鋼結(jié)構(gòu)螺旋樓梯的設(shè)計(jì)

1、| 維普資訊 工租設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)嚓旋樓梯的設(shè)計(jì)王詩(shī)程蓿申林詛兄兵沐萬(wàn)湘張運(yùn)何（中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院 北京100044）摘 賽 針蚌故造工釋中娶柔在廂結(jié)構(gòu)上擴(kuò)疣一種無(wú)柱、毎展睫轉(zhuǎn)2周的螺龜樓梯的該計(jì)，撲細(xì)了具計(jì)算棲型的 建立、鉛構(gòu)布晝.摟播與涯抵土鰭構(gòu)的連接形式舸連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)迪以及鑰結(jié)構(gòu)拼摟的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)等多方面的內(nèi)客，曹 為莞似工程提供熬疔。關(guān)襄詞螺能樓梯鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)THE DESIGN OF A SlTiEL HELICAL STAIRCASEWang Zhe Oeng Bi Shen bn Hj Tiarbing Sher Wanxiang Zhang Yintian(Chi InsTLiutc

2、of Buildiiif； Standard Design & Keseirch Ekijing 100044)ABSTRACT The rebuilding 屜沏i of a special lw>fksx sied srajnca.se? is intrndumd. Sr me pmbkins sich as the mndd building, the jcints and styles that connect the juainnse to the cnginnl uuncrvie siruciure* ihe Tecionic rueihods 即耳lied io t

3、he sied staincasE are cEseufscd ” Serw? important results we fixained which can irovide a relerence for other sintlar 叭胡乳 KEY WORDS helical stair sled sinjcTunc cctineciion1工程概況新強(qiáng)某花園酒店,是一座20層的框架-剪力墻結(jié) 構(gòu),需要在大堂內(nèi)部增加一座螺旋樓梯（圖1）。該丈廳 共兩層，層高方叫建筑師對(duì)螺旋樓梯的基本要求是: 1）螺旋樓梯的外徑為ldg內(nèi)徑為0.帥樓梯不設(shè) 支肄柱每層層高（伽）范圍內(nèi)螺旋樓梯旋轉(zhuǎn)2周 樓梯每旋

4、轉(zhuǎn)180S設(shè)一個(gè)休息平臺(tái)口因此-樓梯只能與地面、層混凝土結(jié)構(gòu)和二層 混凝土結(jié)構(gòu)相連接。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須解決鋼樓梯 本身的強(qiáng)度特別是鋼樓梯梁的穩(wěn)定問(wèn)題以及鋼樓梯 梁與原結(jié)構(gòu)的連接問(wèn)題。螺旋樓梯是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，本工程采用專業(yè)的 三維建模軟件CATIA進(jìn)行建模，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處 理后就可議將計(jì)算模型導(dǎo)人有限元分析軟件AN SYS中進(jìn)行分析.見(jiàn)圖農(nóng)22翎結(jié)構(gòu) 2006年第5期第21菲總第閱期| 維普資訊 工租設(shè)計(jì)22翎結(jié)構(gòu) 2006年第5期第21菲總第閱期| 維普資訊 工租設(shè)計(jì)圖I檢梯建竝立面2第構(gòu)設(shè)計(jì)與技術(shù)難點(diǎn)2.1 建模與結(jié)構(gòu)布査12 CAFIA中建宜的會(huì)旋樓梯螺旋樓梯的梁要承受彎、剪和扭的作用，處

5、于復(fù) 雜的受力狀態(tài)下.因此.不適合采用工字型截面*因 而螺旋樓棵與原混礙土結(jié)構(gòu)連接的挑梁和螺旋樓梯 的主梁全部采用箱型截面梁，平臺(tái)嘆架因?yàn)橹饕?受彎矩作用，因而采用工字型截面。踏步在本樓梯 中起到兩個(gè)作用；1）將豎向荷載傳遞給主梁：2）約朿 2根主梁，防止主梁的整體失穩(wěn)=同時(shí)為了增強(qiáng)主 梁的共同工作性能和防止當(dāng)受壓時(shí)在下翼緣發(fā)生失 穩(wěn)、在鋼梁下部加了一層封板"鋼挑梁、鋼主梁、次第 作甘；主 詰 男19768月出生 工程棘收料日期0006-02-目22翎結(jié)構(gòu) 2006年第5期第21菲總第閱期| 維普資訊 壬誌丄尋:超結(jié)塑耶就贊梯的設(shè)計(jì)梁以及封板如圖氛?qǐng)D4所示。蠟旋樓梯的主要構(gòu) 件和截

6、而如表I所示口UE鋼梁的建筑和使用功能的要求，在螺旋樓梯的計(jì) 算分析中考慮了 2種計(jì)算模型:鋼梁與混凝土梁剛 接和鋼梁與混擬土梁較接。圖5和圖6是考慮鋼樓梯與混瓏土結(jié)構(gòu)剛性連 接時(shí)的應(yīng)力和位移中1 -加勁肋1 000./ =61；2-底部封戰(zhàn)，半臺(tái)和樓韓下溝桁 圖4槎樣踏垢封扳示恿KM.SfkR 124.201椅件面 Amfl號(hào)300x40016x24Q345主舉300x250 L6X16W45平合次甕I 300x300xRx4Q345踣歩TIOOx (25O'15O)x12Q235眾板血層花紋鋼板f=gnnv加勁肋t = 6mm,肋髙Q235100mm,間舉 400mni表1構(gòu)件戡面

