螺旋钢结构楼梯设计及舒适度分析.doc

螺旋钢结构楼梯设计及舒适度分析?螺旋钢结构楼梯设计及舒适度分析螺旋钢结构楼梯设计及舒适度分析彭航1 朱亮2(,上海 200060;,上海 200092)摘要:针对实际工程中的螺旋钢结构楼梯,采用ANSYS进行了简化及整体建模分析,发现螺旋钢结构楼梯的弧梁受力与普通的简化假定有所不同,建议螺旋钢结构楼梯中应考虑踏步板的作用进行整体建模计算。采用3种工况模式对楼梯的舒适度进行了分析,通过考察结构的加速度时程曲线,对结构截面进行了调整。认为螺旋钢结构楼梯截面普遍由舒适度控制,应力比及位移均不大,建议采用Q235B钢进行设计。关键词:螺旋楼梯;钢结构;ANSYS;舒适度;加速度时程螺旋钢楼梯造型新颖、轻巧,深受建筑师的喜爱。尤其底部无柱的螺旋钢梯在建筑中的应用越来越多。作为空间结构,螺旋楼梯为弯剪扭和轴力共同作用的空间受力体系[1-2]。不仅受力复杂,而且由于钢结构自重较轻,在人行荷载下,钢梯的舒适度有可能存在问题。一直以来,舒适度控制多集中在楼盖结构和人行天桥中[3],对旋转楼梯的计算分析不多。然而国外却有因钢梯舒适度太差,使得业主必须对钢梯采取减震措施的案例[4]。因此对于此类螺旋钢梯应增加舒适度验算亦逐渐成为共识。1 工程概况北方某体育设施内在1层与2层之间设置钢楼梯(图1)。楼梯为螺旋钢梯,由一层楼面旋转上升235°后直线搭接至2层楼面。,,楼梯踏步高度为150mm,中心线踏步宽度为300mm,总共36级踏步。楼梯初步选用Q345B级钢。钢梯平面弧度较大,而建筑对楼梯要求较高,不让中部设柱。因此采用两侧箱型梁贯通布置,箱型梁间采用踏步板进行连接。在中部平台处增设加劲肋。箱型梁截面采用□300×100×20×20,踏步板采用5mm厚的钢板。踏步板上铺设4cm厚的细石混凝土。箱型梁两侧通长设置玻璃扶手栏杆。设计中钢结构自重由程序自动计算。踏步面层为4cm,。,。针对钢梯,常用计算假定认为踏步板将力传递给楼梯两侧的箱梁,箱梁作为主要的杆系受力构件进行受力及刚度计算。然而,实际的钢楼梯内外侧圆弧由于直径的不同,导致内外弧的长度相差较大。而建筑师一般要求内外弧的箱梁截面外形尺寸一致。内外弧的钢箱梁由于长度相差过大,导致竖向刚度存在巨大差异。以本楼梯为例,采用□300×100×20×20的截面计算,内外弧箱梁的竖向刚度(跨中承受单位集中力)计算结果如表1所示。a—ANSYS模型;b—平面。图1 钢楼梯表1 内、外弧梁刚度计算结果位置竖向位移/mm竖向刚度/(N\5mm-1)内弧梁31/3外弧梁311/31从表1可以看出,内外弧箱梁的竖向刚度相差10倍。此时,箱型梁之间的踏步板必然承受很大的内力才能协调内外弧箱梁的变形。这样螺旋楼梯的受力与平常楼梯的计算假定完全不同:内侧弧梁作为竖向不动支座,踏步板作为从内侧弧梁上悬挑出来的构件承受楼梯上的荷载,变形类似悬挑构件。外侧弧梁仅仅起到一个封边梁的作用。此时踏步板反而成为了楼梯的主要受力构件,然而实际设计中,踏步板与箱梁的连接并未按此种受力进行构造设计,则踏步板在实际使用中可能会存在安全隐患。因此,