水平地震作用下楼梯与框架结构相互作用分析

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2008年5月12日,四川汶川发生里氏8.0级特大地震,给人民的生命和财产造成了重大损失。在震后调查中发现,部分楼梯先于主体结构产生种种严重破坏,延误了人群撤离,给抢险救援人员的工作造成了重大障碍,并未在自然灾害面前发挥其应有的功能。另外,楼梯的存在改变了整体结构的刚度分布,使得地震作用下与楼梯相连的主要结构构件的内力分布出现明显变化,对整体结构的安全性有明显影响。汶川地震后,国内的专家学者针对楼梯与整体结构在地震中的相互作用发表了一系列文章,楼梯对整体结构工作性能影响较大,在实际结构设计中不可忽略已然成为共识,建设部也于2008年7月对《建筑抗震设计规范》进行了局部修订,其中明确提出“在计算中应考虑楼梯构件的影响”,随后国内最常用的结构设计软件PKPM08版也及时给出了计算中考虑楼梯影响的解决方案。在这样的背景下,本文在总结汶川地震中楼梯间震害的基础上,以一栋假想的带楼梯框架结构为实例,利用PKPM08版和SAP2000分别建立了带楼梯和无楼梯模型,并通过模态分析、反应谱分析分别得到了四个模型的振型、周期、位移、基底剪力、楼梯及其周边框架构件的受力情况。在此基础上,本文进行了如下几项工作:1、分析总结了楼梯对框架结构在水平地震作用下工作性能的影响;2、对比了SAP2000与PKPM08版的计算结果,讨论了PKPM08版带楼梯框架模型计算方案的准确性;3、分析总结了楼梯构件在水平地震作用下的受力特征,并结合汶川地震中楼梯结构的实际震害归纳分析了在地震中引起楼梯破坏的主要因素;4、针对性的提出了几点楼梯的构造处理和抗震设计建议,为今后的结构设计提供参考。
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