钢筋混凝土框架结构与楼梯构件协同抗震性能研究

目的研究地震中楼梯构件的存在及其布设位置对钢筋混凝土框架结构整体抗震性能、楼梯间周边主体结构构件及楼梯构件自身的受力状态的影响.提出减小楼梯间对框架结构不利影响的设计方法.并对其进行评估.方法通过MIDAS/GEN有限元分析软件进行静力Pushover分析和动力弹塑性时程分析,并与实际震害现象进行了对比.结果楼梯构件能增大结构的抗侧刚度和结构的扭转效应;楼梯间周围主体结构梁柱内力受楼梯构件的影响较大;楼梯构件及与之相连的框架梁柱较早地出现塑性铰;楼梯间布设在结构中部对结构抗震性能影响最大.结论楼梯间对框架结构的刚度分布、框架构件的内力分布有较大的影响,采用滑动支座弱化楼梯间和主体框架结构的连接,能明显减小楼梯构件对框架结构的不利影响.     

建筑物中楼梯结构采用钢结构或混凝土结构的分析和应用

对钢楼梯结构与混凝土楼梯结构刚度的进行分析,结果表明钢楼梯结构的刚度远小于混凝土楼梯结构的刚度。采用软件PKPM2010-V31分析混凝土楼梯结构中影响整体结构刚度的主要构件,结果表明楼梯间刚度对结构(框架结构)整体刚度影响很大,这其中梯板、平台板等构件刚度起了主要的作用。通过刚度比较和整体计算分析,楼梯间可以采用钢结构,且不用考虑楼梯间对整体结构刚度的影响。     

采用装配式滑支板式楼梯的RC框架结构抗震性能

基于ABAQUS对楼梯建立有限元模型,通过与试验楼梯的对比验证数值模型的适用性;用该基础模型分别对采用现浇抗式板式楼梯和装配式滑动支撑板式楼梯的钢筋混凝土(RC)高层框架结构模型进行时程分析,从位移响应、塑性损伤发展及地震响应的角度研究各方式对结构抗震性能的影响,比较了多高层结构滑支楼梯的抗震性能。结果表明:带现浇抗式连接楼梯的框架结构位移响应大,扭转效应加剧,应力更加集中,地震作用增大,结构损伤严重,更易发生受拉及受压破坏;带装配式滑动支座楼梯的框架结构位移较小,应力分布较均匀,构件损伤较小,能作为安全通道在震后得以保留,在位移响应、应力损伤及地震响应多方面的效果均优于带现浇抗式连接的框架结构;带滑动支座的高层相较于多层在整体应力、塑性发展、损伤范围及程度上均更严重,滑动效果表现更好。     

混凝土框架结构不同楼梯构造方案抗震性能分析

在地震发生时,楼梯对人们逃生起着至关重要的作用。但从震后的灾害情况看,在混凝土框架结构中常会发生楼梯间构件被破坏的情况,甚至出现楼梯间整体倒塌的现象,丧失了应有的疏散功能。针对混凝土框架结构不同楼梯的构造方案进行了抗震性能分析,明确了混凝土框架结构楼梯的合理构造方案,为结构设计提供可靠的依据。     

框架结构中折板楼梯的抗震性能分析

传统常用的直板楼梯极大提高了楼梯间的抗侧刚度,吸引了较大的地震作用,而设计师又没有充分地考虑到,导致了汶川地震中大量的楼梯破坏,阻碍了人员的逃生。本文通过ANSYS数值模拟,对比了纯框架结构、带直板楼梯或带折板楼梯框架结构的振动特性,建议框架的楼梯设计尽量采用折板楼梯,并且使平台板与框架柱不连接或弱连接,这样可以削弱楼梯在水平地震作用下的“斜撑”效应,减弱楼梯参与整体结构受力的性能,减轻地震作用在框架间分配不均的现象,进而减小楼梯构件内力及其设计难度,并且使楼梯间的框架柱不再会形成短柱,同时降低位移限值的保守度,减少浪费。通过大量的数据寻找出应力的变化规律,给出了折板楼梯设计时需要的一些尺寸的建议值。     

带四梯柱楼梯框架结构的模态分析

为了研究不同结构形式的四梯柱楼梯的抗震性能,利用ANSYS软件建立有限元模型,对楼梯结构进行模态分析,从而了解不同结构形式楼梯的受力情况和变形特征.结果表明,四梯柱滑动楼间对框架结构的刚度影响较小,带有无纵向梯梁的四梯柱楼梯间对框架结构刚度影响次之,带有纵向梯梁的四梯柱楼梯间对框架结构的刚度影响较大.     

