輕型預制樓梯的研究

譚貽導　歐陽浩　范永晶　陳剛　彭俊瑞

【摘要】目前建筑行業應用比較廣泛的預制樓梯是板式鋼筋混凝土預制樓梯，此類樓梯重量較大，重量過大導致施工塔吊的起重噸位增大，其存放、運輸、吊裝的成本較高。而肋梁折板式輕型預制樓梯的結構性能、耐火性能、連接方式均符合國家標準。肋梁折板式輕型預制樓梯比板式樓梯重量更輕，其材料用量減少，相應的生產、存放、運輸成本均有所降低。樓梯的重量小，施工中使用的塔吊型號減小;吊裝用電量減小;提高吊裝效率。

【關鍵詞】輕型預制樓梯;重量輕;受力性能;經濟效益

國家大力推進裝配式建筑的建設，目標到 2020年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例達15%以上，其中重點推進地區達到 20%以上[1]。”其目的是為了使建筑行業達到綠色，安全和高效的水準[2]。另一方面也推動了裝配式行業的評價標準，設計與施工技術的不斷創新與完善。對整個建筑行業的從業人員提出了更高的專業要求，與時俱進，為創建更高水平的建筑而砥礪前行[3]。

隨著裝配式的發展，《裝配式混凝土結構技術規程》、《裝配式混凝土建筑技術標準》、《裝配式混凝土建筑施工規程》等標準和《裝配式混凝土結構連接節點構造》、《裝配式混凝土結構住宅建筑設計示例》等圖集應運而生，使其具有更廣泛的適用性，整體性和完善性，同時與時俱進地將設計與施工相結合，對裝配式的節點連接等也做了更規范化的要求。力求達到設計標準化，生產工業化，施工裝配化[4]。

樓梯是建筑中不可或缺的一部分，起到垂直交通的作用。目前，住宅樓梯主要采用現場澆筑的形式。由于樓梯形狀不規則，其模板制作復雜，增加了材料及人工成本。現澆樓梯濕作業多，臟亂、工序繁多，成型質量難以保證，并且需要現場養護，整體施工周期較長，難以適用現代建筑綠色施工及環保工藝要求。預制樓梯的應用減少了現場施工工序，提高了生產效率，且預制樓梯在構件廠按標準生產，質量得到有效提升。

但是，目前預制樓梯在運用上也存在較多的問題。主流標準板式樓梯重量偏大，而大部分以現澆體系為主要施工對象的建筑企業，其主要施工塔吊的遠端起吊能力大多數不能吊運相對重量較輕的雙跑樓梯，更不敢奢望吊運更重的剪刀梯了。重量大導致生產成本增加、運輸成本增加、吊運成本增加，導致預制樓梯綜合單價增加，造成預制樓梯難以大規模運用。針對此類問題，中建四局聯合清華大學設計院、中國建材總院、瑪納公司設計研發了“肋梁折板式輕型預制樓梯”，有效解決了預制樓梯過重及成本高的問題。

1、主要研究內容

1.1結構減重設計

肋梁折板式輕型預制樓梯（如圖1）主要由梯梁、踢面板、踏步板組成，踢面板與踏步板組成折板，折板最小厚度可達65mm，折板內采用HRB400直徑為6mm的鋼筋，混凝土型號為C30，與普通板式鋼筋混凝土樓梯相比，減重效果能達到40%以上。可根據項目要求及實際情況，對預制樓梯進行設計減重，對國標《15G367-1》板式預制樓梯而言，理論上減重可達到50%。也可根據需要采用雙拼設計，重量更輕，方便吊運。

1.2連接方式

肋梁折板式輕型預制樓梯上下端預留有連接孔位，連接部分的梯形肋，增加了樓梯與結構梁的受力面積。肋梁折板式輕型預制樓梯的連接方式符合《15G367-1》“預制鋼筋混凝土板式樓梯”要求，采用銷鍵連接，上端支承處為固定鉸支座，下端支承處為滑動鉸支座[5]。

