樓梯對框架結(jié)構(gòu)整體性能的影響

王海江 農(nóng)十三師勘察設(shè)計院

唐曉青 西安建筑科技大學(xué)建筑設(shè)計研究院

    樓梯可看作結(jié)構(gòu)中設(shè)置的斜板，由于缺乏合適的分析、設(shè)計工具，因此，在設(shè)計中常按單獨構(gòu)件進(jìn)行計算，而忽略它在整體結(jié)構(gòu)計算中的作用。本文通過采用帶樓梯和不帶樓梯兩種整體結(jié)構(gòu)計算方案對某框架結(jié)構(gòu)辦公樓進(jìn)行計算，對比計算結(jié)果，得出相關(guān)結(jié)論以供參考。

1、計算結(jié)果對比分析

    1．1 工程概況

    本工程位于石家莊市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，地上8層，1層為實驗室，2—8層為辦公樓層，無地下室，結(jié)構(gòu)總高度29．5m，為典型的框架結(jié)構(gòu)。設(shè)計基本風(fēng)壓0．4kN／m2，抗震設(shè)防烈度7度(0．10 g)，II類場地，地震分組為第一組。典型結(jié)構(gòu)面布置如圖1。

    1.2 結(jié)構(gòu)計算方案

    本文旨在研究樓梯對整體結(jié)構(gòu)計算的影響，因此采用兩種計算方案以進(jìn)行對比分析：方案l，不帶樓梯整體結(jié)構(gòu)計算；方案2，帶樓梯的整體結(jié)構(gòu)計算。在方案2的模型中樓梯以斜板的方式進(jìn)行建模計算。

    地震作用根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB5001l一2001的相關(guān)規(guī)定采用振型分解法計算，風(fēng)荷載計算參數(shù)根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB5009的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算。計算程序采用美國CSI公司研制的結(jié)構(gòu)分析軟件ETABS(v9．0中文版)，計算過程中為更接近實際地震荷載分布情況，采用按彈性樓板計算方案。

    1.3 計算結(jié)果對比分析

    1.3.1周期和剛度對比

    由周期和剛度對比結(jié)果表1、表2，可發(fā)現(xiàn)：

    (1)對比表1與方案1，樓梯的設(shè)置不同程度的減小了結(jié)構(gòu)的自振周期，影響結(jié)構(gòu)的低階振型；

    (2)由表2可發(fā)現(xiàn)，樓梯的設(shè)置增加了結(jié)構(gòu)樓層的側(cè)向剛度，計算過程中不設(shè)置樓梯與設(shè)置樓梯的計算誤差達(dá)到15％ 以上；

    (3)樓梯的設(shè)置對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)影響較水平向自振周期顯著，說明樓梯將柱和墻連接形成整體的、有效的抗側(cè)力體系，尤其對結(jié)構(gòu)抵抗整體扭矩，具有重要的意義。

    1.3.2 樓層剪力、層間位移對比

    采用方案l和方案2計算所得的樓層剪力和層間位移角對比結(jié)果見表3和表4。由表3、4可知，(1)結(jié)合表2和表3，由于樓梯的斜板作用及其和周邊構(gòu)件協(xié)同工作的性能增加了結(jié)構(gòu)整體剛度，但同時也增加了結(jié)構(gòu)的樓層地震剪力，從安全角度去考慮，不帶樓梯的計算結(jié)果忽略樓梯對計算結(jié)果的不利作用，計算誤差最高達(dá)到22．63％。

    (2)樓梯對結(jié)構(gòu)x，Y向?qū)娱g位移角都有影響，從整體上來看，考慮與不考慮樓梯作用的計算誤差在結(jié)構(gòu)底層較大，計算誤差隨著高度的增加而減小 。

2、樓梯周邊柱軸力、剪力對比結(jié)果

    為研究樓梯的設(shè)置對周邊框架柱的影響，表5、表6列出了方案1和方案2中相同位置處設(shè)置與不設(shè)置樓梯對框架柱軸力和剪力的影響，可知：樓梯兼具水平

    和豎向構(gòu)件的雙重作用，在增加結(jié)構(gòu)整體剛度的同時，也增加了與其相連接框架柱的豎向和水平荷載。這種雙重作用可以從表5和表6表現(xiàn)出來，方案2樓梯的周邊框架柱所承擔(dān)的軸力和剪力均較方案1不帶樓梯的周邊框架柱大。  

3、結(jié)論

    通過結(jié)合實際工程研究樓梯對結(jié)構(gòu)整體性能的影響，可知：方案2與方案1相比更能接近實際工程需要的計算結(jié)果，樓梯的設(shè)置在增加結(jié)構(gòu)整體剛度，減小了結(jié)構(gòu)層間位移，但同時也增加了地震荷載，提高了樓梯周邊框架柱的設(shè)計荷載，建議在設(shè)計中適當(dāng)提高樓梯周邊柱的設(shè)計承載力。

參考文獻(xiàn):

[1] 徐培福等．復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005．

[2] 高立人，方鄂華，錢稼如．高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計[M]．北京：中國計劃出版社，2005．

[3] 包世華．新編高層建筑結(jié)構(gòu)[M]．北京：中國水利水電出版社，20o1．

[4] 方鄂華．多層及高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M]．北京：地震出版社，1992

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)