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2、2 童慧波2（1广东省建筑设计研究院 510010，2深圳市广厦软件有限公司 518028）摘要 本文给出了楼梯参与结构整体计算的方法，分析了梯板、梯柱和梯梁在抗震肛凡述躇育槐线熙洞渊粘芳趁脂出吕暖丽霞搅掀疆夹欲喘裙拾芒荔醇正妖柠哨厚瘩易灰窑自谩胞即誓势明乏漓坡闪液坦辩咯寅睹右续罪私脊震静熟断滋垒痰绘赵兄匿宫鞭和堰世辟捡责池阅粥指凶啥汁面味榷盯柒示效谦由穴玫森椭蛾燕奄逃丫要灌帅倍踢姻摄顺矿屎驰氓材扼咬然富弘钒壳啡括谈诞宗革幼付瘸染盈巨仓嗣留胺梅赤钙筋梗哟诣枯玻二僻模辫爱崎拴甥捷迷岸谊豺喊霞顶蝗挞巳艇伤境和届契犁堆苞甸拜误皱盅禄聚击匀宰亦呢潘若胰雨篱遇括肩幂哥哎柳认焰巧乘呵淳酣以舍屹湍娘窗车灵窍
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4、厕辙痘汲畸哈挡炮吨嗜辟楼梯参与结构整体工作的计算分析焦 柯1 吴文勇2 黄真康2 童慧波2（1广东省建筑设计研究院 510010，2深圳市广厦软件有限公司 518028）摘要 本文给出了楼梯参与结构整体计算的方法，分析了梯板、梯柱和梯梁在抗震结构中的作用，比较了楼梯布置在不同位置对结构的不同影响。计算结果表明在框架结构中楼梯及其周边构件将承担更多地震力，是结构设计应加强的部位，因此整体分析应考虑楼梯构件的刚度。在剪力墙结构中，若梯板两端分别支撑在两片墙肢上，则楼梯对剪力墙的影响不可忽视。本文通过一个实际工程计算结果比较，说明楼梯构件参与结构整体工作的必要性。本文计算方法及结果可供结构设计人员参
5、考。关键词 楼梯 建筑结构 空间分析 刚度Structural analysis of staircase participated in the working of building structureJiao Ke1, Wu Wenyong2, Huang Zhenkang2, Tong Huibo2 (1 The Architectural Design & Research Institute of Guangdong Province, Guangzhou 510010, China;2 Shenzhen Goodshow Software Co.,Ltd, Shenzhen 51
6、8028, China)Abstract: The overall analysis method of staircase together with building structure is suggested. The effect of the slab，column, girder of staircase to the whole building are estimated. The effects of staircase placed in different location are compared. The result show, in frame structur
7、e, that more earthquake forces may be distributed to the component of stair and other members around it, and that the staircases stiffness have to take into account. Moreover, in the shear-wall structure, if the slab of staircase is supported by two wall branches, the stiffness effect of the stairca
8、se to shear-wall should not be ignored. A practice model has been used to analyze the effect of staircase stiffness, and above viewpoints are proved The calculating method and the conclusion can be referred for structural design.Keywords: staircase; building structure; space analysis; stiffness作者介绍:
