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框架结构中不同形式楼梯对整体结构的抗震影响分析

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关键词:抗震、楼梯、滑动支座

1.引言

楼梯在建筑物中有着举足轻重的地位，是发生地震时的重要且唯一的逃生通道。根据近年来发生的地震情况看，楼梯遇到震害时发生破坏的效应非常明显，而且会在主体结构破坏前发生破坏，从而导致逃生通道阻断无法逃生，严重影响人身财产的安全。而现如今常见的传统板式楼梯在抗震方面存在很大问题，滑动支座楼梯的逐渐广泛运用很好的解决了这个问题，因此很有必要对不同形式楼梯在抗震方面进行研究分析，具有很重要的意义。

2．传统楼梯的震害现象

传统的板式楼梯是采用两端固结的支座方式进行设计的，属于刚性支座，受地震作用影响较大。常见的板式楼梯结构在地震作用下主要震害有以下几个方面：

一是沿板宽出现贯穿裂缝，在梯板钢筋被压曲或拉断。二是板断裂并产生较大错动，钢筋与混凝土剥离。三是板施工缝位置产生剪切滑移裂缝。四是垂直梯度方向产生剪切斜向裂缝。前三种为顺梯段方向的破坏，在该方向梯板受力类似斜撑，地震时受到反复的拉压作用。第四种震害表明除顺梯度的斜撑作用外，梯板也具有在垂直梯度方向的类似剪力墙的抗侧力作用。

3.滑动支座原理及介绍

在地震作用下，主体结构会发生层间侧移并导致楼梯承受拉压力作用，导致出现上述的破坏情况。相对于传统板式楼梯滑动支座楼梯具有显著的抗震作用，原理是将传统楼梯设计中的两个固定端改为上端固定支座，下端为滑动支座。下端的滑动支座的做法是利用高强度聚四氟乙烯垫板，从而有效延缓、减轻楼梯段被破坏。其最主要的优点是从构造上将主体结构和楼梯构件脱开，避免了楼梯构件对主体构件结构抗震计算的不利影响。因此只需保证地震时楼梯间围墙和主体框架结构不倒塌，即可保证罕遇地震下楼梯的疏散功能，起到保护生命和财产的安全作用。

4.实际工程中运用滑动支座分析

4.1工程资料

项目概况：

本工程为云南省某县民族中学新校区项目，总建筑面积21229.01平方米。本文中介绍其中的一栋教学楼，该结构共5层，层高3.9米，采用框架结构。其中柱子截面尺寸为隔震层600x1000、一层600x800、二层600x700、其余为600x600。大部分主梁采用400x750，次梁采用300x600，楼板厚120mm。其中楼梯为双跑楼梯，梯柱截面为400x250mm，梯梁为300x500mm和250x400mm两种。其中平面左侧楼梯为主体结构外边缘楼梯，利用悬挑梁和斜梁的支撑，右侧楼梯为主体内的室内楼梯，平面图和模型图见下图。

主要设计参数：

(1)荷载：

楼板附加恒荷载2.5KN/㎡，主梁线荷载为13.3KN/m，楼板活载采用5KN/㎡。基本风压0.3KN/㎡，地面粗糙类别B类，基本雪压0.3KN/㎡。

（2）抗震设防要求：

本工程的设计使用年限为50年，标准设防为重点设防类别（乙级），设防烈度为8度（0.3g），地震分组第三组，场地类别为二类。

4.2建立不同的计算模型

为充分考虑对比不同形式楼梯对主体结构整体计算的影响程度，利用YJK软件设计三种不同模型，分别对周期、层间位移角、最大楼层剪力、最大楼层倾覆弯矩等进行对比分析：

模型一：在进行YJK建模时，在框架结构的楼梯间建立楼梯模型，也就是为了考虑楼梯参与结构整体计算。

模型二：在进行YJK建模时，将框架结构的楼梯间板厚设置为零，然后布置恒活荷载，同时在楼梯结构设计时布置滑动支座。

模型三：在进行YJK建模时，将框架结构的楼梯间开洞，既不设置楼梯也不考虑楼梯对主体结构的整体计算和设计的影响。

4.3分析不同形式楼梯模型对整体结构的影响

4.3.1楼梯对结构整体动力特性的影响

对比分析计算模型得出以下数据

从以上数据可以看出，模型二和模型三的周期基本一致，模型一的周期比二和三小。可见普通板式楼梯对结构空间刚度会产生一定的影响，其结构振型产生的次序从模型二三的Y、X向平动变成X、Y向平动。但是当采用带滑动支座楼梯时其振型与无楼梯时相差无几，说明其对结构空间刚度影响较小。

原因是普通板楼梯起到斜向支撑作用，增加了该方向的刚度，使得Y向刚度大于X向刚度，改变了结构振型方向。而采用滑动支座楼梯的结构，没有改变振型的方向，明显减小了楼梯对整体空间刚度的影响。

4.3.2楼梯对结构的整体影响

从以上数据可以看出，层间位移角模型三模型二模型一。表明模型一的刚度较大，层间位移角相对较小，模型二由于设置滑动支座相对于模型一层间位移角略增大。

4.3.4梯板在多遇地震作用下受力分析

在传统普通的框架结构的楼梯设计中，梯板一般仅仅按照单向受弯构件设计。但在模型分析时候，得出梯板作为斜向支撑构件，在地震中承受轴力和剪力，并且在梯板和梯梁的连接处应力较大，因此在设计中应该加强。而滑动支座楼梯将剪力和弯矩释放，大大减小了梯板的受力。

5.结论

传统板式楼梯设