钢筋溷凝土框架结构楼梯构件影响效果分析a

1、研究目的 配合建筑抗震设计规范的修订工作，对钢筋混凝土框架结构楼梯构件的影响效果进行专题研究， 目标：对楼梯构件在整体结构中的受力状态、楼梯构件对主体结构的作用效果及影响程度等有一个较为清楚的了解与把握，为建筑抗震设计规范相关条款的修订提供技术依据。合作研究机构 中国建筑科学研究院 北京市建筑设计研究院 华东建筑设计研究院 广东省建筑设计研究院 中国建筑西南设计研究院 中南建筑设计研究院目 次1.楼梯震害情况2.2008抗震规范局修3.计算分析模型4.计算分析结果5.结论及建议6.2010规范相关修订1、楼梯震害 2008，汶川大地震中一个普遍的破坏现象是，作为逃生通道的楼梯间破坏比较严重，造

2、成了相当的人员伤亡 2010，玉树地震中也存在楼梯破坏现象 8度区某砖混结构，中部楼梯间倒塌 楼梯踏步痕迹清晰可见 混凝土结构，梯板被拉断，钢筋压屈混凝土结构中，楼梯梁剪扭断裂钢筋脆断2、2008抗震规范局修1. 第3.6.6条补充规定，结构整体计算分析时应考虑楼梯构件的影响；2. 第3.7.3条补充规定，楼梯间的非承重墙体应采取措施与主体结构可靠连接或锚固，避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备；3. 第7.3.1条，对于砌体结构的楼梯间，明确要求，楼梯间四角以及楼梯段上下端对应的墙体处设置构造柱，共有8根构造柱；4. 第7.3.8条提升为强制性条文，要求砌体结构楼梯间墙体在休息平台或半层高处设置

3、钢筋混凝土带或配筋砖带，以及采取其他加强措施，特别要求加强顶层和出屋面楼梯间的抗震构造相当于约束砌体的构造要求。3、计算分析模型 楼梯： 数量 布置方式 主结构 开间 跨数构建18个模型（5开间系列、7开间系列）仅以5开间系列为例讨论5开间系列计算模型开间系列计算模型序号编号主体结构楼梯备注开间跨数数量（个）布置方式1A5-1512两端2C5-1511中部3D5-1511端部4E5-151-对比模型5A5-3532两端6B5-3532中部7C5-3531中部8D5-3531端部9E5-353-对比模型5开间系列模型简图模型参数（1）整体：地上6层，层高3.900m，地坪处设置拉梁，基础顶标高-

4、2.000m。 （2）材料：柱C40，其余构件C30。（3）构件：柱650 x650，梯柱300 x300，框架梁均300 x600，梯梁250 x400，楼梯间次梁300 x600，其余次梁250 x500。（4）地震动参数：7度（0.15g），一组，II类场地。（5）计算软件：广东院：GSCAD，其余：ETABS4、计算分析结果结构整体影响效果分析侧向刚度 自振周期地震作用侧向变形局部影响效果分析主体结构构件的内力影响分析柱梁楼梯构件受力分析 梯段斜板 平台梁 平台短柱 (1) 基本规律 考虑楼梯构件后，结构整体刚度加大且平面内分布不均匀，使结构整体分析结果（周期、位移、作用、内力等）有所

5、变化。 影响程度：与纯框架的刚度、楼梯的数量和布置的位置等情况有关。 基本规律： 楼梯刚度与纯框架结构刚度的比例越大，则平动周期减少越多，总地震作用加大越多， 沿梯板方向影响大，垂直梯板方向影响很小； 楼梯在楼面的两端对称布置，扭转周期明显减少，扭转位移比减少较多； 楼梯布置在楼面中部，扭转影响不明显； 楼梯布置在楼面的一端，扭转周期有所减少，但扭转位移比明显加大。侧向刚度 自振周期 纯框架：横向、纵向和扭转；带楼梯：第一振型多为纵向，D系模型为扭转。对典型的三跨框架系列模型： 设置两部楼梯，顺梯方向周期减少20%左右； 垂直梯板方向略有减少； 扭转周期变化与楼梯布置和数量有关： 两端对称布置

6、时周期减少25%左右 中部集中布置时基本不变， 一端布置减少不到20%。 地震作用建研院结果12345672004006008001000Vx (kN)Floor A 5-1 C 5-1 D 5-1 E 5-112345672004006008001000Vy (kN)Floor A 5-1 C 5-1 D 5-1 E 5-1地震作用建研院结果1234567400800120016002000Vx (kN)Floor A 5-3 B 5-3 C 5-3 D 5-3 E 5-31234567400800120016002000Vy (kN)Floor A 5-3 B 5-3 C 5-3 D 5-

7、3 E 5-3侧向变形框架柱内力变化轴力ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE822.80310.53163.94163.92311.03822.05133.16196.97809.61311.57139.61126.48159.57213.23940.67347.51179.27147.09619.70243.80144.24178.86222.32187.88199.13225.26214.

8、25214.25225.26199.134.131.380.770.771.384.130.670.873.781.450.620.640.800.954.391.620.800.743.111.080.670.830.990.941.001.001.001.001.001.00376.65201.84349.28349.22201.72376.83383.28351.80286.64204.41299.60284.93389.30359.27422.88211.89382.88367.55306.12159.33308.87382.32470.24491.58420.83445.86457.

9、55457.55445.86420.830.900.450.760.760.450.900.910.790.630.450.670.680.930.810.920.460.860.870.730.360.680.841.051.171.001.001.001.001.001.00430.31381.86350.40350.34381.68429.96383.45351.87286.07204.41299.60284.99376.74400.19491.67414.57384.27384.09334.86292.02310.52381.99472.22522.23435.21457.13457.

