致 谢
首先我要特别感谢我的导师柳炳康教授，在研究生阶段的生活、学习中，柳老师一直给予我无微不至的关怀和毫无保留的指点。本文的完成凝结着导师的智慧和汗水，从论文选题、收集资料到论文的最后完成，柳老师都给予了悉心的指导。柳老师深厚的理论基础、渊博的学识、严谨求实的科研态度、诲人不倦的治学精神、平易近人的工作作风都给我留下了深刻的印象，导师的教诲将使我终身收益。值此论文完成之际，谨向柳老师致以最诚挚的感谢和最诚挚的敬意！
感谢土木与水利工程学院的老师，在我的整个研究生阶段学习过程中，是他们的辛勤耕耘和谆谆教导，使我逐渐掌握了专业知识，为以后的工作和学习打下了坚实的基础。
感谢我的父母和家人，感谢他们一直以来对我的支持和帮助，使我能够顺利的走到今天，希望我所取得的成绩能够让他们满意。
最后，感谢所有帮助过我的老师和同学们！
作 者：沈 靓 2010年4月2日 合肥
目 录
第一章 绪 论...................................................................................................................... 1
1.1 选题背景及意义 .................................................................................................. 1 1.2本文主要研究的内容........................................................................................... 2
1.2.1框架楼梯震害分析...................................................................................... 2 1.2.2底层框架砖房震害分析 ............................................................................. 3
第二章 框架结构楼梯震害及有限元分析 .................................................................... 4
2.1 概述......................................................................................................................... 4
2.1.1 楼梯的结构组成及分类............................................................................ 4 2.1.2 楼梯在抗震中的作用 ................................................................................ 5 2.1.3 板式楼梯的传力途径 ................................................................................ 5 2.1.4 现行楼梯设计方法 .................................................................................... 6 2.1.5 目前软件考虑楼梯构件的方法............................................................... 7 2.1.6 框架楼梯的研究现状 ................................................................................ 8 2.2 框架楼梯主要震害现象分析 ............................................................................. 9
2.2.1 梯段板破坏分析......................................................................................... 9 2.2.2 楼梯间角柱的破坏 .................................................................................. 11 2.2.3 楼梯梯柱的破坏....................................................................................... 12 2.2.4 楼梯起步处短柱的破坏.......................................................................... 12 2.2.5 楼梯平台梁、板的破坏.......................................................................... 13 2.2.6 楼梯梯段板施工缝处的破坏 ................................................................. 14 2.2.7 楼梯采用冷加工钢筋破坏 ..................................................................... 15 2.2.8 楼梯两侧填充墙作用 .............................................................................. 16 2.2.9 室外楼梯的破坏....................................................................................... 17 2.2.10 楼梯周边填充墙的破坏 ....................................................................... 18 2.3 抗震分析原理及模型概况................................................................................ 19
2.3.1 抗震设计的基本原则 .............................................................................. 19 2.3.2 抗震设计反应谱方法 .............................................................................. 20 2.3.3 结构地震反应的Pushover方法............................................................ 22 2.3.4 模型概况.................................................................................................... 23 2.4 有限元弹性分析——模态分析 ....................................................................... 25
2.4.1 楼梯结构对框架整体的影响 ................................................................. 25 2.4.2 楼梯对楼梯间角柱的影响 ..................................................................... 27 2.4.3 楼梯的平面布置对框架结构的影响 .................................................... 27 2.4.4 梯段板的分析 ........................................................................................... 29
2.4.5 梯柱的分析 ............................................................................................... 30 2.4.6 梯梁的分析 ............................................................................................... 31 2.5 有限元弹塑性分析——静力弹塑性分析 ...................................................... 31
2.5.1 概述 ............................................................................................................ 31 2.5.2 Pushover分析的基本假定 ...................................................................... 32 2.5.3 Pushover分析实施的步骤 ...................................................................... 33 2.5.4 塑性铰的定义 ........................................................................................... 33 2.5.5 侧向荷载模式及分析工况 ..................................................................... 34 2.5.6 需求谱 ........................................................................................................ 36 2.5.7 分析结果.................................................................................................... 36 2.6 小结和设计建议 ................................................................................................. 38
2.6.1 楼梯平面布置 ........................................................................................... 38 2.6.2 楼梯设计的“抗”与“放” ................................................................. 38 2.6.3 梯段板和平台梁、板应按实际受力状态配筋................................... 39 2.6.4 楼梯施工缝的设置位置和施工质量 .................................................... 39 2.6.5 钢筋性能的优化....................................................................................... 39 2.6.6 填充墙的构造措施 .................................................................................. 40
第三章 底层框架上部砖房结构的震害调查和分析 ................................................ 41
3.1 概述....................................................................................................................... 41
3.1.1 四川地区底层框架上层砖房结构的建筑特征................................... 41 3.1.2 底层框架上层砖房结构的震害调查及分析的研究现状 ................. 41 3.1.3现行规范规定 ............................................................................................ 43 3.2 底层框架上层砖房结构震害调查................................................................... 44
