淺析樓梯對框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的影響

李 霞

(太原市建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

淺析樓梯對框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的影響

李 霞

(太原市建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

針對樓梯間在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中位置的不同，以及樓梯構(gòu)件是否參與結(jié)構(gòu)整體計算時，對其計算結(jié)果進(jìn)行對比分析，提出了樓梯間在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的布置及對樓梯間周邊框架部分的內(nèi)力計算的一些建議。

框架剪力墻結(jié)構(gòu),板式樓梯,抗震設(shè)計

樓梯作為重要的豎向交通通道，在發(fā)生強烈地震時，是人群重要的豎向逃生通道，樓梯間的破壞直接影響人群的逃生及后續(xù)的救援工作。在汶川地震以后，抗震規(guī)范和混凝土高規(guī)中都增加了關(guān)于樓梯間構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)整體計算的規(guī)定。新抗震規(guī)范3.6.6條第1款規(guī)定：“計算模型的建立，必要的簡化計算與處理，應(yīng)符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況，計算中應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響”。同時，混凝土高規(guī)中6.1.4條第4款對框架結(jié)構(gòu)的樓梯間規(guī)定：“當(dāng)鋼筋混凝土樓梯與主體結(jié)構(gòu)整體連接時，應(yīng)考慮樓梯對地震作用及其效應(yīng)的影響，并應(yīng)對樓梯構(gòu)件進(jìn)行抗震承載力驗算”。

本文以6層辦公樓為例，結(jié)合三個不同的計算模型，在框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，分析了樓梯間周邊構(gòu)件的合理布置，以及對樓梯構(gòu)件是否參與計算提出一些建議。

1 計算模型的建立

本工程為一棟辦公樓，地下1層，地上6層，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.9 m，標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸為49.2 m×19.4 m。為了對比樓梯間對框架剪力墻結(jié)構(gòu)在整體計算及對框架部分的內(nèi)力計算的影響，分別建立了三個計算模型。模型a：模型中樓梯間不參與計算；模型b：模型中將樓梯間布置在周邊無剪力墻的位置(位置1)；模型c：模型中將樓梯間布置在周邊有剪力墻的位置(位置2)。本工程的抗震設(shè)防烈度為8度(0.2g)，設(shè)計抗震分組為第二組，場地類別為Ⅲ類，特征周期為0.55 s。結(jié)構(gòu)的抗震措施等級：框架的抗震等級為三級，剪力墻的抗震等級為二級，所有模型均采用PKPM2010進(jìn)行多遇地震作用下的彈性反應(yīng)譜分析，樓梯構(gòu)件采用板式樓梯，板厚120 mm。框架柱、剪力墻的混凝土強度等級為C40；框架梁、板、樓梯構(gòu)件的混凝土強度等級為C30。平面尺寸及樓梯間布置詳見圖1。

利用PKPM軟件建模時需注意，在“建筑模型與荷載輸入”菜單中，將樓梯構(gòu)件布置于模型后，退出菜單時須勾選“樓梯自動轉(zhuǎn)換為梁”，則程序可自動地將樓梯構(gòu)件轉(zhuǎn)化為折梁，在程序自動復(fù)制的子目錄LT下接力SATWE等的結(jié)構(gòu)計算中，才會考慮樓梯構(gòu)件的影響。如果不進(jìn)入子目錄LT中計算，則程序?qū)⒉豢紤]樓梯構(gòu)件的影響。

2 計算結(jié)構(gòu)及分析

本工程采用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件2010版PKPM進(jìn)行整體計算，結(jié)果顯示按抗震規(guī)范在規(guī)定水平力作用下，結(jié)構(gòu)底層框架部分所承擔(dān)的地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩分別為39.77%(X向)、33.02%(Y向)。根據(jù)混凝土高規(guī)8.1.3條2款，辦公樓應(yīng)按框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

2.1 對振動周期的影響

不同模型之間前三振型的振動周期詳見表1。通過三個計算模型的計算結(jié)果對比可以看出：在整體計算中考慮樓梯構(gòu)件以后，振型1的振動周期有所減小，振型2的振動周期有所增加，振型3的振動周期與模型b有所減小，而模型c有所增加。從而可以看出，在計算模型中增加樓梯構(gòu)件以后，對結(jié)構(gòu)的振動周期影響不大。在框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以不考慮樓梯構(gòu)件對結(jié)構(gòu)的振動周期的影響。

