旋转楼梯舒适度计算探讨

转自公众号：钢结构设计之家

     随着现代建筑及钢结构的不断发展，越来越多且造型复杂的钢结构楼梯被应用到实际项目中。其中旋转楼梯因具有造型美观、节约空间、立体感更强等优点而被广泛应用。

     通常情况我们计算旋转楼梯时仅考虑结构强度、稳定、及位移等因素，却忽略楼梯舒适度的计算。人行荷载可能会引起的结构竖向振动及共振响应。在实际工程中偶尔遇到旋转楼梯在人行荷载作用下发生抖动的情况，使人产生不适，因此对钢结构旋转楼梯进行舒适度分析很有必要。本文以MIDAS软件为例，对旋转钢楼梯在人群激励荷载作用下的舒适度进行分析。

    一、结构模型

     该楼梯楼梯上端与混凝土结构连接，下端落地。楼梯宽度1.9m，层高5.1m，梯梁设计截面采用B450X180X12焊接矩形管（业主为考虑装饰及造价等因素施工时改为B370X140X10焊接矩形管），本模型采用B370X140X10截面进行验算舒适度，材质Q355B。

  楼梯轴测图

二、舒适度限值

     根据最新的《JGJT 441-2019 建筑楼盖振动舒适度技术标准》。

4.2.4 连廊和室内天桥的第一阶横向自振频率不宜小于1.2Hz，振动峰值加速度不应大于表 4.2.4 规定的限值。

表4.2.4连廊和室内天桥的振动峰值和加速度限值

      室外旋转钢楼梯的加速度限值可参考连廊和室内天桥的振动峰值加速度限值取值。

本例参照封闭连廊的竖向加速度限值取0.15m/s ² ，横向加速度限值取0.10m/s ² 。

三、结构自振频率

楼梯一阶振型云图

由计算结果可知结构一阶自振频率为2.448Hz

四、楼梯舒适度计算

    《JGJT 441-2019 建筑楼盖振动舒适度技术标准》给出了多种激励荷载输入，根据第9章的连廊和室内天桥人群荷载进行计算。

     本例以一阶竖向人群荷载作用舒适度计算为例 。

4.1 竖向人群荷载频率计算

   人群荷载频率 =2.448

4.2 竖向荷载折减系数计算

   由结构一阶自振频率2.448Hz可知， 竖向荷载折减系数 ψ =0.25。

4.3 人群激励荷载计算

根据（9.2.2-1）同时借助excel表格即可求出与时间t的对应关系。

如下图所示：

 通过时程函数将计算结果导入。

五、舒适度计算结果

由图表可知，计算结果为发散的，楼梯舒适度 不满足要求 。

该楼梯施工完成后，在有人行荷载时明显抖动，后采取加固处理。

      旋转楼梯的结构计算可采用三维梁单元或将梯梁、踏步板、休息平台等作为空间壳单元模拟计算。旋转楼梯受力较复杂，一般情况下内侧梯梁受力较大，通常由强度控制，而外侧梯梁一般由挠度控制。

    旋转楼梯舒适度计算是较复杂的过程，本文仅以特例说明旋转楼梯舒适度计算的必要性和重要性，欢迎讨论 旋转楼梯舒适度计算是较复杂的过程，本文仅以特例说明旋转楼梯舒适度计算的必要性和重要性，欢迎讨论 。