樓梯對鋼筋混凝土框架結構影響

◎ 謝會杰，王 寧，趙華營

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

樓梯對鋼筋混凝土框架結構影響

◎ 謝會杰，王 寧，趙華營

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

本文通過三維建模分析，研究現澆樓梯對鋼筋混凝土框架結構周期及位移的改變，從而分析現澆樓梯對整體結構的影響。

現澆樓梯；框架結構；周期；位移

汶川地震中，疏散樓梯出現了嚴重破壞，這種現象引起人們對樓梯構件的重視。現澆樓梯對鋼筋混凝土框架結構剛度的影響也逐漸被結構設計人員考慮，設計者通常通過周期及位移的變化反映樓梯對整體結構的作用。

現澆樓梯對整體結構的影響引起國內學者的關注。規范對樓梯間新的抗震構造措施進行調整和完善，樓梯間在水平地震作用下對結構的影響在抗震規范中也成為重要規定。《建筑抗震設計規范》[1]（GB 50011-2010）中對樓梯間參與結構整體計算的規定如下：計算模型的建立、必要的簡化計算與處理，應符合結構的實際工作狀況，計算中應考慮樓梯構件的影響。

1 工程算例概況

本文運用PKPM軟件，通過考慮樓梯剛度與未考慮樓梯剛度對比[2]，計算現澆樓梯參與整體模型計算中抗震性能，研究地震作用下樓梯對鋼筋混凝土框架結構的影響。該工程平面布置如圖1所示。

圖1 框架平面布置圖

1.1 工程概況1

同一地震烈度不同層數對框架結構周期及位移影響[3.4]：地震烈度為7度（0.1 g），場地類別Ⅱ類，地震分組為第一組，周期折減系數為1（該模型中不考慮填充墻的影響）；框架柱截面500×500，框架梁截面250×500，每層層高4.0 m，三個模型檐口分別為12、24、36 m；梁板柱混凝土均為C30，樓板厚120 mm；框架縱向跨度4跨，每跨6 m，橫向跨度2跨，每跨6 m。

1.2 工程概況2

不同地震烈度相同層數對框架結構周期及位移影響：三個模型地震烈度為6度（0.05 g）、7度（0.1 g）、8度（0.2 g），場地類別Ⅱ類，地震分組為第一組，周期折減系數為1（該模型中不考慮填充墻的影響）；框架柱截面600×600，框架梁截面250×500，每層層高4.0 m，檐口標高36 m；梁板柱混凝土均為C30，樓板厚120 mm；框架縱向跨度4跨，每跨6 m，橫向跨度2跨，每跨6 m。

2 模型計算結果與分析

2.1 工程概況1計算結果與分析

在工況1中，X、Y向地震作用下周期位移變化見表1、表2，圖2～圖5分別為X向地震作用下周期差值、X向地震作用下位移差值、Y向地震作用下周期差值、Y向地震作用下位移差值。由圖表可知，考慮樓梯參與整體計算后，結構周期減小，位移也減小。這是因為，考慮樓梯對結構剛度的影響，結構整體抗側剛度增加，同時周期減小且位移減小。圖表中X、Y向周期及位移改變量的顯著不同，可得出，順樓梯方向剛度及位移影響較明顯且是主要的，而對垂直樓梯方向的影響相對較小。根據不同檐口高度結構周期及位移的變化量，隨著建筑高度的增加，樓梯對結構抗側剛度的影響也在不斷增加，這就要求我們對高層建筑更加重視樓梯對整體模型的影響，考慮整體計算的必要性。

表1 X向地震作用下周期位移變化表

表2 Y向地震作用下周期位移變化表

圖2 X向地震作用下周期差值圖

圖3 X向地震作用下位移差值圖

圖4 Y向地震作用下周期差值圖

圖5 Y向地震作用下位移差值圖

2.2 工程概況2計算結果與分析

在工況2中，X、Y向地震作用下周期位移變化見表3、表4，圖6、圖7分別為X向地震作用下位移差值、Y向地震作用下位移差值。根據圖表可以看到，隨著地震烈度的增加，樓梯對結構抗側剛度的影響也在不斷增加，這就要求我們對抗震設防烈度較高的建筑要更加重視樓梯對整體模型的影響，模型計算時考慮樓梯對整體模型的調整作用。

表3 X向地震作用下周期位移變化表

表4 Y向地震作用下周期位移變化表

圖6 X向地震作用下位移差值圖

圖7 Y向地震作用下位移差值圖

3 結論與設計建議

本文著重分析樓梯對整體結構周期及位移的影響，從而反應樓梯對結構抗側剛度的改變。根據本文得出如下結論與建議：①現澆樓梯對框架結構抗側移剛度有明顯影響，對結構整體抗震性能影響較明顯。地震作用下，樓梯將減小結構自振周期、增加結構剛度同時減小結構樓層水平位移。②進行結構建模計算中需要考慮樓梯的影響，特別是高層建筑及抗震設防烈度較高建筑。③樓梯剛度對框架結構影響很大，樓梯周邊構件承擔更多地震剪力，樓梯間角柱、梯柱應加強配筋。④如果不考慮樓梯對結構整體的影響，可采用滑動支座，梯板與框架柱連接處于自由狀態，樓梯對整體結構剛度的影響可以忽略不計，有效減少地震作用下結構抗側剛度及周邊構件受力性能的改變。

[1]中華人民共和國建設部.GB50011-2010 建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]楊小鈺.現澆樓梯對鋼筋混凝土框架結構的抗震影響分析[D].太原：太原理工大學，2013.

[3]朱炳寅.建筑抗震設計規范應用與分析[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4]盧凱亮.抗震設計樓梯參與結構計算的分析探討[J].中國新技術新產品，2012（1）：176.

The Influence of Stairs to Concrete Frame Structure

Xie Huijie, Wang Ning, Zhao Huaying
(COFCO Engineering and Technology(Zhengzhou)Co., Ltd, Zhengzhou 450053, China)

By analyzing the three-dimensional modeling, this paper studies the influence of cast-inplace stairs to the cycle and displacement to the reinforced concrete frame structure, so as to analyze the impact of cast-in-place stairs to the overall structure.

Cast-in-place stairs; Frame structure; Cycle; Displacement

TU375

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.24.036

謝會杰（1985-），男，工程師；專業方向為結構設計。