地震作用下楼梯对框架结构的作用探讨

地震作用下楼梯对框架结构的作用探讨

王忠生

王忠生云南省砚山县建筑勘察设计室云南省砚山县663100

摘要：楼梯是建筑结构设计中一个比较重要的组成部分，其在建筑的结构中主要起着斜撑的作用。在实际的建筑设计施工过程中设计人员要对建筑结构中楼梯间的设计引起足够的重视，要充分的考虑到地震作用下，楼梯间的各个组成构件的受力有着巨大的差异，对地震作用下建筑整体的框架结构的受力性能也会产生不同的影响。本文通过对地震作用下楼梯对框架结构的影响结果的分析，阐述了在地震作用下楼梯对于不同建筑框架结构的作用。

关键词：地震；楼梯；框架结构；作用

随着我国建筑行业的不断发展，在实际进行建筑设计的过程中更加注重建筑结构的安全性和可靠性，而防震性能是评价建筑安全性能的一个重要参数。建筑设计施工的过程中，楼梯间的设计是一个至关重要的组成部分。对于建筑工程来说，楼梯部件是建筑结构的重要的组成部分，更对整个建筑的安全性和稳定性起着重要的作用。发生地震灾害时，楼梯是主要逃生渠道，因此在建筑防震方面楼梯发挥了非常重要的作用。就我国现阶段的地震灾害的情况来看，地震作用下楼梯相比于建筑房屋主体更容易受到破坏，一旦楼梯受到破坏整个建筑的主体结构也将受到严重的负面影响[1]。另外，还存在着在地震作用下房屋主体并没有受到破坏而楼梯间却严重损坏的情况。所以楼梯间的设计对于建筑结构主体的的稳定性，尤其是在地震作用下建筑主体结构的稳定性起着至关重要的作用。

一、地震作用下楼梯损坏的原因以及情况分析发生地震时，楼梯在整个的建筑结构中不仅充当了逃生通道的角色并且对于建筑结构的整体抗震能力起着重要的作用。在一般情况下，建筑结构的设计中，楼梯的防灾能力要求比建筑整体的框架结构的要求更高。地震作用下，楼梯破坏的原因主要有两种：结构破坏和非结构破坏。

楼梯的两种破坏类型中，非结构破坏的主要表现为楼梯间的横墙出现“X”型裂缝现象，另外非结构破坏还会造成楼梯与墙体连接处出现裂缝的现象，导致局部坍塌的情况。建筑楼梯的非结构破坏的原因是楼梯板斜向放置，楼梯板以及楼梯间的分隔柱即将楼梯间的填充墙分割的太过零散、楼梯间小柱没有延伸至上层梁的梁底以及填充墙构造措施不够科学合理。

另外，楼梯的非结构破坏还存在楼梯自身并没有发生损坏，但是因为建筑其他部分发生坍塌或者破坏造成建筑楼梯的堵塞，使楼梯不能正常的使用。

相对于非结构型破坏而言，结构型破坏主要指的是楼梯自身结构发生了破坏。楼梯自身结构破坏的情况主要包括梯段板、平台梁以及平台板的破坏，例如楼梯梯段板发生断裂、平台梁两端出现破坏情况。造成楼梯结构破坏的原因主要为在地震的作用下，楼梯构件对于框架结构的支撑作用发生位移变化从而造成框架结构的支撑发生变形，支撑力矩超出了楼梯构件对于框架结构的支撑设计力矩，最终导致楼梯在地震的作用下出现结构型破坏的情况[2]。

二、框架结构模型的建立与分析本文针对楼梯在地震作用下对于框架结构作用的探讨，是通过建立不同的框架结构模型并根据所建立模型在模拟地震实验中测得的数据进行分析。下文中所建立的框架模型是以某小区的建筑框架结构为原型，通过将小区房屋高度结构划分为三个层次，建立了三个不同高度的框架模型。作为模型原型的校区的结构楼层为3层、5层以及8层，每一层建筑的高度为2.8米。在不同高度的框架结构模型中所采用的楼梯的设置形式也有着很大的不同。其中3层高度框架结构中的楼梯形式为两边对称式；5层高度框架结构中楼梯的设置形式为一边楼梯，而8层高度框架结构中则没设置楼梯。通过对上述三组模型的在模拟地震实验中的楼梯对于框架结构受力性能的影响进行比较分析，从而总结出楼梯在地震作用下对于建筑框架结构的作用。

三、地震作用下楼梯对于框架结构受力性能的影响通过上述所建立的地震作用下楼梯对于框架结构受力性能影响的三组模型，能够实现楼梯对于建筑框架主体的非线性作用的分析。为了能够更加准确的认识到楼梯在地震作用下对于框架结构的作用首先应该对地震作用下建筑框架模型的荷载进行分析，并通过荷载的计算来研究楼梯对于建筑框架结构主体的作用。

3.1地震作用条件下建筑框架结构模型的荷载分析对地震作用条件下框架结构的荷载分布进行分析，然后设定建筑结构的质量从而就能对框架结构模型的状态和地震响应进行准确的分析。模拟地震实验中，所使用的地震波为E1-Centro地震波，然后对于上述建立的三种框架结构模型施加地震波。实验过程中每一条地震波的间隔时间应该为0.02s，地震波的持续时间应设定为20s，地震波的加速峰值设定为350gal[3]。实验的地震波形如下图：

（图表中的1，2，3分别为两边对称楼梯设置形式、一侧楼梯以及不设楼梯）通过对图表中的数据的分析可以得出建筑设计中楼梯的设计对于整个的框架结构起到了一定的支撑作用，能够有效的增加框架结构的刚度，减小框架结构在地震作用下的位移程度使框架结构的防震能力更强。另外通过对三组模型在地震作用下位移程度的比较，位移最大的为8层不设置楼梯的试验组，位移最小的为3层设置两边对称楼梯的试验组。所以可以得出楼层越低，楼梯设置对于框架结构的防震能力影响越大。

结语：楼梯是建筑结构中一个重要的组成部分，楼梯的设计对于整个建筑的稳定性以及安全性能都具有非常重要的影响，尤其是在地震作用下楼梯更是对建筑的框架结构起着不可忽视的支撑作用。因此相关人员在进行建筑设计的过程中一定要充分的认识到楼梯设计的重要性，并仔细的考虑楼梯对于整个建筑框架结构的刚度影响。通过优化楼梯的设计，提高楼梯设计的科学性和合理性，不仅能够有效的提高建筑结构的设计质量水平，更能够保证建筑结构在地震作用下的安全性，降低地震作用危害下对建筑框架结构产生的负面影响。楼梯的合理设计对于实际建筑施工中的框架结构设计有着一定的指导意义，施工人员在实际的施工过程中一定要结合实际情况探索出更为科学的楼梯结构设计方案。

参考文献：[1]孟凡林，孟祥瑞，张维学.考虑楼梯影响的框架结构地震响应分析[J].工程抗震与加固改造.2012，11（01）.[2]唐元丽.浅析地震作用下楼梯对框架结构的影响[J].中国新技术新产品.2013，12（06）.[3]张竹庭.高吉龙.地震作用下楼梯构件刚度对框架结构的影响分析[J].江苏建筑.2010，（04）.