复杂异形钢旋转楼梯的选型设计与分析
相较于混凝土楼梯,钢结构旋转楼梯具有其质量轻、跨度大、承载力高、整体刚度好等特点,因此钢结构楼梯安装便捷、成本较低,在各种商业和办公类建筑中得到广泛运用.但国内现有规范图集中并没有对一些跨度较大且形状不规则的楼梯的设计方法进行规定.针对济南某商务中心下沉广场处的钢结构旋转楼梯设计中因楼梯形状不规则、跨度大所产生的复杂计算问题,提出箱梁式、梁式、图集板式和箱式踏步 4 种不同的结构设计方案,采用有限元分析软件 SAP 2000 建立钢旋转楼梯的整体模型,分别对 4 种方案进行了静力分析、模态分析,并对旋转楼梯构件进行了截面设计,同时采用 3 种不同的人行激励荷载工况进行了舒适度分析.从结构刚度、构件强度、楼梯整体舒适度等方面对 4 种方案进行比较,研究同一形状下不同结构形式的楼梯的受力特性,得出各个结构设计方案的优缺点,并确定最终设计方案.
分析结果表明:4 种方案在变形、强度和舒适度方面均能满足设计要求;4 种方案的最大位移均发生在旋转楼梯中部,其中方案 2 的挠度最大,说明对楼梯底部进行封板,使楼梯踏步板形成箱型闭口截面,可以有效地增加楼梯的刚度;在楼梯休息平台与梯段相连的转折点出存在较大的应力集中,通过考虑材料非线性,对楼梯进行非线性分析,可知此处的应力集中现象对楼梯强度影响较小;对于应力集中的区域,可以对此处钢箱梁进行加厚处理由16 mm厚增加至 20 mm厚.舒适度研究的重点在于控制动荷载下结构加速度,由于在自振频率满足要求的情况下依然会出现加速度响应过大的情况,因此对于复杂结构舒适度问题应采用时程分析,结合它们在稳定状态时的加速度进行综合评定.对 4 种方案的设计结果进行比较,在受力方式、整体美观程度、施工方便程度、楼梯造价等方面进行综合考虑,确定箱式踏步楼梯作为最终设计方案.
钢旋转楼梯、SAP 2000、箱式踏步楼梯、舒适度分析
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U463.4;TH122;TP39
2023-10-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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