框架楼梯参与结构抗侧体系工作的有限元分析

文章基于汶川地震中框架结构楼梯的典型震害调查,并以某5层框架结构办公楼为例,利用有限元软件建立空间分析模型,对比了传统模型与考虑楼梯构件参与整体计算模型的分析结果,讨论了楼梯构件对框架整体受力和变形的影响;分析了楼梯震害产生的原因,并提出了楼梯构造处理和抗震设计建议。     

压-弯-扭共同作用下闭口截面钢构件弯矩作用平面内极限承载力

利用Umansky闭口截面扭转理论,在现行GB 50017—2003"建筑钢结构规范"的基础上,得到适用于压-弯-扭共同作用下闭口截面构件弯矩作用平面内极限承载力的计算方法;采用数值分析方法对提出的设计公式进行验证,在建模时引入初始几何缺陷和残余应力,在分析时考虑几何非线性和物理非线性的影响;最后针对扭矩作用下矩形截面压弯构件截面塑性发展规律进行分析。研究结果表明:本文所提出计算公式能够真实反映构件的受力状态,使用便捷;在压力、弯矩和扭矩共同作用时可能存在的7种荷载路径对矩形截面钢管的极限承载力几乎没有影响;构件的抗弯和抗压极限承载力随着扭矩的增大而降低,且降低的程度越来越大;约束扭转的存在只会使截面最危险点更早地进入塑性状态,而对截面最终承载能力的影响不大,因此,根据自由扭转理论提出的设计公式对于存在约束扭转的矩形截面构件依然适用。     

中心楼梯参与整体框架结构计算的地震反应分析

现行的设计和PKPM程序均未考虑到楼梯参与整体框架结构的计算,但5．12汶川地震和4．14玉树地震表明楼梯间的破坏均很严重。利用有限性分析软件SAP2000建立了楼梯布置在几何中心的模型和无楼梯对比模型的框架结构。计算结果表明,考虑楼梯后：楼层位移减小,Y方向（顺着楼梯斜板方向）的刚度大于X（垂直楼梯斜板方向）方向刚度;楼梯间的框架柱的轴力增大了2．6倍,剪力X／Y方向增大了1．6／3倍,弯矩XIY方向增大了1．1／1．6倍;楼梯问梯柱轴力、剪力、弯矩是对比模型相应最大内力的0．71,0．73,0．3倍,说明按构造设计的梯柱也是抵抗地震的薄弱环节,尤其是轴力和剪力。针对楼梯间框架柱和梯柱的加强设计给出了建议。     

楼梯对不同刚度钢筋混凝土框架结构地震反应的影响

为研究楼梯对结构地震反应的影响,利用ETABS设计了2个不含楼梯的钢筋混凝土框架模型和2个包含楼梯的具有不同初始抗侧刚度的钢筋混凝土框架模型,采用振型分解反应谱法对模型进行了弹性地震反应对比计算分析。结果显示:楼梯参与结构整体计算后,结构的抗侧刚度、振动模态、结构基底剪力及梯间框架柱内力分配比例等均明显变化,且影响程度因原框架抗侧刚度大小不同而异。建议当前框架结构设计可以适当提高结构抗侧刚度,以减小楼梯对结构地震反应的改变程度,降低考虑楼梯参与结构整体抗震分析计算的复杂性。     

罕遇地震下消能减震楼梯框架结构抗震性能研究

采用PERFORM-3D软件分别对设置消能减震楼梯、滑动楼梯和普通楼梯的框架结构进行罕遇地震下的地震反应分析.结果表明:1消能减震楼梯削弱梯板在顺梯板方向的等效强支撑效应;2与普通楼梯结构相比,消能减震楼梯结构X向楼层剪力减小,层间位移角和顶点位移相差不大;Y向楼层剪力、层间位移角和顶点位移均减小.与滑动楼梯结构相比,消能减震楼梯结构X向楼层剪力相差不大,层间位移角和顶点位移减小;Y向楼层剪力除底层外,其余楼层基本相同,层间位移角和顶点位移减小;3消能减震楼梯结构楼梯间构件损伤程度小于普通楼梯结构和滑动楼梯结构.     

基于Revit和Pathfinder的商场类建筑安全疏散研究

以某商场类建筑为例,运用Revit软件和Pathfinder软件结合的方式,通过绘制建筑物BIM模型,仿真模拟人员疏散过程,分析与讨论人员疏散结果.模拟结果表明,整体疏散过程体现了快即是慢现象;分层疏散体现了楼梯间、楼梯回转处等易导致人员拥堵、滞留的区域对疏散时间的影响;合理选择开闭不同楼梯间的疏散方式,能够提高疏散速率.若能够加入监控系统,在事故状态下,将已完成或将要完成疏散的楼梯间,对其他楼层开放,则可以更大程度地提高疏散速率.     

