湖心亭内的楼梯为旋转楼梯,楼梯高度为3.3m,外侧半径1.6m,内侧半径为0.6m。外侧通过吊杆吊挂在二层平台下的环形钢梁,内侧通过吊杆吊挂在顶层内环梁下。楼梯踏步板采用三角形钢架,上铺木板,各踏步板之间通过连杆连接,且内侧吊杆穿过踏步板并在地面采用竖向可动的铰支座。使用MIDAS/Gen软件建模,如下图。 2、荷载情况: 恒荷载为每踏步为0.25kN;活荷载为每踏步1.0kN。
2、荷载情况:
恒荷载为每踏步为0.25kN;活荷载为每踏步1.0kN。
3、结构基本周期计算:
经计算结构第一水平自振周期为0.2992(秒),自振频率为3.3418(Hz),结构水平自振周期列于下表:
结构竖向振动周期为0.0133(秒),频率为75.2334(Hz)。结构X向振动模态如下图:
结构Y向振动模态如下图:
结构竖向振动模态如下图:
4、位移计算结果:
该楼梯在活荷载作用下最大竖向位移<1.0mm,如下图:
为考察结构在水平荷载作用下的整体刚度,在楼梯高度1/4处添加水平推力1.0kN,在该荷载作用下结构水平位移为1.52mm,如下图:
5、结构构件应力:
在内力包络情况下构件的应力最大值为115N/mm2,如下图:
6、结论:
该旋转楼梯通过吊杆传递竖向荷载,通过连杆将各个踏步板连成整体,结构受力明确,通过计算可知的整体刚度能够满足正常使用的要求,且能够满足舒适度的要求(竖向自振频率>3Hz)。