大型钢螺旋楼梯的计算和装修过程分析

【摘 要】大型钢螺旋楼梯在荷载作用下，楼梯整体存在一定 的扭曲，内外圈梯梁对支座的作用也和普通楼梯不同。由于 钢结构刚度较小，内外圈梯梁变形都较大，而且变形差异较 大，对后期的装修带来较大的影响。所以选择合理的施工装 修顺序对保证装修质量至关重要。 【关键词】钢螺旋楼梯；变形；装修顺序 【中图分类号】TU229；TU311 【文献标志码】A CalculationofLarge-sizedSteelScrewyStairs andAnalysisoftheirDecorationOrder PANJin-ming，LIJian-hong，CHENHai-rong (Chinaunitedengineeringcorporation,Hangzhou310006, China) 【Abstract】ArchitectsandCivilEngineersarenowmoreandmore favorofsteelscrewystairsbecauseoftheirmellowlineationand portablepatterns.Large-sizedsteelscrewystairsaredifferentwith smallonesattheirbearinganddistortionperformance.Withloads' effect,large-sizedstairswillbetwisted,andtheacttosupportswill bedifferentwithnormal-sizedstairs.Steelstairshavelarge displacementduetotheirpoorstiffness.Thedisplacementofinner andouterbeamsvariesalot,anditwillaffectthedecoration construction,soareasonabledecorationconstructionsequenceis necessary. 【KeyWords】steelscrewystair;displacement;decoration constructionsequence 1工程概述 由于钢楼梯应用的日益广泛，中国建筑 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 设 计研究所出版了《钢梯》[1]标准图集（02J401），其中 就包括钢螺旋楼梯。由于某工程的建筑外观和使用 功能的特殊性，在《钢梯》标准图集中不能找到相应 的标准楼梯，而且该工程的钢螺旋楼梯尺寸比普通 的钢螺旋楼梯都要大不少，因此其受力性能和普通 的钢螺旋楼梯也有所不同。 该工程钢螺旋楼梯内径1.55m，外径3.65m，旋 转度数为 624°，每个踏步 12°，总高度为 6.25m，其 中有3个休息平台，每个休息平台为48°。楼梯梁下 端与地面固接，上端与上层楼面梁铰接，其平面图和展 开剖面分别见图1和图2。楼梯底部封钢板增加楼梯 的抗弯强度，内圈楼梯梁内上下端设有加强劲板。 a螺旋楼梯首层平面图 b螺旋楼梯二层平面图 图1钢螺旋楼梯平面图 图2钢螺旋楼梯展开剖面图 该工程楼梯各构件的钢板材材料均采用 Q345B，各构件尺寸如表1。 表1楼梯各构件尺寸表 mm 楼梯装修采用大理石30mm厚，折算成均布恒 载标准值为1075N/m2，扶手及栏杆顶部水平集中 ���� ���� ��� � �� 500�100�16 500�100�20 8 12 16 �������� ������� 【文章编号】1007-9467（2007）06-0024-03 大型钢螺旋楼梯的计算和 装修过程分析 ■潘金明，李建宏，陈海蓉（中国联合工程公司，杭州310006） 建筑与结构设计 ArchitecturalandstructuralDesign 24 活荷载标准值为500N/m，楼梯踏步水平投影活荷 载标准值为2000N/m。 2有限元分析[2] 本计算采用通用有限元程序 ANSYS，对钢螺 旋楼梯模型均采用单元库中四节点、弹性壳单元， 每个节点6个自由度；材料用Q345钢，弹性模量取 为 2.06×1011N/m2，泊松比 υ=0.3）；网格划分控制单 元边长，相交线附近缩小控制尺寸，获得较高的精 度；求解时使用非线性求解器，考虑几何非线性， 将牛顿拉斐逊 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 （Newton-Raphson）和线性搜索 技术（LineSearch）、应用预测（Predictor）、自适应下 降（AdaptiveDescent）等加速收敛的技术有机结合， 对非线性平衡方程进行求解。 