楼梯布置方式对钢筋混凝土框架-核心筒结构受力性能影响的研究

摘要

楼梯是建筑的重要组成部分，发挥着竖向交通的作用。地震发生时，楼梯是人员疏散的唯一“生命线”，也是救援人员实施救援的重要通道。在汶川地震后，专家学者到灾区调研后发现，楼梯在地震中破坏严重，没有充分发挥其“生命线”的作用，楼梯对结构抗震性能的影响引起了国内外的广泛关注。 国内外学者在楼梯对框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构抗震性能的影响方面已经进行了大量研究，而在楼梯对框架-核心筒结构受力性能的影响方面的研究成果不多。本文在楼梯对框架-核心筒结构受力性能的影响方面展开研究。 本文以一个100m高的框架-核心筒结构为例，利用PMSAP软件、ETABS软件、SAUSAGE有限元分析软件，通过弹性阶段分析和动力弹塑性时程分析，研究楼梯对框架-核心筒结构受力性能的影响。 在结构整体分析时，考虑以下变量： (1) 框架-核心筒结构中是否设置楼梯； (2) 框架-核心筒结构中楼梯是否对称布置。 通过模型之间的对比，重点研究了在多遇地震和罕遇地震作用下，楼梯构件对框架-核心筒结构整体抗震性能的影响以及对结构中梁、柱、墙等构件内力的影响。 小震弹性计算结果表明： (1) 框架-核心筒结构考虑楼梯作用时抗侧移刚度在X向和Y向均有增大；框架-核心筒结构考虑楼梯作用时层间位移角在X向和Y向均相应减小。由上述分析结果可知，楼梯不仅增加了平行楼梯方向（Y向）结构刚度，而且增加了垂直楼梯方向（X向）结构刚度, 起到了抗侧力构件作用。 (2) 框架-核心筒结构在考虑楼梯作用时地震剪力在两个方向均有所增大。在进行结构设计时为了使模型的受力状态更接近真实情况，应考虑楼梯对地震剪力的影响。 (3) 框架-核心筒结构中楼梯偏心布置比不考虑楼梯作用时周期比和扭转位移比均有增大，说明由于楼梯偏心布置，增大结构的扭转效应，对结构产生不利影响，在结构设计时应将该种情况考虑在内。 (4) 框架-核心筒结构在考虑楼梯作用时柱剪力增加不明显，楼梯周边墙剪力增加明显。在进行框架-核心筒结构设计时，应考虑楼梯对周边墙体剪力的影响。 大震弹塑性计算结果表明： (1) 框架-核心筒结构考虑楼梯作用时，结构在两个方向的基底剪力均有所增大，平行楼梯方向层间位移角减小。说明在框架-核心筒结构不考虑楼梯作用时，结构设计偏于不安全。 (2) 在 7 度(0.1g)大震作用下，底部柱及剪力墙肢轻微损伤，连梁均出现不同程度的受压损伤，连梁充分发挥了耗能作用，有效保护了主体墙肢；为了进一步研究该结构在更大地震作用下的破坏规律，对结构进行8度(0.2g)大震作用分析。结果显示，模型底部剪力墙、连梁出现了严重破坏；考虑楼梯的结构模型核心筒剪力墙损伤较为严重，框架柱损伤较轻，楼梯作为斜撑构件为结构核心筒提供了较大的水平侧移刚度，分担了框架柱的剪力，减轻了框架柱的损伤，同时加重了核心筒的损伤。

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