SAP2000在混凝土旋转楼梯结构设计中的应用-论文.pdf

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1、·工程结构·SAP2000在混凝土旋转楼梯结构设计中的应用张雪波，张婷，田川(中国建筑上海设计研究院有限公司，上海200063)【摘要】钢筋混凝土旋转楼梯既可满足使用功能的要求又能体现建筑造型的美感，在公共建筑中被广泛采用。建筑形式不规则、结构传力复杂的钢筋混凝土旋转楼梯，采用手算或常用结构设计软件进行设计都有很大的难度。借助通用有限元软件SAP2000对该类楼梯进行建模分析，可以减小手算的工作量并提高计算精度，并将分析结果作为设计依据。此外，文中还对SAP2000建模和分析中应注意的问题进行了

2、阐述。【关键词】钢筋混凝土旋转楼梯；有限元分析；结构设计；SAP2000【中图分类号】TU311．41【文献标志码】B对于标准圆弧的现浇混凝土旋转楼梯的没计，叮以通过查阅《设计手册》或使用普通结构软件进行配筋及变形验算。但是，对于某些建筑平面非标准圆弧的楼梯及旋转角度超过360。的楼梯，使用普通程序及手算都难以准确进行设计。笔者通过工程实例，使用了通用有限元软件SAP2000对复杂旋转楼梯进行了建模及分析，辅助完成了配筋及变形验算，并对软件使用过程中的建模技巧进行说明，指出使用有限元软件进行旋转

3、楼梯设计应注意的几点问题及建议。l工程概况中南集Ⅲ青岛海湾新城A区超高层酒店项FI位于青岛经济技术开发区黄岛，项目总基地面积59201．2M，包括南搂办公公寓1栋，北楼超五星级酒店1栋，其中北楼为五星级洒店，地下6层。地上层数53层，主屋面高度200．250m，足一个集餐饮、购物、休闲、办公和居住为一体的大型综合体从一层大厅到层设有旋转楼梯1部，其楼梯平面图和图2景观楼梯二层平面剖面图分别见图1、图2和图3。其中上2层的楼梯旋转角度2有限元分析为520。，且上升第一段圆弧与第二段圆弧半径不同，因

4、建筑功能要求，中间不没梯梁。针对其结构形式特殊且无标准图2．1建立模型集可查，故采用通用有限元软件SAP2000进行模拟建模、受在SAP2000中采用shell—thick单元模拟梯板，该单元力分析和配筋。为8节点壳单元，分析结果可得到板的弯矩、剪力等。对于该旋转楼梯形式，若采用筒卡儿坐标系建立几何模型，不仅每个踏步的空间坐标难以准确确定，而且工作强度很大。因此，建立几何模型时用柱坐标系，施加荷载及结果查看阶段切换到笛卡儿坐标系，使模型建立得非常快捷、准确。采用柱坐标系对第一段(1层上2层)楼梯

5、进行建模。图4是画拉伸效果图，图5是单元网格划分图。经试算，厚度取400mm，楼梯踏步面层等恒荷载：5．0kN／m；活荷载：3．5kN／m，栏杆顶部水平荷载：0．5kN／m。[定稿日期]2013—12—04[作者简介]张雪波(1983一)，男，工学硕士，工程师，主图1帚观楼梯一层平面要从事复杂结构计算。四川建筑第34卷4期2014．O8159·工程结构·I1llI，~,00l【i’0-2I室&r＼＼＼-

6、；i‘砌i：1№、＼。。．I萤弛曼4柏蠢豆一量a一、县兰墨§}nI矗00一lUl咖⋯l柑j憎

7、艚7l图3A—A楼梯剖面2。2计算结果分析对第一段(1层上2层)楼梯采用有限元分析软件SAP2000V15进行整体分析汁算。得出准永久组合的作用下变形及各工况内力。2．2．1变形结果结构在荷载的准永久组合的作用下变形如图6，计算结果见表1所示。图4拉伸效果图6结构荷栽准永久组合作用下变形(放大30倍)注：灰色线代表变形前形状表1荷载准永久组合作用下的变形mm节点号’，Z规范限值(300)第l82—9．6—2．3—1172】．9(X)——30—4．2—6．9—11．321．9(Y)段225—9。2

8、—3．8～l1821．9(Z)图5网格划分160四川建筑第34卷4期2014．08·工程结构·由计算结果可见，结构在自蘑作用下变形均满足规范限ff(。2．2．2内力结果最不利荷载作用的内力云图见图7一图l2。图l0径向剪力(V)云图(单位：kN)图7径向弯矩(M)云图(单位：kN·n1)图l1法向剪力(V)内力云图(单位：kN)图8法向弯矩(M)云图(单位：kN·ril)图12轴力(／、r)内力云图如下(单位：kN)3楼梯结构设计计算结束后，按截面位置提取最利荷载作用下的内力见表2所示。图9扭矩

9、(T)内力云图(单位：kN·m)四川I建筑第34卷4期2034．08l6l表2最不利荷载作用下的内力截面部位肘rMnⅣ／(kN·m)／(kN·m)／kN／kN／kN／kN上支座0102．5O一41．9830．41—3l1．302620．17／=0．35处—209．285O．17—3O．17—20．58281．oo2284．03．4跨中44_4．56430．403．7—57．2819．2212．56／=0．85处176．67192．7831．12—36．52245．04一2．94．4下支座0—56