混凝土框架结构中楼梯的内力计算及抗震性能分析

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摘要:楼梯结构作为重要的竖向逃生通道,在汶川地震发生时却先于主体框架结构发生破坏,没有发挥其应有的功能,造成大量的人员伤亡。因此新修订的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中不仅针对楼梯间提出具体的构造加强措施,而且指出“计算模型的建立、必要的简化计算与处理,应符合结构的实际工作状况,计算中应考虑楼梯构件的影响。”很多学者对此采用有限元软件研究楼梯对整体框架结构的影响,发现考虑楼梯时整体框架的刚度增大、扭转效果加剧,且楼梯摆放位置不同对整体的影响也发生变化,并提出相应的设计建议,但均没有具体提出楼梯在地震作用下如何进行计算其具体受力的问题。本文采用PKPM软件验证了楼梯对整体框架结构的影响,并建立了考虑楼梯的框架简化模型,参考D值法计算出考虑楼梯时框架结构的抗侧刚度,从而对框架结构抗侧刚度进行修正。通过修正后的抗侧刚度计算得到水平地震作用下各层框架柱剪力以及楼梯各构件的内力,并与SAP2000软件模拟结果进行比对,结果表明楼梯在水平地震作用下各构件的受力较大,不可忽略;与休息平台相连的框架柱上下端剪力差距较大,即与上段斜板靠近的框架柱的下半部分剪力大于上半部分,与下段斜板靠近的框架柱的上半部分剪力大于下半部分。本文建议采用修正后的楼梯间两榀不同的框架简化模型计算构件在水平地震作用下的内力值,并与竖向荷载组合进行结构配筋计算。考虑到混凝土材料的非线性,本文采用细部非线性有限元分析软件Midas Fea对简单楼梯间实体模型进行非线性静力分析,找出实体模型在水平地震作用下裂缝存在位置,满足了计算机模拟实际楼梯破坏现象的要求。
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