表1 不同模型之間前三振型的振動周期

2.2 對位移角的影響

不同模型之間層間位移角及位移比詳見表2。通過三個計算模型的計算結(jié)構(gòu)對比可以看出，考慮樓梯構(gòu)件以后，模型b的最大層間位移角有所減小，模型c的最大層間位移角有所增加。說明：當(dāng)樓梯間布置在周邊無剪力墻的位置(位置1)時，結(jié)構(gòu)的整體剛度有所增加；當(dāng)樓梯間布置在周邊有剪力墻的位置(位置2)時，結(jié)構(gòu)的整體剛度有所減小，但影響的幅度并不是很大。模型b和模型c的位移比與模型a相比沒有變化。但層間位移比有所增加，但比值均未超過1.2。在框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以不考慮樓梯構(gòu)件對層間位移角及位移比的影響。

表2 不同模型之間層間位移角及位移比

2.3 對框架柱內(nèi)力的影響

框架柱的內(nèi)力選取在D+L的工況下，一層的柱底內(nèi)力，其剪力設(shè)計值詳見表3。KZ1為模型c布置樓梯間以后的樓梯間角部框架柱，對比模型a和模型c可知，在樓梯間周邊布置剪力墻以后，樓梯間角部框架柱的剪力有所減小，對KZ3,KZ4,KZ5的剪力影響很小。KZ2為模型b布置樓梯間以后的樓梯間角部框架柱，對比模型a和模型b可知，在樓梯間周邊不布置剪力墻時，樓梯間角部框架柱的剪力增加幅度比較大，接近50%，而KZ3,KZ4,KZ5的剪力變化幅度很小，基本可以忽略不計。從而可以看出，在計算框架柱的剪力時，當(dāng)樓梯間的周邊布置剪力墻時，可不考慮樓梯構(gòu)件的影響，但是，當(dāng)樓梯間的周邊沒有布置剪力墻時，則必須要考慮樓梯構(gòu)件的影響。

表3 框架柱一層柱底剪力設(shè)計值

3 結(jié)語

本文以6層的辦公樓為例，比較了在框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對樓梯間的不同建模方法，對比是否考慮樓梯構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)的整體計算，以及樓梯間周邊是否布置剪力墻時，分析結(jié)構(gòu)的振動周期、層間位移角、位移比及框架柱的剪力設(shè)計值，得出以下結(jié)論：

1)框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在計算結(jié)構(gòu)的振動周期和層間位移角時，樓梯間的布置位置及樓梯構(gòu)件是否參與結(jié)構(gòu)整體計算，對計算結(jié)果的影響很小，所以對于結(jié)構(gòu)整體計算，框架剪力墻結(jié)構(gòu)可以不考慮樓梯構(gòu)件的影響。

2)框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，當(dāng)樓梯間周邊布置剪力墻時，對框架柱的剪力影響不大，可以不考慮樓梯構(gòu)件參與計算。但是當(dāng)樓梯間周邊沒有布置剪力墻時，對樓梯間周邊的框架柱的剪力影響較大，應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)計算。所以在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中布置樓梯間時，應(yīng)盡量將樓梯間布置在周邊有剪力墻的位置，此時，可以不考慮樓梯構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)的整體計算，但是當(dāng)樓梯間周邊因有限制條件，無法布置剪力墻時，應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件參與整體計算。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2016年版)[S].

[2] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 朱炳寅.建筑抗震設(shè)計規(guī)范應(yīng)用與分析:GB 50011—2010[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4] 朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析:JGJ 3—2010[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

Analysisontheinfluenceofstairsonseismicperformanceofframe-shearwallstructure

LiXia

(TaiyuanInstituteofArchitecturalDesignandResearch,Taiyuan030002,China)

Arming at the different positions of the stairs in the frame-shear wall structure, and whether the stairs are involved in the overall calculation, the calculated results are compared and analyzed, the paper puts forward some suggestions on how to arrange the stairs in the frame-shear wall structure and internal force calculation of the frame part around the stairs.

frame-shear wall, stairs, seismic design

2017-10-04

李 霞(1984- )，女，工程師

1009-6825(2017)35-0041-03

TU398.2

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