組合式鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯深化設(shè)計(jì)淺談

張神愛 周芳君

摘 要：區(qū)別于傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯，本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯，具有結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)繁瑣、制作安裝技術(shù)要求高等特點(diǎn)。需要對(duì)每個(gè)復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)的拆分，方能實(shí)現(xiàn)制作及施工。本文以青島市君峰路中學(xué)項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯為例，簡(jiǎn)要闡述深化設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)樓梯;深化設(shè)計(jì);組合式;逆作法

一、工程概況

君峰路中學(xué)項(xiàng)目位于青島市李滄區(qū)通真宮路以北，君峰路以西，規(guī)劃路以南，為青島市李滄區(qū)重點(diǎn)項(xiàng)目，用地面積35054㎡，總建筑面積68752㎡，共開設(shè)30班。學(xué)校主體功能包括普通教室、專用教室、風(fēng)雨操場(chǎng)、游泳館、報(bào)告廳、圖書館、食堂、辦公及地下車庫等。

校園環(huán)境設(shè)計(jì)采用內(nèi)庭院、架空層、場(chǎng)地退臺(tái)等手法，提供最大化的學(xué)生活動(dòng)場(chǎng)地，形成多層次多維度的立體校園景觀。

二、鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯深化設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟

按照業(yè)主提供的施工圖，同時(shí)兼顧工廠制作工藝、現(xiàn)場(chǎng)施工條件、運(yùn)輸條件及現(xiàn)場(chǎng)拼裝方案等技術(shù)要求進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，主要包含以下內(nèi)容：

1、分析旋轉(zhuǎn)樓梯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)樓梯位于綜合樓和教學(xué)樓之間，由左右兩個(gè)隔開的半圓組成，成對(duì)稱布置。各包含三段樓梯和兩個(gè)休息平臺(tái)，樓梯上部和下部由埋件固定，中間位置各由4支鋼柱支撐;梯梁分為主次梁，均為H型鋼，通過與圓管柱和上下埋件連接成整體，踏步和休息平臺(tái)成扇形，踏步下面設(shè)置支撐角鋼，結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜。同時(shí)，由于整個(gè)模型是一個(gè)對(duì)稱的模型，我們以右半邊樓梯為例，完成了這半邊，就相當(dāng)于完成了70%的建模工作。

2、導(dǎo)入二維線模，初步建模。本次鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的深化設(shè)計(jì)主要采用芬蘭Tekla公司的軟件Tekla Structures進(jìn)行，建立三維空間模型。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯這種外形呈空間扭曲的造型來說，結(jié)構(gòu)定位相當(dāng)困難，在沒有設(shè)計(jì)三維線模的情況下（三維線模對(duì)于本旋轉(zhuǎn)樓梯作用不大），只能在平面中導(dǎo)入二維線模定位。首先在Tekla模型中找到旋轉(zhuǎn)樓梯的放樣位置，根據(jù)標(biāo)高和軸線建立多個(gè)平面、立面圖。然后在CAD中對(duì)二維圖進(jìn)行篩選，把不必要的構(gòu)件和尺寸標(biāo)注等進(jìn)行過濾，再將樓梯輪廓線和軸網(wǎng)分次導(dǎo)入到tekla模型中，注意tekla三維模型和cad平面圖中的坐標(biāo)起始位置務(wù)必一致。在導(dǎo)入過程中定義好樓梯輪廓線和軸網(wǎng)的顏色，便于后續(xù)工作高效進(jìn)行，等所有的線模導(dǎo)完，就可以進(jìn)行后續(xù)精確建模了。

3、精確建模，確定樓梯組成部件和分段點(diǎn)。如下圖所示，我們把整個(gè)旋轉(zhuǎn)樓梯分成三大塊，分別為圓管柱和水平鋼梁、樓梯踏板和休息平臺(tái)板、空間主次梁和角鋼支撐。我們以圓管柱所在的休息平臺(tái)為樓梯分段位置，將樓梯分為上中下三部分，依次建模。因本樓梯寬度已經(jīng)超出運(yùn)輸寬度，無法在車間整體拼裝完成，故需要現(xiàn)場(chǎng)拼裝。