图3楼梯mises应力云图 图4楼梯竖向位移云图 对钢螺旋楼梯进行了1.2恒载+1.4活载下的 强度计算和1.0恒载+1.0活载下的位移计算，计算 结果见图3和图4。 由图3可以看出，除了约束处局部应力集中而 应力略大以外，其它部位的应力小于 310MPa，因 此，该钢梯的强度能够满足要求。 该楼梯内圈梯梁的水平投影跨度为16.87m，竖 向最大位移为 63.8mm，为跨度的 1/264；外圈梯梁 的水平投影跨度为 39.73m，竖向最大位移为 79.6mm，为跨度的1/499。因此，内外圈梯梁的竖向 变形均能满足小于跨度的1/250要求。 3变形及支座反力分析 钢结构楼梯和混凝土楼梯相比，刚度相对较 小，所以一般钢楼梯都是以位移控制来设计的。这 种旋转半径大旋转度数多的大型螺旋楼梯受力和 变形性能都有别于一般小型的螺旋楼梯，由上文看 出，内外圈梯梁竖向位移差达到15.8mm，究其原因是内 外圈梯梁截面大小相差不大，但跨度相差很大，所以他 们的线刚度相差很大，内圈梁的线刚度是外圈梁的 2.1倍。内外圈梁通过踏步板和底板协调变形。 由图5（楼梯踏步从下往上编号）中可以看出， 在跨中外圈梯梁的竖向位移要比内圈梯梁大得多， 而在上下端支座处，内圈梯梁的竖向位移要比外圈 梯梁大，因此该螺旋体在整体上存在一定的扭曲， 其支座处的反力也和一般的楼梯有所不一样，表2 列出了4个支座处的竖向支座反力。 图5内外圈梯梁竖向变形图 表2支座反力表 kN 注：支座反力向上为正。 从表2中可以看出，内圈梯梁和外圈梯梁的支 座反力方向是相反的。内圈梯梁支座反力向上的， 内圈梯梁支座承担了楼梯上的所有恒活荷载和由 楼梯扭曲引起的在内圈梯梁支座处附加的竖向荷 载，因此在设计内圈梯梁支座时要特别加强；而外 圈梯梁支座反力向下的，因此在设计外圈梯梁支座 ������ ������ ������ ������ 316.25 257.86 -107.49 -72.96 ���������������������� ��� � � � � �� ��� ��� ��� ��� ��� � � � � � � �� � � ����� ���� /m m ArchitecturalandstructuralDesign 建筑与结构设计 25 踏 步 内 外 位 置 差 /m m �� �� �� �� �� �� �� �� �� �� 1 0.0113� 0.0000� 0.0000� 0.0113� 27 1.5698�1.6910 3.0760� 0.0000� 2 0.0305� 0.0000� 0.0000� 0.0305� 28 1.4237�1.9032 2.8062� 0.3498� 3 0.1721� 0.0006� 0.0007� 0.1728� 29 1.2882�2.1122 2.5918� 0.6603� 4 0.3589� 0.0046� 0.0043� 0.3592� 30 1.1653�2.3157 2.4205� 0.9267� 5 0.5412� 0.0167� 0.0117� 0.5340� 31 1.0637�2.5058 2.2770� 1.1654� 6 0.6730� 0.0417� 0.0185� 0.6402� 32 0.9953�2.6696 2.1426� 1.3942� 7 0.7238� 0.0835� 0.0170� 0.6354� 33 0.9713�2.7912 2.0049� 1.6250� 8 0.6883� 0.1444� 0.0012� 0.5051� 34 0.9992�2.8527 1.8624� 1.8547� 9 0.5960� 0.2239� 0.0426� 0.2757� 35 1.0796�2.8364 1.7247� 2.0630� 10 0.4069� 0.3164� 0.1161� 0.0927� 36 1.2048�2.7275 1.6072� 2.2158� 11 0.1354� 0.4181� 0.2001� 0.5553� 37 1.3588�2.5175 1.5244� 2.2742� 12 0.1995� 0.5360� 0.2534� 1.0535� 38 1.5197�2.2087 1.4840� 2.2072� 13 0.5904� 0.6684� 0.2365� 1.5375� 39 1.6580�1.8089 1.4780� 1.9952� 14 0.9847� 0.8062� 0.1329� 1.9297� 40 1.7660�1.3308 1.5042� 1.6392� 15 1.3495� 0.9394� 0.0670� 