楼梯在建筑结构抗震中的作用研究与计算模型实现

摘要

楼梯作为建筑物主要的竖向交通通道,在地震和火灾发生时是建筑物中重要的疏散和逃生通道,甚至是唯一出路,所以楼梯被认为是建筑结构中极其重要的组成部分。
　　 目前,在我国的房屋结构设计中通常只考虑楼梯部位楼面开洞和竖向荷载传递,而几乎不考虑楼梯在地震作用下与主体结构之间的相互影响,以至于给楼梯构件(结构)的设计留下了安全隐患。
　　 2008年5月12日北京时间14时28分中国四川省汶川县发生了里氏8.0级特大地震,而从此次地震中楼梯的表现来看,其并没有在地震灾害面前发挥其应有的功能和作用,往往都在主体结构发生破坏之前出现严重破坏,此次地震中楼梯的破坏情况背离了结构设计理论的初衷。结构设计基本理念是保证楼梯在主体结构破坏之前不发生危机楼内人员逃生的严重破坏,将楼梯间建成人员逃生的安全通道。
　　 本文将对此次汶川地震中楼梯结构的震害情况进行分析总结,同时运用STRAT通用有限元分析软件对框架结构楼梯参与结构整体抗震作用进行分析。
　　 本文的主要内容包括:
　　 (1)第一章对目前楼梯结构的设计方法以及汶川地震后发布的“建筑抗震设计规范局部修订”的楼梯部分做简要介绍。
　　 (2)第二章对此次汶川地震中楼梯以及楼梯间结构的破坏情况作了详细介绍和原因分析。
　　 (3)第三章对目前结构抗震基本理论以及多自由度体系地震反应分析方法进行了相关介绍。
　　 (4)第四章建立了两个有无楼梯的框架结构模型,对这两个模型分别进行了模态分析和反应谱分析;然后考虑到楼梯的实际布置情况,对楼梯在结构中的三种常见布置形式对整体结构的影响进行了分析比较,最后对有无楼梯以及楼梯位置发生变化时的框架结构模型进行了Pushover初步分析。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 本课题研究的背景

1.2 楼梯的组成及其现行主要设计方法

1.2.1 楼梯的组成

1.2.2 我国现行钢筋混凝土板式楼梯设计方法

1.3 本课题的研究现状

1.3.1 国内研究现状

1.3.2 国外研究现状

1.4 本课题研究的内容及意义

1.4.1 本课题研究的主要内容

1.4.2 本课题研究的意义

第2章 楼梯的震害特点及原因分析

2.1 楼梯的主要破坏类型

2.1.1 楼梯非结构性破坏

2.1.2 楼梯结构性破坏

2.2 本章小结

第3章 结构抗震理论与地震反应分析方法

3.1 地震作用

3.2 结构抗震设防准则

3.3 多质点弹性体系的地震反应

3.3.1 多质点弹性体系地震动方程的建立

3.3.2 多质点弹性体系地震动方程的求解

3.4 结构静力弹塑性分析(Pushover)

3.5 本章小结

第4章 楼梯对框架结构整体抗震性能影响

4.1 通用有限元软件-STRAT简介

4.2 有限元模型简介与计算假定

4.2.1 工程概况

4.2.2 模型建立

4.3 框架结构静力抗侧刚度分析

4.3.1 框架独立单元静力抗侧刚度分析

4.3.2 整体框架结构静力抗侧刚度分析

4.4 楼梯对整体框架结构的影响

4.4.1 楼梯对结构整体动力特性的影响

4.4.2 楼梯对楼梯间角柱内力的影响

4.4.3 楼梯对楼梯间框架梁内力的影响

4.4.4 楼梯中梯段板的应力分析

4.5 楼梯位置对框架结构的影响

4.5.1 振型、周期的影响

4.5.2 楼层位移、层间位移角、地震剪力以及楼层刚度影响

4.6 楼梯对框架结构抗震性能影响Pushover分析

4.6.1 框架结构模型1与模型2塑性铰对比

4.6.2 楼梯不同布置时框架结构塑性铰对比

4.7 本章小结

结论与展望

结论

展望

主要参考文献

致谢