广厦楼梯空间计算.doc

广厦
楼梯空间计算程序说明书

广东省建筑设计研究院
深圳市广厦软件有限公司
2008年11月

目 录

1 楼梯空间计算的原理 3
2 楼梯空间计算的算例 3
3 模型输入
3.1 12种楼梯的输入 4
3.2 删除楼梯 8
3.3 交叉楼梯的输入 8
3.4 通过[角点布板]命令布置或修改楼梯板 8
3.5 通过斜梁和斜柱命令布置或修改梯梁梯柱 8
4 计算结果的显示和应用
4.1 考虑楼梯影响的墙柱梁板结果 9
4.2 考虑楼梯影响的静力位移 9
4.3 考虑楼梯影响的三维振型 9
4.4 考楼梯本身的静动力计算结果 9

1 楼梯空间计算的原理
2008《建筑抗震设计规范》3.6.6计算中应考虑楼梯构件的影响，楼梯具有斜撑的受力状态，局部加强了抗侧刚度，对楼梯间有关的墙柱梁计算结果有明显的影响，同时楼梯是关键的安全通道，本身宜考虑抗震计算，通过这两方面的抗震计算保证生命的安全撤离。
楼梯参与空间分析是唯一彻底解决方法，全弹性的建筑通用有限元分析GSSAP为楼梯参与空间分析提供了技术基础，在楼层平面无限刚下的结构位移和侧移刚度，还是在实际模型下的振动周期和内力求解中，都要充分考虑楼梯的影响，在GSSAP中楼梯和整个结构一起空间分析(楼梯空间计算程序与GSSAP配套使用)，除纯砖混结构外其它所有结构中都可共同计算楼梯。
板式楼梯构件包括楼梯板、平台板、梯梁和梯柱，梁式楼梯近似为板式楼梯。楼梯板和平台板采用空间壳单元计算，梯梁和梯柱采用空间杆单元计算，楼梯构件与楼梯间周边的混凝土墙、砖墙、柱和梁只要空间相接，GSSAP能自动保证之间位移协调，GSSAP有一套智能系统保证所有构件只要空间相接，就能自动保证之间位移协调。楼梯构件与混凝土墙、砖墙、柱和梁中空间相接时，会自动剖分混凝土墙、砖墙、柱和梁，产生新的节点与楼梯位移协调。
在录入中楼梯板和平台板类似普通的楼板，只是板的设计类型为楼梯板；梯梁和梯柱类似原没有楼层概念的斜梁和斜柱，只是梁的设计类型为梯梁和柱的设计类型为梯柱。可以采用参数输入12种楼梯，再采用输入斜梁、斜柱和角点布板修改楼梯。
楼梯在GSSAP中与整个结构一起空间计算后，所有空间计算的结果都考虑了楼梯的影响，特别是在“图形方式”中可查看楼梯和整个结构一起运动的三维动态位移和振型，在“图形方式”的板壳结果中可查看楼梯本身单工况应力和组合后内力配筋包络等计算结果，设计人员可根据计算结果加强楼板、梯梁和梯柱的钢筋，其它墙柱梁板结果已直接应用到自动生成的施工图中。

2 楼梯空间计算的算例
本算例的楼梯为平行双跑楼梯，8层，每层层高为3000mm，通过结果分析定量说明楼梯对整个结构和楼梯间本身的影响。

楼梯对楼梯间本身的影响
楼梯间角柱
不参与空间分析
参与空间分析
相差
Y向地震作用下轴力(kN)
66
108
64%
B边配筋面积(mm2)
1556
2447
57%
楼梯对整个结构的影响

不参与空间分析
参与空间分析
相差
Y向层刚度
283353
314146
11%
Y向顶点最大位移(mm2)
19.01
16.63
-14%
Y向第1周期(s)
1.495941
1.313532
-14%
Y向地震作用(kN)
446.23
501.81
12%
不考虑楼梯影响的楼梯间角柱配筋偏小，存在安全隐患；整个结构刚度增大，位移和周期减少，地震作用增大。

3 在空间结构模型中输入楼梯
3.1 12种楼梯的输入
录入中点按“平面图形编辑――参数建模――楼梯输入”，光标在平面图形上选择一点自动寻找楼梯间，楼梯间是一块由梁和墙围成的封闭区域，楼梯间可为三角形和四边形等任意多边形，内角不一定90度。
如果区域不封闭，则命令行出现提示“没有自动寻找到楼梯间，原因可能为楼梯间梁墙没有形成封闭!”，用户可按F4检查楼梯间周边节点情况，修改后再重新选择自动寻找到楼梯间；
如果区域内已有板，会提示“是否删除楼梯间已有的板”，如果选择否，则命令行出现提示“请选择其它楼梯间!” ，用户需要重新选择楼梯间或者取消命令；
如果选择的楼梯间正确，程序会弹出楼梯输入对话框，如下图所示：