2.1900� 41 1.8190�0.8057 1.5371� 1.1629� 16 1.6651� 1.0595� 0.3513� 2.3061� 42 1.7982�0.2692 1.5424� 0.6127� 17 1.9248� 1.1584� 0.6955� 2.2925� 43 1.7041�0.2444 1.5023� 0.0444� 18 2.1275� 1.2300� 1.0648� 2.1798� 44 1.5286�0.7017 1.3924� 0.4877� 19 2.2749� 1.2718� 1.4228� 2.0029� 45 1.2812�1.0722 1.2036� 0.9358� 20 2.3676� 1.2865� 1.7404� 1.7904� 46 0.9872�1.3314 0.9520� 1.2576� 21 2.4046� 1.2829� 2.0045� 1.5580� 47 0.6812�1.4569 0.6708� 1.4252� 22 2.3832� 1.2750� 2.2202� 1.3069� 48 0.4012�1.4245 0.4012� 1.4154� 23 2.2972� 1.2775� 2.4038� 1.0274� 49 0.1826�1.2535 0.1848� 1.2533� 24 2.1429� 1.2977� 2.5697� 0.7113� 50 0.0495�0.9431 0.0509� 0.9443� 25 1.9533� 1.3766� 2.7877� 0.3655� 51 0.0007�0.4639 0.0010� 0.4643� 26 1.7562� 1.5076� 3.0742� 0.0000� 52 0.0000�0.1339 0.0000� 0.1339� 时要特别注意抗拔计算。 4装修过程分析 该工程所计算的楼梯内外圈梯梁的竖向位移 虽然均能满足变形要求，但是外圈梁的竖向最大位 移要比内圈梁大15.8mm，且最大位移均发生在跨 中，若施工装修顺序不恰当，这样的变形差必然会 导致其上装修的大理石脱落。 由于建筑要求内外圈梁的尺寸要一致，而仅通 过增加壁厚是无法将外圈梁的线刚度提高到和内 圈梁一样的。所以可以通过一定施工步骤，来尽量 降低内外圈梁刚度不一致给后期装修带来的不利 影响。首先，施工时应该在装修前拆除钢楼梯的支 模，让钢楼梯先完成由于自重而产生的位移，消除 这部分不均匀位移对装修的影响；其次，选取合理 的装修顺序也能消除这种不利影响。 考虑了四种装修贴大理石面层顺序：从下到 上；从上到下；从中间到两端；从两端到中间。分析 了每个踏步从该踏步装修完到整个楼梯装修完其 两端梁的竖向位移差异（见表3），这部分位移差异 过大会导致先装修上的大理石脱落。 表3各装修顺序下踏步两端竖向位移差异表 mm 注：踏步从下往上编号。 从图6中可以看出，四种不同的装修顺序，各 踏步装修过程中两端的位移差有着较大的差异，从 中间向两端装修时，装修完中间踏步两端的位移差 达到3.08mm；而从两端向中间装修时，装修完时所 有踏步两端的最大位移差只有2.31mm。从图中可 以很明显地看出，四种装修顺序从优到劣依次排列 为：4、1、2、3。 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 4的位移差比方案3要小25%。 因此，选择一个合适的装修方案还是能够较大程度 地减小位移不均匀给装修带来的影响的。 图6四种装修顺序位移差比较图 5结论和建议 这种大型螺旋钢楼梯和一般的螺旋楼梯在受 力和变形特点上都有着显著的不同，其内外圈梯梁 的跨度、线刚度、变形差异较大，而内外圈梯梁通过 楼梯踏步和底板协同变形，所以楼梯在整体上存在 一定的扭曲，这种扭曲效应引起其支座反力和普通 梁式楼梯有所不一样，其支座设计要比普通楼梯有 所加强，必要时要考虑抗拔。 这种楼梯变形较大，内外圈梯梁变形有较大的不一 致，考虑一定的施工和装修顺序有利于装修质量的保 证。建议装修要在钢梯支模拆除后开始，并且最好各踏 步装修材料先在本踏步堆载后再各个踏步逐个装修。 【参考文献】 【1】02J401.钢梯[K]. 【收稿日期】2007-03-06 潘金明(1963~)，男，浙江建德人，高级工程师，从事结 构设计工作，（电子信箱）sush@chinacuc.com。 踏步数 ������������������� �� �� �� �� �� �� �� � � � � � � � � �� � � � �� � � � �� � � � �� � � � ��� 作者简介 建筑与结构设计 ArchitecturalandstructuralDesign 26