浅析地震作用下楼梯对框架结构的影响

摘 要：楼梯是建筑结构设计的重要组成部分，在建筑结构中有着重要的斜撑作用。进行建筑结构中楼梯间设计中，考虑地震影响作用下的楼梯间设计，与不进行地震影响作用考虑的楼梯间设计中，楼梯间构件的受力情况有很大的差别，对于地震作用下建筑整体框架结构的受力性能也存在着很大的作用和影响。本文将结合建筑框架结构形式，通过对于不同高度建筑框架结构模型，在地震作用下受到楼梯的影响作用分析，并根据地震作用下楼梯对框架结构的影响分析结果，对于框架结构建筑中的楼梯的设计进行建议。

关键词：地震作用下；框架结构；建筑结构设计；楼梯；影响；分析

中图分类号：TU32 文献标识码：A

在建筑工程中，楼梯不仅是建筑结构的重要组成部分，对于建筑结构有着一定的影响和作用，并且在地震灾害发生时，楼梯在建筑中也充当人们逃生主要通道的功能角色。根据我国地震灾害的实际情况，在地震作用下，一些建筑房屋工程中，楼梯间往往先于建筑房屋主体结构部分受到破坏影响，对于建筑主体结构的破坏发生有着很大的不利影响和作用，甚至有一些建筑房屋工程在地震作用影响下，还会出现建筑房屋主体结构部分并没有受到破坏，仅仅只发生楼梯间结构破坏的情况。根据上述情况不难看出，楼梯间在建筑工程中对于主体结构的影响作用，尤其是在地震灾害的作用影响下，楼梯间的设计对于建筑主体结构的破坏影响作用更为关键。本文将通过建立地震作用相关模型，在进行楼梯结构与建筑主体框架结构之间相互影响关系的分析下，以实现地震作用下楼梯对框架结构的影响分析。

1 地震作用下楼梯的破坏情况与原因分析

在地震灾害作用下，建筑楼梯不仅是建筑的重要逃生通道，而且在建筑结构中扮演着重要的角色，通常情况下，进行建筑结构的设计，对于楼梯的防灾能力设计要求要比建筑主体结构部分更高。

结合地震灾害发生中，建筑楼梯的破坏情况，主要有结构破坏以及非结构破坏两种类型。其中，建筑楼梯间的非结构破坏，通常情况下主要表现为，楼梯间横墙出现“X”型裂缝，或者是楼梯踏步与墙体连接处出现裂痕，出现局部倒塌。这种建筑楼梯非结构破坏类型多是由于梯板斜向放置，梯板和楼梯间小柱将楼梯间填充墙分割得很零碎，而且楼梯间小柱未伸至上层梁底，或者是填充墙构造措施不到位等多方面原因造成的。此外，建筑楼梯的非结构破坏情况还包括，建筑楼梯的结构本身并没有发生破坏，但是由于建筑中其他结构部分的破坏造成的楼梯结构发生堵塞或者无法使用等。而建筑楼梯的结构破坏情况，主要是指建筑楼梯结构本身发生的破坏情况，包括楼梯结构中的梯段板、平台板、平台梁和楼梯小柱等发生的破坏情况。比如，建筑楼梯梯段板断裂、楼梯平台梁跨中或者是平台梁两端部分出现明显破坏等。通常情况下，造成建筑楼梯结构性破坏发生的主要原因是在地震作用下，楼梯构件对于框架结构的支撑作用发生位移变化，导致对于框架结构的支撑发生变形，支撑力矩超过楼梯构件对于框架结构的支撑设计力矩，从而造成楼梯在地震作用下发生结构性破坏情况。

2 框架结构建筑模型的建立分析

本文对于地震作用下楼梯对于框架结构的影响分析，主要是通过进行不同框架结构模型的建立，并根据所建立的框架结构模型通过地震作用实验分析，在对于建筑楼梯对于框架结构受力性能影响分析的基础上，实现对于地震作用下楼梯对于框架结构的影响分析。首先，本文中所建立的建筑框架结构模型，是以某生活小区框架结构房屋建筑为原型，在实验分析中通过将该房屋建筑的结构高度进行扩展的情况下，实现的三个不同高度框架结构模型的建立实现。

