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浅谈钢筋混凝土悬挑楼梯设计

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发表于 2012-12-18 16:21:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
1 悬挑楼梯的计算方法
  钢筋混凝土悬挑板式楼梯的挑出部分没有梁柱,形式新颖、轻巧,如图1,近年来广泛应用于办公楼、图书馆等公共建筑中。目前悬挑楼梯的计算方法主要有以下几种。
  1.1 空间刚架法[1]。空间刚架法的计算简化模型如图2,在内力计算中忽略平台板转角部分,并略去踏步的结构作用,把上下楼梯跑都用一根经过它们形心的直线杆件来代替,平台板用半圆形水平曲杆来代替,组成空间刚架,用力法或位移法算出杆件内力和支座反力。空间刚架法的缺点是难以考虑梯跑与平台板的相互作用。PKPM的LTCAD模块可进行基于空间刚架法的悬挑楼梯计算[2]。
  1.2 板的相互作用法[1]。使用板的相互作用法进行计算时,考虑了平台板与上下梯段的相互作用,计算简图如图3。将与梯跑相邻的一半平台板作为交线梁,在竖向荷载作用下,首先沿着交线梁设置竖向不动铰支座,求出其反力r及平台板、楼梯跑的截面内力,如图3b。然后撤销该支座,将反力r反向加到交线梁上如图3c,通过静力平衡和交线梁与梯段的变形协调条件求出另一组内力,则楼梯各截面的内力即为图3b与3c求出的内力总和。板的相互作用法计算相对简单,配筋也较为方便。
  a.实际结构;b.虚设不动铰支座;c.在反向荷载r作用下
  1.3 有限元计算方法。有限元法可以较为精确地模拟各种复杂形状的悬挑楼梯,不受以上各种计算方法的假定的限制,但计算结果不直观。
  1.4 除以上三种方法外,一些工程技术人员也提出了一些手算的简化算法[3],在此不一一赘述。
  2 工程实例
  某公共食堂的两跑剪刀式悬挑板式楼梯,L=4480mm,梯段和平台宽b=2200mm,h=2550mm,t=300mm,t1=100mm,t2=350mm。附加恒载4.6kPa(包括踏步、地砖、抹灰等),活荷载3.5kPa。混凝土强度等级C30,梯板和平台板的受力纵筋为HRB400钢筋,箍筋为HRB335。采用PKPM2010(可参考PKPM2010破解版下载)的LTCAD和有限元软件SAP2000进行结构计算。
  LTCAD计算结果如图4。由图中可以看出,上梯跑是承受以拉力为主的拉、弯、剪、扭构件,下梯跑则是承受以压为主的压、弯、剪、扭构件。结构的最大竖向位移3.42mm,在平台板端部。
  使用SAP2000进行有限元计算时,用壳单元模拟梯板和平台板。计算得出的结构内力和变形规律与LTCAD基本相似。与平台相交位置附近的梯板有较大应力集中,应构造加强。竖向最大位移3.5mm,在平台角部,如图5。LTCAD和有限元计算结果对比如表1。LTCAD操作简捷方便,计算结果可以满足一般悬挑楼梯的计算要求,应用广泛。但若楼梯造型复杂,如梯板较宽,梯跑数较多时,最好选用有限元软件进行复核。
  3 构造要求
  悬挑楼梯受力复杂,应采取一定的构造措施保证其安全性。楼梯各部分的板厚应满足一定的要求,保证楼梯在正常使用条件下变形不至于过大。梯板截面应采用上下、左右对称配筋,箍筋采用封闭式,末端做成135o弯钩以满足梯板抗扭要求。平台板的配筋集中布置在与梯板相交处1/2的板宽范围内,用闭合箍筋使之形成一条暗梁。梯段的纵筋与平台的钢筋采用连续配筋方式。与悬挑楼梯相邻的楼层板应适当做厚,并双层双向配筋。悬挑楼梯宜一次性连续浇筑完成。
  4 结语
  本文结合工程实例,对悬挑楼梯的设计方法进行了介绍,提出了设计中应注意的一些问题,供工程技术人员参考。
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