螺旋悬臂楼梯的设计及简化计算

螺旋悬臂楼梯的设计及简化计算 螺旋悬臂楼梯的设计及简化计算 第21卷第4期 2002年12月 南昌水专 JournalofNanchangCollegeofWaterConservancyandHydroelectricPower V01.21No.4 Dec.2002 文章编号:1006—4869(2002)04—0005—05 螺旋悬臂楼梯的设计及简化计算 方锻.,陈跃,高轩能z (1.江西省交通设计院,江西南昌330029;2.南昌大学土木T程学院,江西南昌330029) 摘要:通过工程设计实例,对三柱鼎立独立式轴对称螺旋悬臂楼梯的结构设计及简化计算进行了探讨. 关键词:螺旋楼梯;结构设计分析;简化计算;工程实例 中图分类号:TU229文献标识码:A, 0引言 随着我国建筑事业的蓬勃发展,螺旋楼梯的应用日益广泛.由于其为空间结构体系,设计, 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 均较复 杂,故实际工程中应用较少.对于分析介绍三柱鼎立独立式轴对称螺旋悬臂楼梯的设计及简化计算的文 章,还很少见诸文献.故作者将结合工程实例介绍某一立交桥所附设的该类结构的设计及简化计算. 1工程概况 某城市公路跨铁路高架立交桥设计中为了缩短人流跨线的路线长度,在跨线桥的铁路两侧各设立一座 行人楼梯,该两处桥面与地面高差分别为9390mm及9470mm(文中未注明单位的 尺寸均为rnn1).-1-程要 求附设楼梯:?楼梯的结构体系独立设置,避免桥梁结构设计的复杂化.?楼梯要求占地面积小.?要满 足城市美观要求.?梯段宽2400mm,行人荷载为3.5kN/m3. 2楼梯建筑设计 2.1楼梯平面 楼梯顶层为一圆形平台,直径3400,它高出桥面2760(部分平面图见图l,图2),为行人逗留的观景台, 站在观景台上可以一览立交桥的全景. ? 图1二层楼平面 收稿日期:2002—10—18 作者简介:方锻(1959一),男,江西临川人,高级工程师. 图2底层楼梯平面 6南昌水专2002年第4期 从地面至桥面高度范围内为三圈圆环形 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 楼梯,它的外径为8200,内径3400,环宽4100—1700= 2400.平面呈轴对称布置,每环均匀布置三个休息平台及三段楼梯段,每段踏步为l1级,踏步高120,踏步 宽:内环处为242.8,外环处为585.5.在对应于三个休息平台中点的内环内缘设置了三根独立柱,并由一根 螺旋梁环连成一体.在桥面至顶层平台2760的高差范围内,设计了一周螺旋渐近楼梯段,以连系桥面和观 景平台.渐近段的梯宽变化自然地将人流导向顶层观景平台. 2.2楼梯立面造型 三根鼎立的铁灰色柱子耸立在立交桥旁,并按逆时针旋转方向逐渐依次升高,在柱子的顶端设有红, 黄,绿三色彩灯.三柱上盘旋着三圈螺旋梁,梁上外挑着2400宽的螺旋悬臂楼梯,见 图3所示. 2.3楼梯构造 楼梯的休息平台及楼梯段采用悬臂板,从盘旋在三根鼎立柱上的 螺旋梁外侧悬挑出去2400.悬臂板厚:根部200,端部80.楼梯两侧栏 板为70厚的上下两片实心板. 3结构分析 该结构为一空间结构,由三根柱顶着螺旋梁及螺旋悬臂板,三圈螺 旋梁盘旋在柱上并与柱刚结.在顶部观景台上有一圈闭合的水平环梁 与柱刚结,整个结构为一特种框架高次超静空间结构…. 该类结构的整体内力分析非常复杂.本文采用易于实际工程应 用简化计算分析[31.本工程采用两套坐标系统(见图4所示),即旋梁围3楼梯立面 支座处坐标系,旋梁/7/,点动坐标系:A—TBN—TBN;,犷一n.其中:A,8—分别为单跨旋梁上,下支座. 卜A,点水平面切线方向坐标,顺时方向为正.A,点铅直方向坐标,向下为正.?_A,点水平 产旋梁轴线m点面内法向方向坐标,指向圆心为正.m一旋梁轴线中任意一动点.沿螺旋线切方向坐标, 受压力为正.H一旋梁轴线Ill,点沿螺旋线法线方向坐标,指向圆心为正.