板式建筑物楼梯对框架结构整体计算的影响分析

板式建筑物楼梯对框架结构整体计算的影响分析

在框架结构建筑物不断增多的今天，我们对框架结构的建筑物进行计算的过程中，不可忽视一些关键性的因素，比如板式建筑物楼梯的影响就比较大，它对框架结构会造成的影响也是比较多的。所以，本文进一步分析了板式建筑物楼梯对框架结构整体的计算影响，总结了影响的诸多方面，供参考和借鉴。

标签：板式建筑物；楼梯；框架结构；整体计算；影响

我们研究和计算框架结构建筑物，不得不重视板式建筑物楼梯的影响力，在分析和计算的过程中，要将板式建筑物楼梯的影响放在重点位置，才能够保证框架结构整体计算更加科学。

1、楼梯概念设计的理论分析

建筑框架结构设计是主要设计依据、抗震等级、人防等级、地基情况及承载力、防潮抗渗做法、活荷载值、材料等级、施工中的注意事项，选用详图，通用详图或节点，以及施工图中未画而通过说明来表达的信息，如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3等。

楼梯在建筑物中是一个空间结构，各种构件以相当复杂的方式共同工作，这种复杂的、非弹性性质的、材料的时效、阻尼变化等多种因素，在实际计算中存在着不准确性。故在建筑抗震理论远未达到很科学严密的情况下，单靠理论计算很难使楼梯具有良好的抗震能力，因而在实际工程设计中我们多了许多概念，假定与简化。如楼梯不宜放在建筑物的角部和边部，以便于荷载的传递；同时减少水平地震力作用下空间扭转作用的影响。实际上踏步和平台梁是整体连接，计算时需要在支座处加构造负筋；以往在建筑工程中负筋一端锚入楼梯梁，另一端伸进楼梯板四分之一的踏步板跨度。但通过实际工程震害发现，在梯板四分之一处梯板断裂或梯板混凝土剥落。

再次，楼梯板在水平地震力作用下具有桁架中的腹杆效应，将产生较大的拉压力。楼梯板由原先我们只考虑竖向力时的受弯构件，转变为“拉压弯”构件，加强了楼梯处的局部抗侧刚度；结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多。楼梯参与整体计算时的楼梯板配筋要比常规做法计算出来的钢筋面积大出40%左右，当楼梯板不能承受地震力所产生的轴力及弯矩，势必出现梯段被拉断的情况。这样为抵御地震而配的钢筋，增加了结构的刚度，反而又使地震作用效应增强。这样不仅加大了结构构件的设计难度，还增加了造价成本。

传统板式楼梯在进行设计时，没有考虑楼梯在地震作用下对结构整体抗震设计的影响，只是将楼梯单独进行设计和配筋，并且简单的将其按照简支梁、简支板进行荷载计算和配筋设计。传统板式楼梯在进行整体建模分析时也只是将竖向传递过来的荷载施加到框架梁、柱等主体结构上进行计算，对于楼梯间的楼板进行开洞处理，并且在进行配筋时没有采用双层双向的配筋形式。

研究表明，在考虑楼梯参与整体结构抗震计算后，结构的刚度中心会因楼梯的平面布置位置而发生改变。并且在考虑楼梯影响的情况下，整体结构的层间位移是要比不考虑楼梯的时候小，但是层间剪力的变化一般是要比不考虑的时候要大的。与此同时，在楼梯间位置处的主要受力构件的内力也会出现增加。结构整体的侧向刚度增加，相应的侧移曲线开始向弯剪型过渡。但是，楼梯的参与会使结构在进行整体抗震计算时，由原本的平动为主向扭转变形转变，这时将楼梯考虑成一般支承对结构提供抗侧刚度是不合理的。

现如今在进行框架结构工程设计时，有相当一部分的工程设计考虑采用滑动支座楼梯，可以有效避免形成梯板支撑、削弱楼梯对结构的刚度影响。在受到地震力破坏时，能够释放地震力而不至于使结构产生较大变形甚至破坏。滑动支座在施工时梯段板下端支座位置应与梯梁或挑板在结构上脱开，在支座处预埋钢板或设置聚四氟乙烯滑板，将踏步搁置在梯梁或挑板上，并且在楼梯浇筑前铺设石墨粉或塑料薄膜，以保证达到滑动效果。其次，在楼梯装饰面层施工时，地坪细石混凝土与楼梯踏步起步起始段必须预留5cm空隙，用高分子泡沫填充剂填充，即让楼梯存在自由滑动距离。

2、模型建立

本研究拟定了一个3跨6层框架模型，设立了两组，不同之处在于：第一组（M1）楼梯间处采取楼板开洞的形式，即楼梯不参与整体框架设计；第二组（M2）中楼梯间处设有楼梯，即楼梯参与整体设计.为了减少多余干扰因素，凸显楼梯本身对结构整体的抗震性能影响，模型平面与竖向简单规则、对称、連续.

模型为6层现浇混凝土框架结构，混凝土强度等级为C30，楼面板和休息平台的板厚为100mm，梯段板厚为150mm.根据荷载规范，楼面活荷载2.0kN/m2；走廊、楼梯活荷载3.0kN/m2；屋面为非上人屋面，活荷载取0.5kN/m2.底层层高为4.8m，2～6层层高均为3.6m。在PKPM中计算出合理的构件尺寸：框架柱550×550mm2；框架梁250×600mm2；梯梁250×500mm2。

3、计算条件

本研究选取Ⅱ类场地作为结构的场地条件，其抗震设防烈度为7度（0.1g），地震影响系数为0.08，结构阻尼比0.05，场地特征周期为0.45s，建筑抗震设防类别为丙类建筑。

4、模型模态分析

模态分析可用来计算结构的固有振动特性，而结构的固有振动特性与结构本身的质量和刚度有关。不同分析模型的固有频率和振型是不同的。本研究采用SAP2000结构分析软件，计算了2种模型前10阶振型对应的自振周期。

考虑楼梯参与结构的整体计算后，结构的水平刚度增大、自振周期显著缩短.

在第一振型中，平行于梯段方向的自振周期缩短了20.5%，在垂直于梯段方向的自振周期缩短了11.8%.另外，楼梯对高振型的影响小于低振型。

结语：

综上所述，为了能够提升建筑物的计算水平，保证框架结构建筑物的方案科学性，为今后的施工奠定基础，一定要从板式建筑物楼梯的角度出发，避免其对框架结构建筑的计算工作造成过大影响。

参考文献：

[1]汤保新，陈伟，李琪.不同比例板式楼梯对RC框架结构抗地震倒塌能力的影响[J].江苏建筑，2016，06：13-18.

[2]李进军，于宁宁，阮祎萌，等.不同形式楼梯对框架结构的抗震影响分析[J].建筑结构，2016，S1：1138-1141.