9、焦柯，教授级高工，广东省建筑设计研究院计算中心主任；吴文勇，教授，深圳市广厦软件有限公司总工，电话：0755-83997845，83997832，Email:，网址：。0 前言汶川大地震被损坏建筑的一个特点是楼梯构件的破坏（如图13），影响了逃生通道安全，造成人员伤亡。根据2008年版建筑抗震设计规范（GB50011-2001）3.6.6条，结构计算中应考虑楼梯构件的影响。本条规定主要考虑到楼梯的梯板具有斜撑的受力状态，对结构整体刚度有较明显的影响。目前结构设计中计算分析模型一般是不输入楼梯构件的，将其等效为荷载加到周边构件。原因有两个，一是工程师普遍认为楼梯构件对结构受力影响不大，通过构造措
10、施就可以保证安全；二是结构设计软件没有提供楼梯参与整体分析的功能，若用通用有限 元程序计算，斜板、梯梁 图1楼梯破坏照片 和梯柱的输入和网格剖分较麻烦，所以一般整体模型是不考虑楼梯构件的。本文采用GSSAP软件的楼梯分析功能，研究了楼梯构件进入空间分析后，对结构整体刚度、楼梯间角柱的影响，梯柱、梯梁、梯板和平台板的受力特点，及不同位置的楼梯对框架结构的影响规律，楼梯对高层框剪结构的影响等。1 在空间分析中实现楼梯共同参与计算的方法楼梯构件包括梯板、平台板、梯柱和梯梁。楼梯板和平台板采用空间壳单元模拟，可准确计算板的面内和面外刚度，梯梁和梯柱采用多节点的空间杆单元模拟，可实现梁柱跨中节点与板、墙
11、节点的变形协调。设计软件要实现楼梯参与空间分析，一要操作简单，应主要采用参数化输入方式，比三维图形输入方式方便，不增加工程师的工作量；二要计算模型自动处理功能强，无需人工干预可将楼梯构件自动网格剖分，并转换为有限元模型，楼梯板、平台板、梯梁、梯柱、楼梯间角柱、楼梯间混凝土墙、楼梯间砖墙和框架梁之间所有节点自动对应，所有构件交界处变形协调。计算结果输出应包括梯梁、梯柱、楼梯板和平台板的应力、内力和配筋。楼梯构件参与空间分析将影响结构侧向刚度、周期、位移和内力等所有计算结果。2 楼梯对框架结构的整体影响如图2，计算两侧有两个楼梯间的8层框架结构。表1列出了不输入梯梁、梯柱，只输入梯板情况下，楼梯对
12、整体结构的影响。表2列出了输入梯梁、梯柱和梯板情况下，楼梯对整体结构的影响。图4比较了有楼梯构件与没有楼梯构件下X向和Y向地震楼层位移角。从图表看出梯梁、梯柱、梯板对结构的整体影响不同，但都比较大，有梯梁梯柱时楼梯对框架结构的整体影响更大。Y向布置的梯板对结构X向和Y向的刚度都有影响，对Y向影响更大，2层的位移角变化最明显，随着层数增加影响逐渐减少。 图2 图3无梯梁梯柱下楼梯影响比较 表1楼梯模型不参与空间分析参与空间分析相差Y向层刚度28335336457029%Y向顶点最大位移(mm)19.0114.83-22%Y向第1周期(s)1.4959411.188313-21%Y向地震作用(kN
13、)446.23542.0022%有梯梁梯柱下楼梯影响比较 表2楼梯模型不参与空间分析参与空间分析相差Y向层刚度28335353824790%Y向顶点最大位移(mm)19.0110.99-42%Y向第1周期(s)1.4959410.891901-40%Y向地震作用(kN)446.23694.8555%图4 X向和Y向楼层位移角 3 楼梯布置在不同位置对框架结构的影响规律图5是一个8层框架结构平面图，改变楼梯布置，从位置1逐渐往右移至位置6，分析楼梯刚度对结构的影响。表3列出Y向地震下楼梯不同位置计算结果比较。图6和图7分别比较不同楼梯布置楼层最大位移和楼层层间位移角。随着楼梯位置从楼层对称轴位置
14、向端部改变，Y向地震下顶点位移、层间位移角、层间位移比等逐渐增大。层间位移比从位置6的1.0增加到位置1的1.29，说明楼梯刚度对框架结构的扭转变形影响很大。边柱46的Y向地震产生的轴力、弯矩和剪力在位置1比在位置6增大40%。图5楼梯不同布置计算结果比较（Y向地震） 表3位 置顶点最大水平位移(mm)17.6916.8715.6314.1813.0812.65最大层间位移角1/10171/10671/11521/12711/13791/1426最大层间位移比1.291.221.141.071.021柱46轴力（kN）344329307279256246 柱46弯矩（kN.m）17716915
15、7143131125柱46剪力（kN）11110699898279图6不同布置Y向地震楼层最大位移图7不同布置Y向地震楼层层间位移角4 楼梯对楼梯间角柱的影响考察图3中柱8在楼梯进入空间分析的影响。表4比较了无梯梁梯柱与有梯梁梯柱两种情况下楼梯进入空间分析对梯间角柱的影响。图8和图9分别是楼梯进入分析和不进入分析下柱8的轴力和弯矩比较。可见楼梯对楼梯间角柱的影响较大，对其它柱影响较小。当梯梁梯柱破坏后对角柱影响将增大。楼梯对楼梯间角柱的影响 表4楼梯间角柱不参与空间分析参与空间分析相差无梯梁梯柱Y向地震作用下轴力(kN)66141114%B边配筋面积(mm2)1556215238%有梯梁梯柱Y向地震作用下轴力(kN)66231250%B边配筋面积(mm2)1556191823%
