淺析不同樓梯跑數(shù)對(duì)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響

■方 云，蔡 陽(yáng)，陳 波 ■浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310014

1 引言

在地震發(fā)生中，很多房屋的樓梯部位破壞十分厲害，樓梯是在地震發(fā)生時(shí)候的豎向逃生通道，發(fā)生這種現(xiàn)象，與我們的設(shè)計(jì)理念不符，其中在現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)中發(fā)生特別嚴(yán)重，因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)是柔性結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)本身的剛度相對(duì)于剪力墻和框架剪力墻結(jié)構(gòu)較小)，當(dāng)樓梯參與整體結(jié)構(gòu)的受力以后，樓梯板相當(dāng)于起一個(gè)斜撐作用，提高了整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，減小了整個(gè)結(jié)構(gòu)的自振周期。又因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)基本上是長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)，通過(guò)地震影響系數(shù)曲線，對(duì)于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期減小的時(shí)候，地震影響系數(shù)會(huì)隨之增大，由地震反應(yīng)力的公式可知F=am，地震力會(huì)增大。本文通過(guò)PKPM來(lái)建模分析，不同樓梯形式(雙跑樓梯，三跑樓梯，四跑樓梯)對(duì)結(jié)構(gòu)整體的影響。

2 PKPM計(jì)算模型和分析

2．1 有限元計(jì)算模型

總共建立4個(gè)分析組(用ABCD表示)，A組:不建樓梯，B組:建雙跑樓梯，C:建三跑樓梯，D建4跑樓梯，6層鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，所有層層高取 3m，柱子截面 500mmx500mm，主梁截面尺寸240mmx500mm，次梁界面尺寸240mmx400mm，，開間和進(jìn)深都取6m(柱距4m)，模型見圖1所示。

地震設(shè)防烈度7度(0.1g)設(shè)計(jì)分組第一組，場(chǎng)地類別3類，阻尼比取0.05，取結(jié)構(gòu)的縱向?yàn)閄向，橫向?yàn)閅向。采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行多遇地震下計(jì)算分析。荷載和其他指標(biāo)按現(xiàn)行規(guī)范取值。

2．2 結(jié)構(gòu)自振周期分析

對(duì)上述4組模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到結(jié)構(gòu)前3階自振周期和振型的計(jì)算分析，模型A的前三周期分別為0.7522，0.6843，0.6552，平動(dòng)因子分別為 1.00(0.00+1.00)，1.00(1.00+0.00)，0.00(0.00+0.00)，扭轉(zhuǎn)因子為0.00，0.00，1.00，模型 B的前三個(gè)周期分別為0.7836，0.7029，0.6475，平動(dòng)因子分別為 1.00(0.00+1.00)，0.55(0.55+0.00)，0.45(0.45+0.00)，扭轉(zhuǎn)因子為 0.00，0.45，0.55，模型C的前三周期分別為0.7897，0.7317，0.6903，平動(dòng)因子分別為0.99(0.00+0.99)，0.97(0.97+0.00)，0.02(0.02+0.00)，扭轉(zhuǎn)因子0.01，0.03，0.98，模型 D 的前三個(gè)周期分別0.8332，0.7368，0.7207，平動(dòng)因子為1.00(0.00+1.00)，0.13(0.13+0.00)，0.87(0.87+0.00)，扭轉(zhuǎn)因子為0.00，0.87，0.13。

當(dāng)模型里面建樓梯的時(shí)候，周期會(huì)隨著跑數(shù)的增加而增加，當(dāng)4跑樓梯的時(shí)候最為明顯;對(duì)扭轉(zhuǎn)系數(shù)也有較大影響，改變了純平動(dòng)和純扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)形式，以4跑樓梯最為突出，第二振型變成了扭轉(zhuǎn)振型。

2．3 結(jié)構(gòu)最大地震作用力和Y向抗側(cè)剛度分析

A、Y向最大地震力396.4KN;3.0240E+06(kN/m)B、Y向最大地震力400.1KN;3.8909E+06(kN/m)C、Y向最大地震力402.2KN;3.8016E+06(kN/m) D、Y向最大地震力409.3KN 5.0400E+06(kN/m)

3 結(jié)論及建議

3．1 主要結(jié)論

考慮樓梯參與結(jié)構(gòu)整體受力后，結(jié)構(gòu)自振特性，結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，地震作用都會(huì)發(fā)生改變，周期會(huì)發(fā)生改變，各階振型發(fā)生改變，扭轉(zhuǎn)系數(shù)也會(huì)發(fā)生改變，扭轉(zhuǎn)振型有可能會(huì)提前。地震力會(huì)增大，抗側(cè)剛度會(huì)隨著樓梯跑數(shù)的增加而增加。對(duì)于廣大設(shè)計(jì)人員而言，應(yīng)該引起重視，尤其是從位移比和扭轉(zhuǎn)系數(shù)看出，原本剛對(duì)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，當(dāng)輸入樓梯間以后，會(huì)變成剛度不對(duì)稱，變成所謂的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，這需要設(shè)計(jì)人員通過(guò)調(diào)整其他地方柱子和梁的尺寸，來(lái)達(dá)到平面規(guī)則結(jié)構(gòu)。同時(shí)在微觀上，要加強(qiáng)樓梯間梁，柱子，樓梯板的配筋，以防止地震來(lái)的時(shí)候破壞樓梯，導(dǎo)致安全通道失去意義。

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