板式建筑物樓梯對框架結構整體計算的影響分析

【摘要】在框架結構建筑物不斷增多的今天，我們對框架結構的建筑物進行計算的過程中，不可忽視一些關鍵性的因素，比如板式建筑物樓梯的影響就比較大，它對框架結構會造成的影響也是比較多的。所以，本文進一步分析了板式建筑物樓梯對框架結構整體的計算影響，總結了影響的諸多方面，供參考和借鑒。

【關鍵詞】板式建筑物；樓梯；框架結構；整體計算；影響

我們研究和計算框架結構建筑物，不得不重視板式建筑物樓梯的影響力，在分析和計算的過程中，要將板式建筑物樓梯的影響放在重點位置，才能夠保證框架結構整體計算更加科學。

1、樓梯概念設計的理論分析

建筑框架結構設計是主要設計依據、抗震等級、人防等級、地基情況及承載力、防潮抗滲做法、活荷載值、材料等級、施工中的注意事項，選用詳圖，通用詳圖或節點，以及施工圖中未畫而通過說明來表達的信息，如混凝土的含堿量不得超過3kg/m3等。

樓梯在建筑物中是一個空間結構，各種構件以相當復雜的方式共同工作，這種復雜的、非彈性性質的、材料的時效、阻尼變化等多種因素，在實際計算中存在著不準確性。故在建筑抗震理論遠未達到很科學嚴密的情況下，單靠理論計算很難使樓梯具有良好的抗震能力，因而在實際工程設計中我們多了許多概念，假定與簡化。如樓梯不宜放在建筑物的角部和邊部，以便于荷載的傳遞；同時減少水平地震力作用下空間扭轉作用的影響。實際上踏步和平臺梁是整體連接，計算時需要在支座處加構造負筋；以往在建筑工程中負筋一端錨入樓梯梁，另一端伸進樓梯板四分之一的踏步板跨度。但通過實際工程震害發現，在梯板四分之一處梯板斷裂或梯板混凝土剝落。

再次，樓梯板在水平地震力作用下具有桁架中的腹桿效應，將產生較大的拉壓力。樓梯板由原先我們只考慮豎向力時的受彎構件，轉變為“拉壓彎”構件，加強了樓梯處的局部抗側剛度；結構剛度越大，地震作用效應越大，配筋越多。樓梯參與整體計算時的樓梯板配筋要比常規做法計算出來的鋼筋面積大出40%左右，當樓梯板不能承受地震力所產生的軸力及彎矩，勢必出現梯段被拉斷的情況。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結構的剛度，反而又使地震作用效應增強。這樣不僅加大了結構構件的設計難度，還增加了造價成本。

傳統板式樓梯在進行設計時，沒有考慮樓梯在地震作用下對結構整體抗震設計的影響，只是將樓梯單獨進行設計和配筋，并且簡單的將其按照簡支梁、簡支板進行荷載計算和配筋設計。傳統板式樓梯在進行整體建模分析時也只是將豎向傳遞過來的荷載施加到框架梁、柱等主體結構上進行計算，對于樓梯間的樓板進行開洞處理，并且在進行配筋時沒有采用雙層雙向的配筋形式。

研究表明，在考慮樓梯參與整體結構抗震計算后，結構的剛度中心會因樓梯的平面布置位置而發生改變。并且在考慮樓梯影響的情況下，整體結構的層間位移是要比不考慮樓梯的時候小，但是層間剪力的變化一般是要比不考慮的時候要大的。與此同時，在樓梯間位置處的主要受力構件的內力也會出現增加。結構整體的側向剛度增加，相應的側移曲線開始向彎剪型過渡。但是，樓梯的參與會使結構在進行整體抗震計算時，由原本的平動為主向扭轉變形轉變，這時將樓梯考慮成一般支承對結構提供抗側剛度是不合理的。

現如今在進行框架結構工程設計時，有相當一部分的工程設計考慮采用滑動支座樓梯，可以有效避免形成梯板支撐、削弱樓梯對結構的剛度影響。在受到地震力破壞時，能夠釋放地震力而不至于使結構產生較大變形甚至破壞。滑動支座在施工時梯段板下端支座位置應與梯梁或挑板在結構上脫開，在支座處預埋鋼板或設置聚四氟乙烯滑板，將踏步擱置在梯梁或挑板上，并且在樓梯澆筑前鋪設石墨粉或塑料薄膜，以保證達到滑動效果。其次，在樓梯裝飾面層施工時，地坪細石混凝土與樓梯踏步起步起始段必須預留5cm空隙，用高分子泡沫填充劑填充，即讓樓梯存在自由滑動距離。

2、模型建立

本研究擬定了一個3跨6層框架模型，設立了兩組，不同之處在于：第一組（M1）樓梯間處采取樓板開洞的形式，即樓梯不參與整體框架設計；第二組（M2）中樓梯間處設有樓梯，即樓梯參與整體設計.為了減少多余干擾因素，凸顯樓梯本身對結構整體的抗震性能影響，模型平面與豎向簡單規則、對稱、連續.

模型為6層現澆混凝土框架結構，混凝土強度等級為C30，樓面板和休息平臺的板厚為100mm，梯段板厚為150mm.根據荷載規范，樓面活荷載2.0kN/m2；走廊、樓梯活荷載3.0kN/m2；屋面為非上人屋面，活荷載取0.5kN/m2.底層層高為4.8m，2～6層層高均為3.6m。在PKPM中計算出合理的構件尺寸：框架柱550×550mm2；框架梁250×600mm2；梯梁250×500mm2。

3、計算條件

本研究選取Ⅱ類場地作為結構的場地條件，其抗震設防烈度為7度（0.1g），地震影響系數為0.08，結構阻尼比0.05，場地特征周期為0.45s，建筑抗震設防類別為丙類建筑。

4、模型模態分析

模態分析可用來計算結構的固有振動特性，而結構的固有振動特性與結構本身的質量和剛度有關。不同分析模型的固有頻率和振型是不同的。本研究采用SAP2000結構分析軟件，計算了2種模型前10階振型對應的自振周期。

考慮樓梯參與結構的整體計算后，結構的水平剛度增大、自振周期顯著縮短.在第一振型中，平行于梯段方向的自振周期縮短了20.5%，在垂直于梯段方向的自振周期縮短了11.8%.另外，樓梯對高振型的影響小于低振型。

結語：

綜上所述，為了能夠提升建筑物的計算水平，保證框架結構建筑物的方案科學性，為今后的施工奠定基礎，一定要從板式建筑物樓梯的角度出發，避免其對框架結構建筑的計算工作造成過大影響。

參考文獻：

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