1.3結構性能

肋梁折板式樓梯受力方向為：載荷-踏板-梯梁-主體結構，踏板受力后，能將力均勻傳遞到兩端的梯梁上，并且自重輕，比板式樓梯承受更大的載荷，更安全。

圖2? ? 預制樓梯底部連接部分

圖3? ? 預制樓梯連接剖面圖

根據GB/T 50152-2012標準規定的方法進行肋梁折板式輕型預制樓梯結構性能加載試驗。本次試驗樓梯實測尺寸（長X寬X高）為4793mmX1158mmX2804mm，混凝土型號為C30，構件自重為2.73T，折板內采用HRB400直徑為6mm的鋼筋。樓梯上設置7個測量點位，在長達10個小時的持續荷載作用下，記錄7個測量點的位移量。按照規范規定程序進行分級加載并持荷，加載至3.20Fd時，樓梯構件出現承載力標志[5]。本次試驗所檢測的肋梁折板式輕型預制樓梯的裂縫寬度、撓度及承載力等項目檢驗結構均滿足GB/T 50152-2012規范規定。卸載后，樓梯裂縫寬度及撓度變形均有所恢復。

1.4耐火性能

在住宅項目中，要求樓梯構件要達到一定的防火等級。為檢測肋梁折板式輕型預制樓梯的耐火性能，我們按照GB/T9978.1-2008標準要求送檢的樣品尺寸（長X寬X高）為500mmx500mmx65mm，混凝土強度為C35。經過長達90min高溫試驗，試件背火面未出現持續達10s或10s以上火焰，棉墊未著火，縫隙碳棒不可以穿過。試驗表明試件的耐火完整性符合要求。

2、效益分析

2.1混凝土用量減少

從設計角度出發，在不改變表面結構尺寸及使用功能的前提下，普通板式預制樓梯一梯段體積為1.61m?，肋梁折板式預制樓梯一梯段體積為1.13m?。構件體積減少了29.81%，每個梯段減少0.48m?混凝土用量。

2.2鋼筋用材調整，降低棒材損耗

普通板式預制樓梯含鋼量為104.35kg/m?，肋梁折板式樓梯含鋼量為140.77kg/m?。

每個梯段的鋼筋用量統計如表1所示。

設計上表面看似含鋼量上升，實際上每梯段鋼筋用量降低了5.316%，并且提高了線材鋼筋的用量，降低了棒材鋼筋的用量及損耗。

2.3自身重量降低，提高運輸效率

板式樓梯1梯段的自重為4噸，1次運輸只能供應8個梯段;肋梁折板式樓梯1個梯段的自重為2.8噸，1次運輸則可供應11個梯段。預制樓梯的運輸效率提升了37.5%。

2.4構件造價減少，項目造價降低

將肋梁折板式樓梯與廣州地區某項目的板式樓梯的生產成本進行對比（如表2），每梯段的成本造價可降低15.74%。優化前的板式樓梯一個梯段是1.61m?、造價是4844.22元/梯段;優化成肋梁折板式樓梯后一個梯段是1.13m?、造價是4081.66元/梯段;每一個梯段方量減少0.48m?、造價降低762.56元。

目前1套樓梯模具生產周轉次數在每天1次，裝配式建筑施工速度平均每4-6天一層，1套模具可應用在三棟同時開工且用同一型號樓梯的標準化裝配式建筑中，實際正常理論周轉次數在180次以內。

結語：

肋梁折板式輕型預制樓梯具有重量輕、載重大、受力性能好、通用性強等特點。其重量較輕，在項目中可以選擇小噸位的塔吊，且吊轉安裝方便;其載重、受力性能都滿足了國家相應標準;與普通板式樓梯相比，其混凝土用量、鋼筋用量、運輸成本、吊裝成本、構件造價等均有減小。

參考文獻：

[1]《散裝水泥》編輯部.住建部印發《“十三五”裝配式建筑行動方案》[J].建筑技術開發，2017（7）：161-161.

[2]秦占輝.基于綠色建筑理念的建筑節能方法探討[J].工程技術：全文版：00035-00035.

[3]李湘琳.舊建筑改造中的節能設計策略與技術研究[D].2010.

[4]萬成興，沈丹.保障性住房的工業化設計建造工程實踐——沈陽地鐵麗水新城公共租賃住房項目設計匯報[J].中國住宅設施，2012（3）：18-21.

[5]張明海，丁小民.地下車站預制樓梯標準化設計與應用研究[J].中國市政工程，2018， 201（06）：70-73+112.