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摘要：為研究樓梯對框架結構整體性能及周邊框架柱的影響，以實際工程為例，對帶樓梯與不帶樓梯的兩種結構方案進行計算，通過對計算結果的對比分析，得出：樓梯的斜板作用具有水平構件和豎向構件的雙重特性。...

樓梯對框架結構整體性能的影響

王海江 農十三師勘察設計院

唐曉青 西安建筑科技大學建筑設計研究院

    樓梯可看作結構中設置的斜板，由于缺乏合適的分析、設計工具，因此，在設計中常按單獨構件進行計算，而忽略它在整體結構計算中的作用。本文通過采用帶樓梯和不帶樓梯兩種整體結構計算方案對某框架結構辦公樓進行計算，對比計算結果，得出相關結論以供參考。

1、計算結果對比分析

    1．1 工程概況

    本工程位于石家莊市高新技術開發區，地上8層，1層為實驗室，2—8層為辦公樓層，無地下室，結構總高度29．5m，為典型的框架結構。設計基本風壓0．4kN／m2，抗震設防烈度7度(0．10 g)，II類場地，地震分組為第一組。典型結構面布置如圖1。

    1.2 結構計算方案

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

    地震作用根據《建筑抗震設計規范》GB5001l一2001的相關規定采用振型分解法計算，風荷載計算參數根據《建筑結構荷載規范》GB5009的相關參數進行計算。計算程序采用美國CSI公司研制的結構分析軟件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 計算結果對比分析

    1.3.1周期和剛度對比

    由周期和剛度對比結果表1、表2，可發現：

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

    (2)由表2可發現，樓梯的設置增加了結構樓層的側向剛度，計算過程中不設置樓梯與設置樓梯的計算誤差達到15％ 以上；

    (3)樓梯的設置對結構扭轉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、有效的抗側力體系，尤其對結構抵抗整體扭矩，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果見表3和表4。由表3、4可知，(1)結合表2和表3，由于樓梯的斜板作用及其和周邊構件協同工作的性能增加了結構整體剛度，但同時也增加了結構的樓層地震剪力，從安全角度去考慮，不帶樓梯的計算結果忽略樓梯對計算結果的不利作用，計算誤差最高達到22．63％。

    (2)樓梯對結構x，Y向層間位移角都有影響，從整體上來看，考慮與不考慮樓梯作用的計算誤差在結構底層較大，計算誤差隨著高度的增加而減小 。

2、樓梯周邊柱軸力、剪力對比結果

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

    和豎向構件的雙重作用，在增加結構整體剛度的同時，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表現出來，方案2樓梯的周邊框架柱所承擔的軸力和剪力均較方案1不帶樓梯的周邊框架柱大。  

3、結論

    通過結合實際工程研究樓梯對結構整體性能的影響，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果，樓梯的設置在增加結構整體剛度，減小了結構層間位移，但同時也增加了地震荷載，提高了樓梯周邊框架柱的設計荷載，建議在設計中適當提高樓梯周邊柱的設計承載力。

參考文獻:

[1] 徐培福等．復雜高層建筑結構設計[M]．北京：中國建筑工業出版社，2005．

[2] 高立人，方鄂華，錢稼如．高層建筑結構概念設計[M]．北京：中國計劃出版社，2005．

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

[4] 方鄂華．多層及高層建筑結構設計[M]．北京：地震出版社，1992

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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