一旋梁轴线m点垂直于卜一n平 面方向坐标,向下为正. 4结构内力计算 4.1螺旋悬臂板 螺旋悬臂板既为悬臂构件,又与螺旋梁 现浇为一体,共同箍套在三根柱上,因此其为 一 空间悬臂构件,形成空间螺旋整体受力体 系.为简化计算,将其作为平面悬臂构件来计 算,其结果是偏安全的.计算简图及平,立, 剖面见图5.螺旋悬臂板的内力计算如下(计 算公式见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1): (1)计算单元(取一个梯级作为计算单 元) (2)几何尺寸 平面半径:r=1700;R=4100;跨度: L=R—r=4100—1700=2400;踏步宽:外 侧b.=585.5;内侧b:=242.8;踏步高:h= 120;板厚:根部日l=200;外端//2=80. A—TBN坐标.B—TBN坐标"广tbn坐标 图4旋梁坐标系统围 dr j' 艇遗二二]. 圈5螺旋悬臂受力体系圈 第4期方锻,陈跃,高轩能:螺旋悬臂楼梯的设计及简化计算7 (3)螺旋悬臂板上的荷载及其基本尺寸 水平推力:T=0.586kN;栏板荷载:N=2.32kN;梯面活载:P=3.5kN/m2;预留因施工误差产生的增 载:g=1.5kN/m;梯级宽度:b=0.243+0.343r/2.4m;剖面板厚:H=0.2—0.12r/2.4m;截面面积:A= [(0.2×0.12r/2.4)×2+0.12】×(0.243+0.343r/2.4)/2m;板底斜长:S=+b=0.271+0.327r/ 2.4m;每立方米混凝土重:l:25kN/m;上粉刷层重:y2=0.65kN/m;下粉刷层重:3=0.35kN/m. 表1螺旋悬臂板内力计算公式 4.2螺旋梁 螺旋梁与螺旋悬臂板为一整体构件,它们用螺旋悬臂板根部的螺旋梁与柱刚接,而每圈旋梁被三柱分 隔为三跨相同的空间螺旋梁.简化 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 为将梁板分开,板作为荷载作用于旋梁,单 独用两端固结的旋梁来 计算其内力,显然,这是偏安全的,且支反力也是较准确的.两端固结的螺旋梁内力采用力法来求解.简化 后的单跨旋梁为一空间六次超静定结构.由结构及荷载的对称性可知:跨度中点即为对称点,该处仅有赘 余力和,其余四项内力均为零.具体的力法计算公式推导过程及公式的给出见文献[4】.本文只给出 与本工程相关的基本计算数据及内力结果.计算旋梁内力时,将旋梁八等分,求出其包括上下端支座处,共 九个截面处的内力结果,见表2.计算简图见图6,的内力图见图7. 曲梁展开图m 图6曲梁展开图及曲梁空间图 单跨两端固结螺旋梁计算数据如下: (1)几何尺寸 螺旋梁轴线水平投影半径:R=1700—350/2=1525;螺 旋梁截面:b×h=350×700;每级梯对应梁轴线长:L= 242.8×1.525/1.7=217.8;梁轴线相对水平面的斜率:K= tg0=120/217.8=0.551;0=28.855.;总=120.;=60.. (2)荷载图7的内力图 螺旋梁自重:(沿水平长度分布)qJ=0.7×0.35×25/cos0+【(0.7+0.35)×2/cos0】×0.65=8.6kN/m; 内栏板荷载:q2=0.08×1×25+0.65×2×1=3.3kN/m;悬臂板传来荷载:q3=Q/L=60.8kN/m;m= 22.9k.N?m;小计:q=ql+g2+q3=72.7kN/m;m=m3/L=105.1k.N;荷载作用半径:r=R+m/q= 2.971m;荷载在半径为r的圆弧上的集度;q=qRO/:Rq/r=37.3kN/m. 8南昌水专2002年第4期 4.3三鼎立柱 I)独立柱内力计算 取有代表性柱作为计算单元,见图8.在悬梁与柱交接的结点,柱所受的外荷载为两端旋梁作用力叠加 所产生的合力及柱自重,因旋梁各层一致,则曰,C,D三结点荷载均相同.由于平面为轴对称结构,柱顶部 的水平环梁及中部的多层旋梁将对柱梁结点起到约束作用,故整个结构水平侧移将很小,因此梁可作为其 反力作用下的柱问水平不动铰支座.