浅析楼梯对框架剪力墙结构抗震性能的影响

李 霞

(太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002)

浅析楼梯对框架剪力墙结构抗震性能的影响

李 霞

(太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002)

针对楼梯间在框架剪力墙结构中位置的不同，以及楼梯构件是否参与结构整体计算时，对其计算结果进行对比分析，提出了楼梯间在框架剪力墙结构中的布置及对楼梯间周边框架部分的内力计算的一些建议。

框架剪力墙结构,板式楼梯,抗震设计

楼梯作为重要的竖向交通通道，在发生强烈地震时，是人群重要的竖向逃生通道，楼梯间的破坏直接影响人群的逃生及后续的救援工作。在汶川地震以后，抗震规范和混凝土高规中都增加了关于楼梯间构件参与结构整体计算的规定。新抗震规范3.6.6条第1款规定：“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”。同时，混凝土高规中6.1.4条第4款对框架结构的楼梯间规定：“当钢筋混凝土楼梯与主体结构整体连接时，应考虑楼梯对地震作用及其效应的影响，并应对楼梯构件进行抗震承载力验算”。

本文以6层办公楼为例，结合三个不同的计算模型，在框架剪力墙结构设计中，分析了楼梯间周边构件的合理布置，以及对楼梯构件是否参与计算提出一些建议。

1 计算模型的建立

本工程为一栋办公楼，地下1层，地上6层，标准层层高为3.9 m，标准层平面尺寸为49.2 m×19.4 m。为了对比楼梯间对框架剪力墙结构在整体计算及对框架部分的内力计算的影响，分别建立了三个计算模型。模型a：模型中楼梯间不参与计算；模型b：模型中将楼梯间布置在周边无剪力墙的位置(位置1)；模型c：模型中将楼梯间布置在周边有剪力墙的位置(位置2)。本工程的抗震设防烈度为8度(0.2g)，设计抗震分组为第二组，场地类别为Ⅲ类，特征周期为0.55 s。结构的抗震措施等级：框架的抗震等级为三级，剪力墙的抗震等级为二级，所有模型均采用PKPM2010进行多遇地震作用下的弹性反应谱分析，楼梯构件采用板式楼梯，板厚120 mm。框架柱、剪力墙的混凝土强度等级为C40；框架梁、板、楼梯构件的混凝土强度等级为C30。平面尺寸及楼梯间布置详见图1。

利用PKPM软件建模时需注意，在“建筑模型与荷载输入”菜单中，将楼梯构件布置于模型后，退出菜单时须勾选“楼梯自动转换为梁”，则程序可自动地将楼梯构件转化为折梁，在程序自动复制的子目录LT下接力SATWE等的结构计算中，才会考虑楼梯构件的影响。如果不进入子目录LT中计算，则程序将不考虑楼梯构件的影响。

2 计算结构及分析

本工程采用结构设计软件2010版PKPM进行整体计算，结果显示按抗震规范在规定水平力作用下，结构底层框架部分所承担的地震倾覆力矩占结构总地震倾覆力矩分别为39.77%(X向)、33.02%(Y向)。根据混凝土高规8.1.3条2款，办公楼应按框架剪力墙结构进行设计。

2.1 对振动周期的影响

不同模型之间前三振型的振动周期详见表1。通过三个计算模型的计算结果对比可以看出：在整体计算中考虑楼梯构件以后，振型1的振动周期有所减小，振型2的振动周期有所增加，振型3的振动周期与模型b有所减小，而模型c有所增加。从而可以看出，在计算模型中增加楼梯构件以后，对结构的振动周期影响不大。在框架剪力墙结构设计中，可以不考虑楼梯构件对结构的振动周期的影响。

表1 不同模型之间前三振型的振动周期

2.2 对位移角的影响

不同模型之间层间位移角及位移比详见表2。通过三个计算模型的计算结构对比可以看出，考虑楼梯构件以后，模型b的最大层间位移角有所减小，模型c的最大层间位移角有所增加。说明：当楼梯间布置在周边无剪力墙的位置(位置1)时，结构的整体刚度有所增加；当楼梯间布置在周边有剪力墙的位置(位置2)时，结构的整体刚度有所减小，但影响的幅度并不是很大。模型b和模型c的位移比与模型a相比没有变化。但层间位移比有所增加，但比值均未超过1.2。在框架剪力墙结构设计中，可以不考虑楼梯构件对层间位移角及位移比的影响。

表2 不同模型之间层间位移角及位移比

2.3 对框架柱内力的影响

框架柱的内力选取在D+L的工况下，一层的柱底内力，其剪力设计值详见表3。KZ1为模型c布置楼梯间以后的楼梯间角部框架柱，对比模型a和模型c可知，在楼梯间周边布置剪力墙以后，楼梯间角部框架柱的剪力有所减小，对KZ3,KZ4,KZ5的剪力影响很小。KZ2为模型b布置楼梯间以后的楼梯间角部框架柱，对比模型a和模型b可知，在楼梯间周边不布置剪力墙时，楼梯间角部框架柱的剪力增加幅度比较大，接近50%，而KZ3,KZ4,KZ5的剪力变化幅度很小，基本可以忽略不计。从而可以看出，在计算框架柱的剪力时，当楼梯间的周边布置剪力墙时，可不考虑楼梯构件的影响，但是，当楼梯间的周边没有布置剪力墙时，则必须要考虑楼梯构件的影响。

表3 框架柱一层柱底剪力设计值

3 结语

本文以6层的办公楼为例，比较了在框架剪力墙结构设计中，对楼梯间的不同建模方法，对比是否考虑楼梯构件参与结构的整体计算，以及楼梯间周边是否布置剪力墙时，分析结构的振动周期、层间位移角、位移比及框架柱的剪力设计值，得出以下结论：

1)框架剪力墙结构设计中，在计算结构的振动周期和层间位移角时，楼梯间的布置位置及楼梯构件是否参与结构整体计算，对计算结果的影响很小，所以对于结构整体计算，框架剪力墙结构可以不考虑楼梯构件的影响。

2)框架剪力墙结构设计中，当楼梯间周边布置剪力墙时，对框架柱的剪力影响不大，可以不考虑楼梯构件参与计算。但是当楼梯间周边没有布置剪力墙时，对楼梯间周边的框架柱的剪力影响较大，应考虑楼梯构件参与结构计算。所以在框架剪力墙结构中布置楼梯间时，应尽量将楼梯间布置在周边有剪力墙的位置，此时，可以不考虑楼梯构件参与结构的整体计算，但是当楼梯间周边因有限制条件，无法布置剪力墙时，应考虑楼梯构件参与整体计算。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范(2016年版)[S].

[2] JGJ 3—2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] 朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析:GB 50011—2010[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4] 朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析:JGJ 3—2010[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

Analysisontheinfluenceofstairsonseismicperformanceofframe-shearwallstructure

LiXia

(TaiyuanInstituteofArchitecturalDesignandResearch,Taiyuan030002,China)

Arming at the different positions of the stairs in the frame-shear wall structure, and whether the stairs are involved in the overall calculation, the calculated results are compared and analyzed, the paper puts forward some suggestions on how to arrange the stairs in the frame-shear wall structure and internal force calculation of the frame part around the stairs.

frame-shear wall, stairs, seismic design

2017-10-04

李 霞(1984- )，女，工程师

1009-6825(2017)35-0041-03

TU398.2

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