地震災(zāi)害的發(fā)生導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)的倒塌和人員的傷亡，給人們和社會(huì)帶來巨大的損失。例如，今年2月6日土耳其發(fā)生的7.8級(jí)強(qiáng)烈地震，根據(jù)官方最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，地震造成超過4萬人遇難，災(zāi)區(qū)大部分建筑倒塌、嚴(yán)重受損。在以往的地震災(zāi)害分析中，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)的樓梯破壞比較明顯[1,2]，樓梯作為結(jié)構(gòu)的重要安全疏散通道，其對(duì)主體結(jié)構(gòu)的基本特性和抗震性能有很大的影響。此外，樓梯的抗側(cè)剛度較大，對(duì)整體結(jié)構(gòu)的彈塑性能影響比較明顯。
隔震結(jié)構(gòu)有很好的減低結(jié)構(gòu)水平地震作用，特別在罕遇地震作用下隔震效果更好。近年，在國(guó)家政策的大力推動(dòng)下，減隔震技術(shù)得到很大的發(fā)展。對(duì)于位于高烈度地區(qū)、地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)的新建學(xué)校、幼兒園、醫(yī)院、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)、應(yīng)急指揮中心、應(yīng)急避難場(chǎng)所等公共建筑應(yīng)當(dāng)采用隔震減震技術(shù)。例如，云南省是我國(guó)地震發(fā)生最多的省份之一，對(duì)于抗震設(shè)防烈度8度以上地區(qū)的學(xué)校和醫(yī)院強(qiáng)制采用減隔震技術(shù)。減隔震技術(shù)的運(yùn)用，極大地提高了房屋的結(jié)構(gòu)安全性能。樓梯對(duì)抗震結(jié)構(gòu)的性能有明顯的影響，是否對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的減震性能也產(chǎn)生不一樣的作用。因此，本文將探討樓梯對(duì)隔震結(jié)構(gòu)整體減震性能的影響。計(jì)算模型如下圖1 所示，結(jié)構(gòu)高度為23.8米，項(xiàng)目所在的場(chǎng)地類型為II，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)防類別為乙類。采用隔震方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。平面圖如圖2 所示，隔震層每個(gè)柱子下都隔震支座，總共設(shè)置52個(gè)隔震支座，圖中紅色框?yàn)闃翘莸牟贾梦恢谩?/span>本文通過是否布置樓梯來分析其對(duì)隔震結(jié)構(gòu)整體減震性能的影響。模型中樓梯采用了簡(jiǎn)化的方式進(jìn)行處理，樓梯的荷載按照實(shí)際情況進(jìn)行施加，如圖3 。
圖1 計(jì)算隔震模型
圖2 平面圖布置
圖3 某層樓梯建模示意圖
2.1 地震波選取
從Sausage的地震波庫中選取與場(chǎng)地和特征周期接近的3條地震波，一條人工波即RH2TG040，兩條天然波即TH075TG040_IWATE_6-13-2008_SEMINE_KURIHARA_CITY和TH087TG040_LANDERS_6-28-1992_NORTH_PALM_SPRINGS_FIRE_STA。地震加速度峰值為400gal，雙向輸入時(shí)加速度峰值按1：0.85調(diào)整。
圖4 地震波
2.2 層間位移角結(jié)果對(duì)比
圖5 層間位移角圖
圖 5為考慮有樓梯和無樓梯時(shí)，隔震結(jié)構(gòu)在3條地震波作用下層間位移角和樓層的變化情況，在罕遇地震作用下，有樓梯隔震結(jié)構(gòu)的X向層間位移角和Y向層間位移角比無樓梯時(shí)都小，兩者之間底部的樓層位移的差值比頂部的差值更加明顯。
2.3 樓層剪力結(jié)果對(duì)比
圖6 樓層剪力對(duì)比
由圖6 可知，是否考慮樓梯的作用，隔震結(jié)構(gòu)在頂部和底部的樓層剪力兩者的變化不是很明顯，對(duì)層間剪力影響較小，樓層中間的層間剪力影響較大些。
2.4 水平向減震系數(shù)對(duì)比
三條地震波所得到的結(jié)構(gòu)的X水平向減震系數(shù)和Y向減震系數(shù)分別如下圖 7（采用包絡(luò)值）
圖7 水平向減震系數(shù)對(duì)比
圖7 中所示，考慮樓梯作用的的隔震結(jié)構(gòu)的X向水平向減震系數(shù)和Y向水平向減震系數(shù)都比未考慮樓梯時(shí)小。有樓梯隔震結(jié)構(gòu)的X向水平向減震系數(shù)為0.34、Y向水平向減震系數(shù)為0.37；無樓梯隔震結(jié)構(gòu)的X向水平向減震系數(shù)和Y向水平向減震系數(shù)分別為0.41和0.42。對(duì)比的結(jié)果可知， 考慮樓梯影響后，隔震結(jié)構(gòu)X向的水平向減震系數(shù)下降了17%，Y向的水平向減震系數(shù)下降了11%。
2.5 抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果對(duì)比
圖8 抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果對(duì)比
考慮樓梯作用和未考慮樓梯時(shí)的抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果如圖8 所示，考慮樓梯后，在3條地震波的作用下的隔震結(jié)構(gòu)的抗傾覆安全系數(shù)比未考慮樓梯時(shí)大?？紤]樓梯作用后，結(jié)構(gòu)更加不易于發(fā)生傾覆的安全危險(xiǎn)。未考慮樓梯的隔震結(jié)構(gòu)得到的抗傾覆安全系數(shù)相對(duì)保守些。
2.6 構(gòu)件性能結(jié)果對(duì)比（包絡(luò)值）
圖9 有樓梯隔震結(jié)構(gòu)的構(gòu)件性能結(jié)果
圖10 無樓梯隔震結(jié)構(gòu)的構(gòu)件性能結(jié)果