4、完善相關(guān)節(jié)點(diǎn)，模型校核。節(jié)點(diǎn)主要有梁梁空間節(jié)點(diǎn)、埋件節(jié)點(diǎn)、梁柱相貫節(jié)點(diǎn)、角鋼支撐節(jié)點(diǎn)等。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，結(jié)合軟件自帶的各種參數(shù)化節(jié)點(diǎn)，高效快速的完善模型節(jié)點(diǎn)，并對(duì)模型的準(zhǔn)確性、節(jié)點(diǎn)的合理性及加工工藝等各方面進(jìn)行校核。

5、編號(hào)及出圖，模型校核后，運(yùn)用軟件中的編號(hào)功能對(duì)模型中的構(gòu)件及零件進(jìn)行編號(hào)，角鋼支撐數(shù)量繁多，特別是放樣切割后，可能每塊角鋼都不一樣，更需要系統(tǒng)的編號(hào)來幫我們區(qū)分，編號(hào)后應(yīng)用軟件出圖功能生成圖紙，包括設(shè)計(jì)說明、布置圖、構(gòu)件圖、零件圖及各類清單。力求準(zhǔn)確、清楚，能有效指導(dǎo)工廠制作和現(xiàn)場(chǎng)安裝。

三、深化設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)及解決方案。

傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯，一般是由一支中央圓管柱，和眾多相同規(guī)格的鋼板踏步組成，踏步沿著圓管柱按照等分高度和等分角度盤旋而上。這種結(jié)構(gòu)形式的旋轉(zhuǎn)樓梯深化設(shè)計(jì)難度不大。而本項(xiàng)目中的旋轉(zhuǎn)樓梯，是區(qū)別于傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯，需要通過疊加的復(fù)雜過程完成。下面簡(jiǎn)單介紹幾點(diǎn)在建模過程中遇到的重點(diǎn)難點(diǎn)，以及采取的針對(duì)性措施：

1、逆做法建模。

此旋轉(zhuǎn)樓梯是呈空間旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，造型美觀新奇。在沒有三維線模的情況下，且梯梁采用的是H型鋼，更加增加了深化設(shè)計(jì)建模的難度。尤其是踏步下方鋼梁的架設(shè)，因沒有坐標(biāo)點(diǎn)，也沒有三維線模，無法先行定位，所以我們要轉(zhuǎn)變思路，采用逆做法建模。即先鋪設(shè)踏步板。

2、踏步建模

與一般樓梯踏步板比較方正不同的是，本樓梯踏步的內(nèi)外邊界輪廓線為同一圓心不等半徑的圓形，放樣時(shí)需要先在平面中找到圓心位置，再根據(jù)均分的原則，通過輔助線確定踏步水平位置。此時(shí)踏步還僅僅是停留在平面扇形這一步，還需要將其轉(zhuǎn)化為空間結(jié)構(gòu)。從平面圖中我們發(fā)現(xiàn)踏步板呈現(xiàn)外側(cè)大內(nèi)側(cè)小的扇形形狀，需要對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)的切割和角度調(diào)試和高度計(jì)算。

3鋼梁和角鋼支撐建模

根據(jù)已經(jīng)鋪設(shè)好的踏步板，在其下方根據(jù)設(shè)計(jì)平面圖導(dǎo)入的二維線模，對(duì)鋼梁進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，其中最復(fù)雜的一步就是在幾個(gè)面平面中確定梯梁位置后，需要在踏步板和梯梁之間設(shè)置角鋼支撐，這一步的工作梁占到了此次旋轉(zhuǎn)樓梯工作量的一半以上，因?yàn)檫@一步?jīng)]有簡(jiǎn)便方法和系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，需要建模者仔細(xì)耐心的對(duì)每一塊零件進(jìn)行精準(zhǔn)定位和切割。

結(jié)束語

本文以青島市君峰路中學(xué)項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯為例，簡(jiǎn)要闡述深化設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)，貫穿于設(shè)計(jì)、加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的整個(gè)過程，是構(gòu)件加工及施工過程中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為工程提供構(gòu)件加工圖和施工布置圖，指導(dǎo)車間加工，幫助現(xiàn)場(chǎng)制定切實(shí)可行的安裝方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分段安裝位置的討論，對(duì)內(nèi)對(duì)外協(xié)調(diào)等工作。深化設(shè)計(jì)對(duì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工速度、加強(qiáng)安裝質(zhì)量、保證結(jié)構(gòu)安全起到了積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

[2]GB50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

[3]GB50661-2011 鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范

[4]GB50026-2007 工程測(cè)量規(guī)范

[5]鋼結(jié)構(gòu)施工手冊(cè)