其中，某生活小区房屋建筑工程的楼梯间设置，是以该建筑的框架结构左右对称位置进行两个楼梯间的设置实现，在该建筑工程楼梯间的施工设计中，主要是以强度等级为C30的钢筋混凝土材料作为主要构件，并且钢筋主筋采用的是HRB400进行施工设计应用。根据该小区房屋建筑工程结构原型进行扩展的框架结构建筑模型，主要是结构楼层分别为3层、5层以及8层，单层建筑结构高度为2.8米的建筑结构模型，并且在不同高度的建筑结构模型中，楼梯形式的设置也不相同，其中三层高度的框架结构建筑中设置的是两边对称的楼梯设置形式，而5层和8层高度的建筑结构模型中，分别进行的是一边楼梯和没有楼梯的设置形式。根据上述对于框架结构建筑模型的建立条件，结果可以得到三组共9个不同框架结构模型。如图1所示，为框架结构建筑模型的平面示意图。

在根据上述模型进行地震作用下楼梯对于框架结构的受力性能影响分析实验中，对于地震作用设置为地震强度等级为7级作用影响，而对于框架结构建筑施工设计中的抗震等级指数的设置，采用三级抗震等级指数标准进行施工设计应用，此外，对于建筑场地的地震特征周期指数设置为0.45s，在此框架结构建筑模型以及地震作用情况的设计下，使用SAP2000软件进行计算，并进行建筑结构模型的建立实现，对于所建立的建筑结构模型中，建筑楼梯的结构形式统一采用板式楼梯形式，进行实验分析应用。

在模型实验中，由于模型建立是以板式结构楼梯形式为主进行建模分析的，并且楼梯房的布置是以建筑结构对称形式进行设置实现，因此，在进行地震作用下楼梯对于框架结构的影响分析模型建立过程中，应以建筑楼梯房中构造柱以及楼梯板、楼梯梁等结构部分的模型建立设置为主，进行建模实验和分析。

3 地震作用下楼梯对框架结构受力性能影响分析

根据上述所建立的地震作用下楼梯对框架结构受力影响分析模型，实现对于楼梯与建筑主体结构之间的非线性作用分析。首先，需要对于地震作用下，建筑结构模型的荷载情况进行分析，然后根据荷载情况进行计算分析，以实现对于楼梯和建筑主体结构之间非线性作用关系的分析。

3.1 地震作用下建筑结构模型中荷载情况分析

对于地震作用下建筑模型中的荷载情况分布进行分析，并以此对于建筑结构的质量点以及质量进行设定，就可以实现对于建筑结构模型状态以及地震响应等的计算分析。首先，在针对上述建筑结构模型进行地震作用实验时，所使用的地震波为El-Centro地震波，对于三个建筑结构模型按照两个方面进行地震作用的施加，地震作用施加实验中，每条地震波的间隔时间为0.02s，地震波持续时间为20s，加速度峰值为350gal。需要注意的是，在对于建筑结构模型进行地震作用的施加实验中，根据实验中所需的不同地震等级要求，分别进行不同加速度峰值的施加，以实现对于7级中等地震作用的模拟实验实现，和实现对于7级较小、7级较大地震作用的模拟实验，如图2所示，为地震作用施加实验中，地震波的波形示意图。

3.2 地震作用下楼梯对框架结构受力性能的影响

结语

总之，进行地震作用下，考虑楼梯对于框架结构整体刚度的影响分析，不仅有利于提高建筑结构的设计质量水平，保证地震作用下建筑结构的安全性，减少建筑结构破坏对于地震危害性作用的增加影响，而且对于实际工程中的建筑结构设计，具有一定的指导意义。

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