柱的计算简化为单柱下端固结,上部多点固定铰支的模型来计算其 内力I5l,计算简图见图9.柱弯矩计算采用位移法,位移法基本结构见图9,内力图见图l0,柱结点弯矩值见 表3. 结点 D l墨IC 口 llAIf7,,,弋 图8计算单元图9位移法基本结构及柱计算简图 表3柱A,B,C,D结点弯矩值(kN?m) l3?4(kN) (kN?m) 图10内力图 2)柱截面及其几何参数 柱截面面积:A=3671cm2;截面见图I1.面积矩:Sr=489684cma;形心距:r= 133.4em;旋梁NB对柱的偏心距:e=170—133.4—17.5=19.1em;旋梁荷载对柱的偏 1,2,矩:M=232.6×0.191=44.4kNm;各结点弯矩:M=MB=Mc=Mu=58.3kNm;~ 矩:Mr=MB=107.9kNm;柱自重:?=×A=25x0.3671=9.2kN/m. 5结论与问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的探讨 1)采用本文的简化计算方法,由于不考虑螺旋楼梯的整体空间作用,故其结果 是偏于安全的,而且简化计算方法易于工程应用. 2)该螺旋由于为一独立于桥梁之外的结构体系,因此,它具有较大的通用性.只 要根据桥面至地面的高差,相应地增减螺旋梯的级数即可用于其它工程.该种楼梯 虽然设计,计算复杂,但是具有较美观的造型,适用于城市主要景点处的公共建筑或 桥梁附设的楼梯,它将为城市增添新景. I\ I\ I\ (kN) 图11柱截面 一 第4期方锻,陈跃,高轩能:螺旋悬臂楼梯的设计及简化计算9 3)该结构内力分析,计算的关键是对整体结构作定性分析,再作相应的简化,简化后计算结果应在设计 时考虑结构的整体作用,调整结构配筋及作一些结构构造措施的处理…. 4)螺旋梯饰面材料的质地及色彩设计应考虑与周围环境相协调,通过色彩,造型等,使螺旋梯既溶于景 中又体现了一种新意. 5)螺旋楼梯的内力若能利用有限元软件来分析,如:SAP2000,ANSYS,会使螺旋楼梯更加广泛地被应用 参考文献: 【I】齐志成.螺旋楼梯的计算方法【J】.建筑结构,1981,(2):33—36. 【2】徐颖.某螺旋楼梯结构设计实例….广东土木与建筑,2001,(1):22—25. 【3】孙国栋,管楚清.简支及嵌固端的对称钢筋混凝土螺旋楼梯计算【J】.建筑结构,1985,(5):25—29. 【4】肖燕旗.单螺旋梁悬臂板螺旋楼梯的内力计算及其荷载【J】.建筑结构,1990,(3):27—31. 【5】吴健生,何广民.钢筋混凝土螺旋楼梯结构计算手册【M】.北京:中国建筑工 业出版社,1987. 【6】北京有色冶金设计研究总院.混凝土结构构造手册【M】.北京:中国建筑工 业出版杜,1992. DesignandSimplifyingCalculationofConicalandCantileverStairs FANGDuan,CHENYue2,GAOXuan—neng2 (1.JiaotongDesignInstituteofJiangxiProvince,Nanehang330029,China; 2.CivilEngineeringSchool,NanchangUniversity,Nanchang330029,China) ' Abstract:Inthispaper,theauthorscarriedoutthedesignandsimplifying,calculatinganalysisofanindependent, axisymmetrical,conicalandcantileverstairwiththreesustainingpillarsthrougharealprojectcase. Keywords:conicalstair;structuraldesignanalysis;simplifyingcalculation;projectcase