在对话框中，首先选择楼梯类型，可选的12种楼梯类型为：单跑直楼梯、双跑直楼梯、平行两跑楼梯、平行三跑楼梯、平行四跑楼梯、双跑转角楼梯、三跑转角楼梯、四跑转角楼梯、双分平行楼梯1双分平行楼梯2、双分转角楼梯1和双分转角楼梯2，各种楼梯的示意图如下图：

在参数窗口中，楼梯间的角点按逆时针编号；楼梯起始节点号是指楼梯起始板所在的楼梯间的角点号，如果用户选择了“是否是顺时针”选择框，则楼梯从起始节点号开始按顺时针旋转，否则按逆时针旋转。
通过表格输入楼梯板，程序自动形成平台板，可事先输入楼梯板和平台板材料，所有梯板构件自重程序自动计算，不需作荷载输入；
参数窗口可按平面或者3D显示，使用鼠标滚轮缩放窗口，鼠标中键按下可平移图形，双击鼠标中键则显示全图，在3D状态下，按下鼠标左键拖动可旋转显示图形。
如果要布置梯梁，选择“自动布置梯梁选择框；
如果要布置梯柱，选择“自动布置梯柱”选择框, 梯梁搭在楼层平面梁上时此处不再自动形成梯柱；
在楼梯的“各标准跑设计数据表”中，单击或双击表格数据即可编辑。例如，单击楼梯输入对话框图中圆圈所圈的②处，即可修改第2跑的起始位置。修改结束，参数窗口中同步显示修改效果；
输入完毕后，点击对话框[确定]按钮，则在楼梯间位置自动布置好了楼梯板、平台板、梯梁和梯柱，点击[取消]按钮取消选择。
本命令支持多标准层输入，同一标准层层高要求相同，不同标准层层高可不相同，形成楼梯板、平台板、梯梁和梯柱时高度会按比例缩放。

3.2 删除楼梯
菜单位置：平面图形编辑─参数建模─删除楼梯
功 能：删除楼梯板、平台板、梯梁和梯柱
命 令：DelStair

选择要删除的楼梯板、梯梁和梯柱 <退出>: 选择楼梯构件
本命令支持多标准层删除。

3.3 交叉楼梯的输入
交叉楼梯的输入需要在同一个矩形楼梯间中输入两遍“单跑直楼梯”或者“平行两跑楼梯”，两遍输入的起始节点号不同，第一遍的起始节点号是2，第二遍的起始节点号就是4。下图是两遍“平行两跑楼梯”形成的交叉楼梯：

3.4 通过[角点布板]命令布置或修改楼梯板
若参数输入的楼梯中需要补充一到两块楼梯板，可用[角点布板]命令，再在板属性中修改板设计类型为楼梯板；
点按“平面图形编辑─板几何编辑─角点布板”，

3.5 通过斜梁和斜柱命令布置或修改梯梁梯柱
若参数输入的楼梯中需要补充一到两根梯梁或梯柱，可在立面或三维视图中用[两点斜梁]、[距离斜梁]、[两点斜柱]和[距离斜柱]命令；再在梁或柱属性中修改设计类型为梯梁或梯柱。

4 计算结果的显示和应用
4.1 考虑楼梯影响的墙柱梁板结果
在“图形方式”和“平法施工图”中，显示的墙柱梁板内力和配筋已考虑了楼梯的影响，在 “平法配筋”自动生成施工图时自动采用了这些结果。
对于梯梁或梯柱，在“图形方式”三维视图下可查看内力和配筋。

4.2 考虑楼梯影响的静力位移
在“图形方式─三维位移”中，可显示楼梯和整个结构在各工况下的三维运动情况。

4.3 考虑楼梯影响的三维振型
在“图形方式─三维振型”中，可显示楼梯和整个结构在各工况下的三维振型振动情况。

4.4 楼梯本身的静动力计算结果
在“图形方式─板壳结果”中，可显示楼梯本身单工况应力和组合后内力配筋包络等计算结果，设计人员可根据计算结果加强楼板和平台的钢筋。
楼梯板和平台板单工况应力和组合后内力配筋按局部坐标系输出，在录入中对话框输入楼梯时，楼梯板和平台板沿走向为板的局部X轴，X底筋面积表示沿局部X轴摆放的底筋面积，即走向摆放的底筋面积。计算结果按节点输出，取各节点的大值作为设计依据。
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