3.2.1底层框架叠合塌落.................................................................................... 45 3.2.2 底层产生较大侧移变形.......................................................................... 46 3.2.3 底层抗震墙破坏....................................................................................... 47 3.2.4 底层框架柱破坏....................................................................................... 48 3.2.5 底层框架砖房薄弱层转移 ..................................................................... 50 3.2.6 底框结构梁柱加腋部位的破坏............................................................. 51 3.3底层与二层侧移刚度比的简化计算................................................................ 53
3.3.1侧移刚度比控制 ........................................................................................ 53 3.3.2 侧移刚度比简化计算 .............................................................................. 54 3.4 梁柱加腋的塑性铰转移分析 ........................................................................... 55
3.4.1梁柱加腋在地震中作用 ........................................................................... 55 3.4.2框架梁垂直加腋的构造要求 .................................................................. 55 3.4.3 柱端加腋的塑性铰转移的条件............................................................. 56
3.4.4梁柱加腋处应力计算 ............................................................................... 56 3.5小结 ........................................................................................................................ 58 第四章 结论与展望.......................................................................................................... 59
4.1主要结论 .............................................................................................................. 59
4.1.1框架楼梯震害分析结论 ........................................................................... 59 4.1.2底层框架上部砖房结构震害分析结论 ................................................. 60 4.2 展望...................................................................................................................... 61 参考文献 .............................................................................................................................. 62
插 图 清 单
图2.1 双跑板式楼梯结构平面布置示意图 ........................................................................ 4 图2.2 板式楼梯各部分传力途径 ........................................................................................ 5 图2.3 08版SATWE计算模型 .......................................................................................... 7 图2.4 楼梯构造措施 ............................................................................................................ 8 图2.5 板式楼梯梯段板1/4跨处破坏 ............................................................................... 10 图2.6 板式楼梯梯段板中部塑性铰 .................................................................................. 10 图2.7 梁式楼梯梯段中部塑性铰 ...................................................................................... 10 图2.8 板式楼梯梯段板中部塑性铰 .................................................................................. 10 图2.9 板式楼梯梯段中部塑性铰 ...................................................................................... 10 图2.10 板式楼梯梯段板中部塑性铰 ................................................................................ 10 图2.11 板式楼梯梯段中部塑性铰 .................................................................................... 10 图2.12 板式楼梯梯段板中部塑性铰 ................................................................................ 10 图2.13 折板楼梯梯段板破坏 ............................................................................................ 11 图2.14 旋转楼梯梯段板破坏 ............................................................................................ 11 图2.15 楼梯间角柱破坏 .................................................................................................... 11 图2.16 楼梯间角柱破坏 .................................................................................................... 11 图2.17 平台梁与支承短柱节点破坏 ................................................................................ 12 图2.18 楼梯平台梁支承处破坏 ........................................................................................ 12 图2.19 平台梁与支承短柱节点破坏 ................................................................................ 12 图2.20 平台梁与支承短柱节点破坏 ................................................................................ 12 图2.21 楼梯起步梁支承短柱破坏 .................................................................................... 13 图2.22 楼梯起步梁支承短柱破坏 .................................................................................... 13 图2.23 楼梯平台梁及板剪断 ............................................................................................ 13 图2.24 楼梯平台梁及板剪断 ............................................................................................ 13 图2.25 楼梯平台梁剪切破坏 ............................................................................................ 13 图2.26 楼梯平台梁剪切破坏 ............................................................................................ 13 图2.27 楼梯平台梁剪切破坏 ............................................................................................ 14 图2.28 楼梯平台梁剪切破坏 ............................................................................................ 14 图2.29 楼梯平台梁中部剪切破坏 .................................................................................... 14 图2.30 楼梯支承处梁柱破坏 ............................................................................................ 14 图2.31 梯段板施工缝处破坏 ............................................................................................ 15 图2.32 梯段板施工缝处破坏 ............................................................................................ 15 图2.33 梯段板施工缝处破坏 ............................................................................................ 15 图2.34 梯段板施工缝处破坏 ............................................................................................ 15