架結構為原型，通過將小區(qū)房屋高度結構劃分為三個層次，建立了三個不同高度的框架模型。作為模型原型的校區(qū)的結構樓層為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構模型中所采用的樓梯的設置形式也有著很大的不同。其中3層高度框架結構中的樓梯形式為兩邊對稱式;5層高度框架結構中樓梯的設置形式為一邊樓梯，而8層高度框架結構中則沒設置樓梯。通過對上述三組模型的在模擬地震實驗中的樓梯對于框架結構受力性能的影響進行比較分析，從而總結出樓梯在地震作用下對于建筑框架結構的作用。

三、地震作用下樓梯對于框架結構受力性能的影響

通過上述所建立的地震作用下樓梯對于框架結構受力性能影響的三組模型，能夠實現樓梯對于建筑框架主體的非線性作用的分析。為了能夠更加準確的認識到樓梯在地震作用下對于框架結構的作用首先應該對地震作用下建筑框架模型的荷載進行分析，并通過荷載的計算來研究樓梯對于建筑框架結構主體的作用。

3.1地震作用條件下建筑框架結構模型的荷載分析

對地震作用條件下框架結構的荷載分布進行分析，然后設定建筑結構的質量從而就能對框架結構模型的狀態(tài)和地震響應進行準確的分析。模擬地震實驗中，所使用的地震波為E1-C"entro地震波，然后對于上述建立的三種框架結構模型施加地震波。實驗過程中每一條地震波的間隔時間應該為0.02s，地震波的持續(xù)時間應設定為20s，地震波的加速峰值設定為350gal[3]。實驗的地震波形如下圖：

3.2地震作用中樓梯對于框架結構受力性能的作用分析

根據上述的建筑結構地震作用下的荷載情況，對三組框架結構模型分別進行荷載施加實驗。然后對模擬地震實驗中各實驗組模型的位移變化進行比較，從而得到樓梯對于框架結構受力性能的影響結果。實驗結果如下表：

試驗模型

彈性周期

比率

1

0.525s

-8.02%

2

0.568s

-11.32%

3

0.612s

無

（圖表中的1，2，3分別為兩邊對稱樓梯設置形式、一側樓梯以及不設樓梯）

通過對圖表中的數據的分析可以得出建筑設計中樓梯的設計對于整個的框架結構起到了一定的支撐作用，能夠有效的增加框架結構的剛度，減小框架結構在地震作用下的位移程度使框架結構的防震能力更強。另外通過對三組模型在地震作用下位移程度的比較，位移最大的為8層不設置樓梯的試驗組，位移最小的為3層設置兩邊對稱樓梯的試驗組。所以可以得出樓層越低，樓梯設置對于框架結構的防震能力影響越大。

結語：

樓梯是建筑結構中一個重要的組成部分，樓梯的設計對于整個建筑的穩(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建筑的框架結構起著不可忽視的支撐作用。因此相關人員在進行建筑設計的過程中一定要充分的認識到樓梯設計的重要性，并仔細的考慮樓梯對于整個建筑框架結構的剛度影響。通過優(yōu)化樓梯的設計，提高樓梯設計的科學性和合理性，不僅能夠有效的提高建筑結構的設計質量水平，更能夠保證建筑結構在地震作用下的安全性，降低地震作用危害下對建筑框架結構產生的負面影響。樓梯的合理設計對于實際建筑施工中的框架結構設計有著一定的指導意義，施工人員在實際的施工過程中一定要結合實際情況探索出更為科學的樓梯結構設計方案。

參考文獻：

[1]孟凡林，孟祥瑞，張維學.考慮樓梯影響的框架結構地震響應分析[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框架結構的影響[J].中國新技術新產品.2013，12（06）.

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