钢楼梯对主体钢结构的影响
钢楼梯对主体钢结构的影响
摘 要 通过一个常见的钢框架结构模型，运用有限元软件建立带楼梯和无楼梯两种模型，进行小震下的地震响应和内力对比分析，总结加入钢楼梯前后结构内力和主要参数的变化情况，为今后设计提供一些参考建议。
关键词 钢框架；钢楼梯；有限元；对比分析
0引言
自08年5.12地震后，楼梯对整体结构的影响得到重视，在10版的抗震规范中明确应考虑混凝土楼梯对整体结构的影响，许多学者在这方面也进行了大量研究，然而钢结构工程中，这一要求并未明确，工程界对其设计还处于传统设计方法，且现阶段研究也较少。因此本文试图以钢楼梯为研究对象，通过一个常见的多层框架结构，运用有限元软件建立有、无钢楼梯的精细模型，在满足规范要求和抗震性能目标的前提下，对两种情况进行对比分析，从而评价钢楼梯在整体钢结构中的作用，并为今后设计提供一种参考。
1 工程概况
计算模型为7层钢框架结构，楼板为混凝土板，无地下室，总高度23.4m，标准层层高3.3m，平面尺寸见图1。本工程结构的抗震设防烈度为8度（0.2g），第二组，场地类别为Ⅲ类场地，特征周期0.55s。本次分析准备建立两个模型，一个带楼梯的方案，另一个不带楼梯的方案。
建模采用大型有限元软件SAP2000 V14版，sap2000为通用有限元软件，它没有层的概念，能够较好的反应楼梯对整体结构的影响。楼梯采用薄壳单元模拟，因为楼梯在整体具有类似支撑的特征，而壳（SHELL）单元具有平面内以及平面外的刚度的面单元，因而能模拟真实的楼梯的作用，局部三维楼梯模型见图2。
2 结构动力特性对比分析
计算振型数均为12个，两个模型的有效质量参与系数均为92.7%，均满足规范不小于90%的要求。前5个自振周期对比见表1。
无楼梯方案周期比：0.89；有楼梯方案周期比：0.933。
从表1对比看出，增加楼梯后，结构的周期降低了8%左右，且第二阵型变为了扭转，第一阵型由Y向平动变为X向平动，周期比也超过了0.9，说明增加楼梯后结构的刚度增加了。同时由于本工程楼梯没有在中间，造成了一定扭转，使得原来第一周期为Y向平动变为X向平动。说明钢楼梯和混凝土楼梯一样，起到了类似支撑的作用。
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