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中海油懸臂鋼樓梯設(shè)計實例及小結(jié)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院 宋文晶 胡天兵 申林）

    [提 要] 懸臂樓梯，因其具有較好的建筑效果，在實際設(shè)計中建筑師會經(jīng)常采用。在以往的設(shè)計實例及資料中，多為懸臂鋼筋混凝土板式樓梯。本文在工程設(shè)計實例的基礎(chǔ)上，探討了鋼結(jié)構(gòu)大懸臂樓梯的設(shè)計方法，并總結(jié)了大量計算模型，給出了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，供設(shè)計人員參考。
    [關(guān)鍵詞] 懸臂樓梯 鋼樓梯 結(jié)構(gòu)設(shè)計
    一、懸臂樓梯分類
    懸臂樓梯在18世紀(jì)50年代已開始采用，因為它在休息平臺處沒有柱子，所以有較好的建筑效果。
    常見的懸臂樓梯為Ⅱ型，直角型及V型。


    二、懸臂樓梯設(shè)計難點(diǎn)及設(shè)計方法
    懸臂樓梯是一種多次超靜定空間結(jié)構(gòu)，內(nèi)力分析復(fù)雜、繁瑣。所以模擬實際受力情況、建立科學(xué)模型、進(jìn)而進(jìn)行全面準(zhǔn)確分析，是比較困難的。這也一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個難點(diǎn)。
    在已有的設(shè)計資料中，多為懸臂鋼筋混凝土板式樓梯。目前，懸臂鋼筋混凝土板式樓梯的設(shè)計計算方法主要有空間結(jié)構(gòu)法和板的相互作用法。按空間構(gòu)架法計算時，視樓梯斜板的中心線為斜向桿；平臺板為半圓形桿，形成了空間構(gòu)架，近似忽略了矩形平臺板轉(zhuǎn)角部分的影響。板的相互作用法是指在計算交線梁的內(nèi)力與變形時，考慮上下斜板對它的作用，同樣，在計算上下斜板時，也考慮交線梁對它的作用。懸臂鋼筋混凝土板式樓梯造型新穎、空間感好，但當(dāng)跨度或荷載較大時，板厚較大，不經(jīng)濟(jì)。

    三、懸臂鋼樓梯設(shè)計實例及總結(jié)
    隨著時代的發(fā)展，建筑的造型日益復(fù)雜多變。尤其是在一些大型公共建筑中，建筑師們往往喜歡在中廳布置一些造型優(yōu)美、懸挑較大、較為寬闊的樓梯，以彰顯建筑的華美與宏偉。結(jié)構(gòu)師如何實現(xiàn)它，就成了一個亟待解決的問題。在北京東四D1區(qū)海洋石油辦公樓項目中，設(shè)有一個Ⅱ型懸臂樓梯。樓梯懸挑長度8米，總高度4.5米，每一梯段寬度為1.6米。因建筑外型所需，每一梯段必須做成單梁形式。如何解決大懸挑問題；如何解決單梁的扭轉(zhuǎn)及整體穩(wěn)定性問題；如何解決梯梁與主體混凝土結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)問題，這些都是需要認(rèn)真考慮并加以解決的。在實際設(shè)計中，采用了ETABS軟件，建立了全空間的計算模型，把樓梯簡化成三維框架單元組成的超靜定結(jié)構(gòu)體系。對內(nèi)力、位移、應(yīng)力比、整體穩(wěn)定性都進(jìn)行了全面的分析與控制。樓梯梁的截面采用焊接H型鋼，規(guī)格為475x400x16x20。因為支座反力較大且應(yīng)力復(fù)雜，考慮到“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固”的構(gòu)造要求，在主體混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置了兩道鋼骨混凝土梁，兩道樓梯梁與鋼骨剛性連接（見圖四）。為解決單梁的穩(wěn)定性，繪制施工圖時，加了構(gòu)造邊梁，并在主梁與邊梁間增加了斜撐（見圖五）。這種構(gòu)造做法，極大地加強(qiáng)了懸挑鋼樓梯的整體性，增強(qiáng)了抗扭轉(zhuǎn)的作用。


    為了更好的起到借鑒作用，本文建立了120個計算模型，對不同荷載、不同高度、不同寬度的鋼結(jié)構(gòu)懸挑樓梯進(jìn)行了內(nèi)力分析與設(shè)計。計算模型圖如下：

    文中懸挑鋼樓梯全部采用單梁式，斜梯段的傾角都為29度，平梯段的長度全部相等，上下平梯段長度為1米，休息平臺長度2米。鋼材材質(zhì)全部為Q345B。計算結(jié)果見附表所示。希望本文所做的工作能為今后懸調(diào)樓梯的設(shè)計工作提供一個參考。




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