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中海油懸臂鋼樓梯設計實例及小結

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （中國建筑標準設計研究院 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，在實際設計中建筑師會經常采用。在以往的設計實例及資料中，多為懸臂鋼筋混凝土板式樓梯。本文在工程設計實例的基礎上，探討了鋼結構大懸臂樓梯的設計方法，并總結了大量計算模型，給出了標準節點，供設計人員參考。
    [關鍵詞] 懸臂樓梯 鋼樓梯 結構設計
    一、懸臂樓梯分類
    懸臂樓梯在18世紀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、懸臂樓梯設計難點及設計方法
    懸臂樓梯是一種多次超靜定空間結構，內力分析復雜、繁瑣。所以模擬實際受力情況、建立科學模型、進而進行全面準確分析，是比較困難的。這也一直是結構設計中的一個難點。
    在已有的設計資料中，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計計算方法主要有空間結構法和板的相互作用法。按空間構架法計算時，視樓梯斜板的中心線為斜向桿；平臺板為半圓形桿，形成了空間構架，近似忽略了矩形平臺板轉角部分的影響。板的相互作用法是指在計算交線梁的內力與變形時，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，但當跨度或荷載較大時，板厚較大，不經濟。

    三、懸臂鋼樓梯設計實例及總結
    隨著時代的發展，建筑的造型日益復雜多變。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美、懸挑較大、較為寬闊的樓梯，以彰顯建筑的華美與宏偉。結構師如何實現它，就成了一個亟待解決的問題。在北京東四D1區海洋石油辦公樓項目中，設有一個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及整體穩定性問題；如何解決梯梁與主體混凝土結構的連接節點問題，這些都是需要認真考慮并加以解決的。在實際設計中，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構體系。對內力、位移、應力比、整體穩定性都進行了全面的分析與控制。樓梯梁的截面采用焊接H型鋼，規格為475x400x16x20。因為支座反力較大且應力復雜，考慮到“強節點、強錨固”的構造要求，在主體混凝土結構中設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）。為解決單梁的穩定性，繪制施工圖時，加了構造邊梁，并在主梁與邊梁間增加了斜撐（見圖五）。這種構造做法，極大地加強了懸挑鋼樓梯的整體性，增強了抗扭轉的作用。


    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、不同寬度的鋼結構懸挑樓梯進行了內力分析與設計。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。鋼材材質全部為Q345B。計算結果見附表所示。希望本文所做的工作能為今后懸調樓梯的設計工作提供一個參考。




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