由圖10 可知，樓梯對(duì)底部的構(gòu)件的影響比較大，未考慮樓梯作用時(shí)，底部的少部分梁已經(jīng)是中度損壞，而考慮樓梯作用后是輕度損傷；對(duì)于頂部構(gòu)件，有樓梯的隔震結(jié)構(gòu)和無樓梯兩者損傷變化不大，影響較小。圖11 所示，結(jié)構(gòu)高度為16.5米，項(xiàng)目所在的場(chǎng)地類型為II，設(shè)計(jì)地震分組為第一組， 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)防類別為乙類。采用隔震方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。平面圖如圖12 所示，隔震層每個(gè)柱子下都隔震支座，總共設(shè)置78個(gè)隔震支座，圖中紅色框?yàn)闃翘莸牟贾梦恢谩?/span>
3.1 地震波選取
鑒于篇幅，本案例選取一條人工波進(jìn)行分析；
3.2 層間位移角結(jié)果對(duì)比
圖13 層間位移角
如圖13 所示，有樓梯隔震結(jié)構(gòu)的X向?qū)娱g位移角比無樓梯時(shí)小，Y向的層間位移角幾乎沒有什么變化。
3.3 樓層剪力
圖14 樓層剪力
由圖14 可知，是否考慮樓梯的作用，隔震結(jié)構(gòu)在頂部和底部的樓層剪力兩者的變化不是很明顯，是否考慮樓梯對(duì)層間剪力影響較小。
3.4 水平向減震系數(shù)對(duì)比
圖15 水平向減震系數(shù)
由圖15 可知，有樓梯隔震結(jié)構(gòu)的X向水平向減震系數(shù)為0.51、Y向水平向減震系數(shù)為0.52，本結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)為0.52。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）12.2.5第二條及條文說明，本工程上部結(jié)構(gòu)水平地震作用可以降低半度設(shè)計(jì)。
無樓梯隔震結(jié)構(gòu)的X向水平向減震系數(shù)和Y向水平向減震系數(shù)分別為0.52和0.59，本結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)為0.59。
對(duì)比的結(jié)果可知，考慮樓梯影響后，本工程上部結(jié)構(gòu)水平地震作用可以降低半度設(shè)計(jì)。
3.5 抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果對(duì)比
考慮樓梯作用和未考慮樓梯時(shí)的抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果如圖16、圖17 所示，考慮樓梯影響的隔震結(jié)構(gòu)的抗傾覆安全系數(shù)比未考慮樓梯時(shí)大一些。樓梯數(shù)量對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的影響由模型1 和模型2 可知道，樓梯對(duì)隔震結(jié)構(gòu)是有一定的影響，下面在模型2 的基礎(chǔ)上探討考慮樓梯的數(shù)量對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的影響；
圖 18 樓梯數(shù)量對(duì)減震系數(shù)的影響圖
由圖18 可知，當(dāng)樓梯的數(shù)量增加時(shí)，X向減震系數(shù)和Y向減震系數(shù)隨之減小。不考慮樓梯作用時(shí)，本結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)為0.59?？紤]一個(gè)樓梯作用時(shí)，本結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)為0.59；考慮兩個(gè)樓梯的作用時(shí)，本結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)為0.57；考慮三個(gè)樓梯作用時(shí)，本結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)為0.52。
根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）12.2.5第二條及條文說明，全部考慮樓梯后可以做到減半度的設(shè)計(jì)。本文通過考慮樓梯的影響來探究隔震結(jié)構(gòu)的整體減震性能，由以上的分析可以得到以下的結(jié)論：
1) 樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)整體的變形影響有較大的明顯，考慮樓梯后隔震結(jié)構(gòu)的層間位移角有所減少，樓層剪力影響不大。
2) 考慮樓梯后，隔震結(jié)構(gòu)整體剛度增加，提高了隔震結(jié)構(gòu)的抗傾覆安全系數(shù)，降低結(jié)構(gòu)發(fā)生傾覆的風(fēng)險(xiǎn)，有助于隔震支座發(fā)揮作用。
3) 樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)整體的隔震效果明顯，考慮樓梯的作用后，結(jié)構(gòu)的整體損傷有所下降，結(jié)構(gòu)的破壞較輕微。
4) 考慮樓梯的影響后，隔震結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)有所降低，隔震效果相對(duì)明顯。
5) 樓梯的數(shù)量對(duì)隔震的水平向減震系數(shù)有所影響，樓梯數(shù)量的增加，水平向減震系數(shù)有所減小。
6) 在隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，本文的結(jié)論可以作為未考慮樓梯作用時(shí)的安全評(píng)估參考。從本文算例1和算例2的計(jì)算的結(jié)果來看，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）12.2.5第二條及條文說明，考慮樓梯作用后，本工程上部結(jié)構(gòu)抗震措施可以降低半度或者一度設(shè)計(jì)。
7) 本文僅進(jìn)行了兩個(gè)案例分析，至于對(duì)于其他的隔震結(jié)構(gòu)模型，考慮樓梯的影響后是否可以做到降低半度或者1度設(shè)計(jì)，還需針對(duì)具體的工程進(jìn)行分析。[1]李建中,呂西林,李翔等.汶川地震中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的震害[J].結(jié)構(gòu)工程師,2008(03):9-11.DOI:10.15935/j.cnki.jggcs.2008.03.008.
[2]林遲,孫愛伏,侯爽等.都江堰市多齡期建筑樓梯間震害研究[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,49(05):776-780.
