砌体结构中楼梯的抗震性能分析及设计计算方法研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zzjqwerty6
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砌体结构房屋是目前存量较多的建筑类型之一。楼梯作为多层及高层建筑的竖向通道,是房屋建筑的重要组成部分,发生地震时,楼梯的破坏会严重影响人员撤离和救援。但是,建筑抗震设计规范对楼梯的抗震设计方法只有原则性建议。楼梯对整体结构的抗震性能影响和楼梯构件的地震作用内力计算方法目前尚不清晰,导致结构中楼梯的抗震设计无合理的方法进行。鉴于此,本文主要研究在水平地震作用下,砌体结构中楼梯对结构整体自振周期、水平位移、楼层剪力等的影响;利用ANSYS有限元软件分析和确定影响楼梯抗侧刚度的主要参数,回归出楼梯抗侧刚度的计算公式,为楼梯的结构抗震设计提出方法;利用ANSYS有限元软件分析楼梯组成构件的受力特点,查找楼梯非抗震设计存在的隐患,回归出楼梯组成构件内力计算公式;并与传统的非抗震方法计算方法进行对比,指出规范存在的不足。主要研究结论如下:(1)在水平地震作用下,楼梯参与结构整体分析后,结构的基本运动形式未发生明显改变,但由于楼梯梯段板的支撑作用,导致结构整体刚度增大,结构的自振周期和层间位移有所减小,结构楼层剪力和弯矩等有所增大,且对楼梯的顺跑方向影响更大,因此在抗震设计中不考虑楼梯作用是不合理的。(2)楼梯的抗侧刚度与楼梯间的进深、楼梯间的开间宽度、混凝土的强度等级等均有关系。在楼梯间进深、混凝土强度等级不变的条件下,随着楼梯间开间宽度的增大,楼梯结构的抗侧刚度呈现先逐渐增大,到一定程度后趋于稳定或下降趋势;在楼梯间的开间宽度、楼梯间的进深不变的条件下,随着混凝土强度等级的提高,楼梯的抗侧刚度逐渐增大,并趋于稳定;在楼梯间的开间宽度,混凝土强度等级不变的条件下,随着楼梯间进深的增大,楼梯的抗侧刚度逐渐减小并趋于稳定。(3)在水平地震作用下,楼梯的各组成构件均处于拉压弯剪的复杂受力状态,楼梯构件的内力变化与楼梯间的进深,楼梯间的开间宽度,混凝土的强度等级均有关。随着楼梯间的开间宽度和楼梯间的进深变化,楼梯上下踏步板的连接不同,导致上下踏步板的内力变化不相同;结构的不对称性,导致踏步板的上下端受力状态不相同;楼梯踏步板导致平台梁的两端位置处内力的变化也不相同;楼梯的踏步对梯段板的受力情况也有一定的影响;随着混凝土强度等级的提高,楼梯各个构件的内力均增大,但增大的幅度会逐渐减小。(4)对比楼梯上踏步板跨中弯矩和端部剪力可以发现,按照传统的非抗震方法计算的楼梯构件跨中弯矩和端部剪力偏小;按照建筑抗震设计规范计算出的横墙的地震剪力偏高,设计偏保守;楼梯间墙体上的剪力包括两部分,一部分为按刚度分配得到的力,另一部分是楼梯半层处休息平台梁板传来的剪力,因而考虑楼梯参与抗震设计计算时,楼梯间墙体的地震剪力大于其他内横墙的地震剪力。(5)回归了楼梯抗侧刚度以及楼梯组成构件不同位置处内力的计算公式,可作为楼梯抗震设计时的参考。
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