10、65457.65457.13435.210.990.840.770.770.830.990.880.770.630.450.660.650.870.881.070.910.840.880.770.640.680.831.031.201.001.001.001.001.001.00141.27161.79162.80162.77161.70141.21133.23197.03810.12310.28139.59126.42148.07180.30175.89176.12177.83159.68135.63123.89144.68178.83220.74149.34185.96212.67214.

11、22214.22212.67185.960.760.760.760.760.760.760.720.933.781.450.660.680.800.850.820.820.840.860.730.580.680.831.040.801.001.001.001.001.001.00ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE822.80310.53163.94163.92311.03822.05133.

12、16196.97809.61311.57139.61126.48159.57213.23940.67347.51179.27147.09619.70243.80144.24178.86222.32187.88199.13225.26214.25214.25225.26199.134.131.380.770.771.384.130.670.873.781.450.620.640.800.954.391.620.800.743.111.080.670.830.990.941.001.001.001.001.001.00376.65201.84349.28349.22201.72376.83383.

13、28351.80286.64204.41299.60284.93389.30359.27422.88211.89382.88367.55306.12159.33308.87382.32470.24491.58420.83445.86457.55457.55445.86420.830.900.450.760.760.450.900.910.790.630.450.670.680.930.810.920.460.860.870.730.360.680.841.051.171.001.001.001.001.001.00430.31381.86350.40350.34381.68429.96383.

14、45351.87286.07204.41299.60284.99376.74400.19491.67414.57384.27384.09334.86292.02310.52381.99472.22522.23435.21457.13457.65457.65457.13435.210.990.840.770.770.830.990.880.770.630.450.660.650.870.881.070.910.840.880.770.640.680.831.031.201.001.001.001.001.001.00141.27161.79162.80162.77161.70141.21133.

15、23197.03810.12310.28139.59126.42148.07180.30175.89176.12177.83159.68135.63123.89144.68178.83220.74149.34185.96212.67214.22214.22212.67185.960.760.760.760.760.760.760.720.933.781.450.660.680.800.850.820.820.840.860.730.580.680.831.040.801.001.001.001.001.001.00ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE

16、ABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDEABCDE822.80310.53163.94163.92311.03822.05133.16196.97809.61311.57139.61126.48159.57213.23940.67347.51179.27147.09619.70243.80144.24178.86222.32187.88199.13225.26214.25214.25225.26199.134.131.380.770.771.384.130.670.873.781.45

17、0.620.640.800.954.391.620.800.743.111.080.670.830.990.941.001.001.001.001.001.00376.65201.84349.28349.22201.72376.83383.28351.80286.64204.41299.60284.93389.30359.27422.88211.89382.88367.55306.12159.33308.87382.32470.24491.58420.83445.86457.55457.55445.86420.830.900.450.760.760.450.900.910.790.630.45

18、0.670.680.930.810.920.460.860.870.730.360.680.841.051.171.001.001.001.001.001.00430.31381.86350.40350.34381.68429.96383.45351.87286.07204.41299.60284.99376.74400.19491.67414.57384.27384.09334.86292.02310.52381.99472.22522.23435.21457.13457.65457.65457.13435.210.990.840.770.770.830.990.880.770.630.45

19、0.660.650.870.881.070.910.840.880.770.640.680.831.031.201.001.001.001.001.001.00141.27161.79162.80162.77161.70141.21133.23197.03810.12310.28139.59126.42148.07180.30175.89176.12177.83159.68135.63123.89144.68178.83220.74149.34185.96212.67214.22214.22212.67185.960.760.760.760.760.760.760.720.933.781.45

20、0.660.680.800.850.820.820.840.860.730.580.680.831.040.801.001.001.001.001.001.00框架柱内力变化剪力框架柱内力变化剪力框架柱内力变化弯矩框架柱内力变化弯矩框架梁弯矩：A5-1 VS E5-1框架梁弯矩：C5-1 VS E5-1框架梁弯矩：D5-1 VS E5-1楼梯构件受力分析 A5-1模型为例 楼梯构件编号示意图梯段斜板 1. 轴向受力轴向受力2. 竖向受剪竖向受剪3. 面内受弯面内受弯4. 扭矩扭矩 平台梁 平台梁普遍存在较大的轴力平台梁普遍存在较大的轴力 直接支撑楼梯踏步的梁直接支撑楼梯踏步的梁LTL1LTL1

21、最为复杂，处于拉、弯、最为复杂，处于拉、弯、剪的复合受力状态剪的复合受力状态 LTL3LTL3，直接传递踏步斜板的地震效应，处于受压，直接传递踏步斜板的地震效应，处于受压状态，且轴力最大状态，且轴力最大 平台柱 靠近踏步斜板的短柱LTZ1和LTZ2处于双向偏压（拉）受力状态 5、结论与建议 楼梯构件对结构整体侧向刚度、周期与振型、地震作用、结构位移、扭转效应以及构件内力等均有影响，其影响程度与楼梯构件的数量、布置方式、主体结构本身的侧向刚度有关。大致来说，有以下规律：1.楼梯数量越多，影响程度越大；2.均匀对称布置，有利于控制扭转效应；3.楼梯参与计算后，局部构件内力会增大，其余构件内力可能会减小；4.楼梯构件自身受力复杂；5、结论与建议 建议：楼梯构件应均匀、对称布置，以减小结构的扭转效应；进行主体结构构件截面强度验算时，应取楼梯构件参与计算和纯框架两种模型计算结果的较大值进行设计；由于支撑效应的存在，楼梯构件相当于整个结构体系的第一道防线，结构设计时，应充分估计并考虑楼梯构件的复杂受力状态，同时相应加强延性构造措施。条件许可时，建