楼梯对框架结构抗震性能的影响分析

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地震灾害发生时,楼梯是建筑中非常重要的竖向逃生通道。然而,研究调查人员发现,汶川地震中,在主体结构未严重破坏和倒塌的情况下,楼梯部位却往往出现了很严重的破坏,丧失了其作为竖向逃生通道的作用[1]。在汶川地震以前,结构设计中对于楼梯都是按开洞处理,通过近似模拟楼梯荷载并导荷的方式考虑楼梯对框架的作用。但是这种处理方式没有考虑楼梯对结构整体刚度的影响,没有充分考虑楼梯对与楼梯间四周框架梁柱的影响。汶川地震以后,我国规范对楼梯设计做出相关修改,要求计算机模型分析中考虑楼梯构件的影响[2]。针对相关研究给出的降低楼梯斜撑作用的降撑处理建议[3],11G101-2图集也给出了滑动支座楼梯的相关做法。研究还发现,楼梯间破坏形式复杂,其中一种常见的破坏形式就是楼梯间框架柱出现短柱破坏。为此,人们提出了在休息平台位置采用梯柱将休息平台与框架柱分离的方法。本文通过结构分析软件SAP2000,先后建立了8个框架结构模型并对它们进行了模态分析和反应谱分析。这8个模型分别是:2层、4层、6层的无楼梯框架模型和有楼梯(一般板式楼梯)框架模型,带滑动支座楼梯的6层框架模型和带休息平台与框架柱分离的滑动支座楼梯的6层框架模型。通过前6个模型,本文分析了一般板式楼梯对不同层数的框架抗震性能的影响。通过后两个模型,本文分析了滑动支座楼梯和休息平台与框架柱分离的滑动支座楼梯在减小对结构整体抗震性能影响方面的优点。通过这些分析,本文得出了如下几点结论:(1)在地震作用下,一般板式楼梯对框架结构刚度的影响不可忽略。(2)对不同层数的框架,楼梯对它们的影响不尽相同。框架越高,楼梯的影响越明显,这启示我们,对高度较高的框架进行设计时,要愈发注重楼梯的影响。(3)楼梯对结构底层的影响最明显,结构底层楼梯间位置部分框架梁和柱的内力明显增大,采用无楼梯模型模拟楼梯的方法,对于楼梯间位置部分框架梁柱偏于不安全。(4)地震作用下,一般板式楼梯、滑动支座楼梯、休息平台与框架柱分离的滑动支座楼梯对结构整体抗震性能的影响依次减小。特别是采用休息平台与框架柱分离的滑动支座楼梯时,框架结构整体抗震性能基本不受楼梯影响。采用这种楼梯基本不影响楼梯间框架柱内力,但仍会影响楼梯间位置的框架梁内力。
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