优化设计确保建筑在地震作用下的安全性

综合运用抗震原则,建筑上以设计限值为基础,保证结构体型简单规则,楼梯间的位置合理,考虑建筑竖向布置设计与抗震设计的关系,重视细帮构造设计,使结构受力和传力途径直接,整体结构与结构构件共同作用,就可以从设计上确保建筑结构在地震作用下的安全性。     

地表荷载对地铁车站箱体影响实测及有限元分析

对天津地铁1号线西站车站及隧道在地表荷载作用下产生的沉降进行了现场监测和有限元分析,由于变形缝的存在使结构沉降表现为非连续性;地表荷载下基底土体产生塑性应变导致卸荷后结构仍存在不可恢复的残余变形;侧向地表荷载会导致结构产生较大的倾斜差异沉降并使结构扭转。在此基础上研究了地表荷载位置、结构埋深因素对于存在变形缝的地铁结构箱体变形的影响。结果表明：变形缝的存在会削弱结构刚度、加剧结构沉降以及结构间的差异沉降,并且不同荷载位置下结构的沉降特点也各不相同。此外,对于浅埋结构,荷载位置距结构越远,结构的变形越小,且结构埋置越深地表荷载对结构的影响也越小。     

高层框架结构周期比控制的有效方法

在高层建筑结构设计过程中,为了防止建筑发生扭转破坏,针对《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)对高层建筑的周期比控制,结合具体工程实例的计算过程,提出了高层框架结构周期比控制的有效方法是加大端部竖向抗侧力构件的厚度,减少某些中部竖向构件的刚度。     

楼梯对钢框架结构整体性影响与设计建议

现行规范对钢框架结构中楼梯对主体结构的影响尚未有明确规定。针对上海市一钢框架结构办公楼,利用SAP2000软件建立了有无楼梯以及不同楼梯形式的4种模型,对比各整体模型的地震周期、振型、各楼层位移、层剪力以及刚度。通过分析可知不同楼梯形式对于钢框架结构的整体性能影响不一,根据结果建议了实际工程中楼梯的设计方法,可供类似工程采用。     

框架结构中如何简化考虑楼梯的影响

《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第3.6.6-1条规定:“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”[1].该条文明确要求计算中要考虑楼梯梯板的斜撑受力状态,对结构整体刚度的影响.然而,借助有限元分析软件MIDAS-Gen,建立实际楼梯模型与简化楼梯模型(简化模型可在PMCAD中建模并在SATWE等程序中进行计算)反复对比,寻找一种合理且与含有实际楼梯模型的整体分析结果一致的简化模型,以使考虑楼梯的影响能在目前国内广泛应用的结构软件中得以实现.     

楼梯参与抗震结构整体工作的计算分析

本文以某框架结构为研究背景,采用迈达斯软件,分析了楼梯对框架结构整体影响,有无楼梯对结构的周期,内力,位移均有影响,尤其是顺梯跑方向的影响较大。     

楼板对钢筋混凝土框架结构连续倒塌的影响

为了研究楼板对结构的连续倒塌的影响,本文建立了一个五层框架结构模型,采用SAP2000（V14）对考虑楼板和不考虑楼板两种情况进行抗连续倒塌分析。文章分析了楼板对失效柱顶节点位移、节点加速度以及梁塑性铰的影响。结果表明：楼板对于框架结构抗连续倒塌有较大的贡献,失效柱上节点动力响应随失效柱位置的变化而变化。其中,长边中柱失效、角柱失效属于连续倒塌中较薄弱环节,尤其是角部柱顶层出现柱失效时。总体上,未考虑楼板模型的分析结果较为保守。因此,在今后重要建筑结构抗连续倒塌设计中,应考虑楼板对于结构的贡献,这样可以更加接近真实情况,并有助于提高结构经济性。除此之外,还应加强如长边中柱、角柱部位的构件强度。     

冲击波对有整体沉陷的土中浅埋结构的动力作用

冲击波作用于地下结构时,结构构件产生变形,与此同时,结构发生整体沉陷。结构位移和变形与波的相互作用决定了结构顶板上的荷载。计算与试验表明,整体沉陷对顶板上的荷载的影响大于构件变形对它的影响。因此,在研究土壤——结构相互作用时,必须考虑结构的整体沉陷这一因素. 本文中将土壤视为线弹性介质。结构顶板则考虑其弹性与塑性两种工作状态. 在上述条件下,导出了有整体沉陷的浅埋结构顶板在弹性与塑性工作状态时的动力响应的计算公式。并给出了防护工程中常用范围内的计算曲线。