7、與鋼號(hào)鮎I界7S.75IL肺.SH4I42EI了圖墳與覗凝上眾剛性連接時(shí)購(gòu)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力MPaYI-+W -24.4S9-17+71 -IO4fM扎斗軸-27.954 一20歸 -1J.977-6,"Wl0圖6與混擬上聲剛性連接時(shí)鋼結(jié)構(gòu)的童形mm圖7和圖咅是考慮鋼樓梆與混讎土結(jié)構(gòu)鐵接時(shí) 的應(yīng)力和位移門通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布直和一乗列的構(gòu)造措施同 時(shí)再限制鋼梁的應(yīng)力比處于個(gè)較低的水平下（應(yīng) 力比0.7,就可UZ保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生整體失穩(wěn)。一般結(jié)構(gòu)在受力時(shí)主要承受彎矩和軸力的作 用'扭矩相對(duì)很小”因而結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為：這也就是一般結(jié)構(gòu)計(jì)冀軟件所采用的應(yīng)力計(jì)算 公式。而本工程作用的螺旋樓梯扭矩很

8、大.達(dá)到 相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力達(dá)到 打=64網(wǎng)血因此, 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮扭矩的影響,即:a=N + M + X2.2支座形式對(duì)結(jié)構(gòu)的療響嫁旌樓梯的挑梁與原結(jié)構(gòu)的混擬七梁的連接節(jié) 點(diǎn)如果采用剛接則會(huì)對(duì)混凝土梁產(chǎn)生非常大的扭 矩N為了減輕對(duì)混瓏土梁的扭轉(zhuǎn)作用，同時(shí)也要保-B.f/KI27.M3S173+7714-1）7+ rWMH HIS 161站裁S7 -與混親上梁號(hào)接時(shí)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力MPa從上面的分析結(jié)果可以看出，兩種情況下，最大 應(yīng)力（軸力+彎矩）分別為U2MPa和196MPaf在考 慮扭矩引起的應(yīng)力后，達(dá)到206MPa和260MP%最 大位移分別為-31mm和-42tntno因此，將支座由 剛接

9、變成較接后，結(jié)構(gòu)的變形增大了，且結(jié)構(gòu)將承受 更大的應(yīng)力。由于美觀的原因*鋼摟梯梁的載面不 能再增大，因此，為了保旺結(jié)構(gòu)的安全和使用過(guò)程中 的舒適度，必須采用剛接。Steel Cbnstniction, 2006 (5)t Vol-21 f No*8823| 維普資訊 工程迓計(jì)24啊站構(gòu)2006年第5期第21糧總第B8期| 維普資訊 24啊站構(gòu)2006年第5期第21糧總第B8期| 維普資訊 lilB與混擬土架般接時(shí)鋼結(jié)構(gòu)的靈形iE 10鋼挑舉與覗雜土也鋼板連接2.3與原結(jié)構(gòu)連接節(jié)盍因?yàn)榛炷亮阂呀?jīng)做好如杲采用一股常用的 預(yù)埋件處理的方法預(yù)埋鋼板，由于與混凝土槃 會(huì)有微小的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的做法難以

10、保證該節(jié)點(diǎn) 的剛性°只能采取用鋼板將混擬土梁包起來(lái)并宣人 化學(xué)錨栓的做法,同時(shí)在改造加固時(shí)加強(qiáng)混擬土梁 的抗扭性能只有這樣才能保證預(yù)埋鋼板不發(fā)生微 小的轉(zhuǎn)動(dòng).如圖9所示。圖9灌瞬士堡包柄扳節(jié)點(diǎn)鋼屢與樓極姣播節(jié)點(diǎn)鋼毘拼接耳板連接示逐24啊站構(gòu)2006年第5期第21糧總第B8期| 維普資訊 由于化學(xué)錨栓在受熱后會(huì)失效，因而+鋼挑梁不 能直接現(xiàn)場(chǎng)焊接在鋼板上只能在工廠中先將鋼板 和一小段鋼挑梁焊接好，在現(xiàn)場(chǎng)安裝就位后再與鋼 挑梁現(xiàn)場(chǎng)拼接對(duì)焊匚為了防止鋼梁與鋼板之間發(fā)生 相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),需要在鋼梁的根部增加一些加勁肋，如圖 10所示。鋼梁和摟板的連接設(shè)計(jì)成較接”如圖11所示F 2.4桿件拼接臨時(shí)固定由于施工水平的限制，同時(shí)也為了使鋼結(jié)構(gòu)能 夠精確就位，在現(xiàn)場(chǎng)鋼梁的對(duì)接和拼接處增加了粘 時(shí)連接如圖12所示。該臨時(shí)連接由兩部分組成，焊接在鋼梁拼接處 兩端的固定耳板和一塊連接鋼板為安全起見(jiàn),在就 位時(shí)采用高強(qiáng)螺栓連接后再在鋼梁的連接處施焊。3結(jié)誅1) 螺旋樓梯的構(gòu)件設(shè)計(jì)主要受到桿件整體穩(wěn)定 的控制因此應(yīng)采取充分的構(gòu)造措施保證桿件的整 體穩(wěn)定性，并控制桿件的應(yīng)力比不宜過(guò)髙02) 在原混擬土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)條件允許吋，應(yīng)盡最 采用剛性連接節(jié)點(diǎn)，井應(yīng)有可靠的技