重慶印制二廠4#樓新增樓梯設計探討

陳港，任毅，鄒勇，楊若愚

(重慶市建筑科學研究院，重慶400042)

重慶印制二廠4#樓新增樓梯設計探討

陳港，任毅，鄒勇，楊若愚

(重慶市建筑科學研究院，重慶400042)

在對老舊建筑進行改造設計過程中，由于其本身結構體系、建筑格局及使用功能的局限性，特別是方案設計必須滿足建筑效果及結構性能，因此改造存在很多限制。該文對原重慶印制二廠4#樓新增樓梯方案的設計進行了探討，為類似工程實踐提供一定借鑒。

樓梯；方案設計；結構型式

0 引言

伴隨著城市經濟、人文意識的不斷發展，老舊城區的改造、擴建需求正在不斷增強；但是由于老舊建筑本身結構體系、建筑格局及使用功能的局限性，對改造存在一定程度限制。本文通過對原重慶印制二廠4#樓新增樓梯選型及設計過程中遇到問題的探討，最終提出滿足建筑效果及結構性能的方案，以此為類似工程實踐提供一定的借鑒。

1 工程概況

原重慶印制二廠4#樓為四層框架結構，現需對房屋進行改造后以作他用。因該房屋原來僅設置了一部電梯，為改造后滿足消防需求，現需新增一部消防樓梯。考慮到房屋的使用現狀、后續使用的功能規劃及周邊環境，該次改造擬在房屋右側(遠離原電梯位置一端)新增樓梯，其新增樓梯直接設置在原房屋外側的相鄰位置，房屋改造平面見圖1所示（其中虛線框內為該次新增樓梯）。

圖1 平面示意圖

2 設計方案

由于該工程為創意園改造，項目本身在概念設計規劃、建筑方案及結構施工進度方面均有一定的要求。考慮到樓梯的整體結構受力情況，設計上首先提出了采用型鋼柱和鋼梁組成的鋼結構樓梯，并考慮到后續使用過程中新舊結構變形不一致，且鋼結構相對于鋼筋混凝土結構溫度變形更為敏感，為防止以后新增樓梯與原房屋結構連接處因不協調變形而產生過大內力導致的開裂等問題，故設計時不再像一般情況下那樣將二者在主體結構上進行可靠連接，而將新增樓梯設計為獨立結構（其結構平面見圖2，后稱方案一）。但在現場工作推進過程中，為使得樓梯在上人時視野更加開闊、通訊更為方便，亦可達到預想的建筑效果，相關單位提出將四根外角鋼柱內移，使得鋼柱為核心筒、梯步全懸挑，經調整后形成了結構平面如圖3所示的方案二。該次設計方案建筑立面圖如圖4所示。

圖2 方案一結構平面示意圖

圖3 方案二結構平面示意圖

圖4 建筑立面示意圖

3 計算分析

根據設計方案采用相關大型商業軟件建立模型進行分析。混凝土強度等級取C30，鋼材型號取Q235B，鋼構件尺寸見表1所示。

表1 構件尺寸表

根據新增樓梯地處的場地及地理位置，分析時考慮了兩種設計方案在豎向荷載和風荷載[1]作用下的柱軸力、自振頻率和結構頂點位移[2-3]，計算分析結果發現，在采用方案二對四角鋼柱進行內移時柱最小軸力呈減小、最大軸力呈增大趨勢，樓梯自振頻率呈減小趨勢，頂點位移呈增大趨勢。

由分析結果并且考慮到如此布置柱減小后樓梯整體剛度較柔、抗側向作用能力較差，故設計時對方案二進行優化。通過改變結構型式將鋼柱替換為鋼管混凝土柱，鋼管混凝土在結構上能夠將鋼結構及混凝土結構的優點結合在一起，不僅可使混凝土處于側向受壓狀態時其抗壓強度大幅提高，同時由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發揮作用，大大提高了承載能力；不僅如此，方案優化后在遭受火災時因管柱截面溫度場的分布很不均勻，而鋼管內填有的混凝土能吸收大量的熱能，增加管柱的耐火時間，減慢鋼柱的升溫速度，并且一旦鋼柱屈服，混凝土可以承受大部分的軸向荷載，防止結構倒塌。

根據計算分析結果可知，在方案二優化后采用鋼管混凝土情況下，其自振頻率相比方案一及方案二均偏大，頂點位移值相比方案一及方案二均偏小，其振動環境的舒適反應更好；特別是方案二優化采用鋼管混凝土后，結構自身剛度有較大提升，并且其抗側向作用能力亦有增強。

各方案分析結果見表2所示。

表2 分析結果表

4 結語

在老舊建筑改造過程中外界條件受到諸多限制，該設計中為滿足建筑意圖，通過改變結構型式，采用鋼管混凝土而提出的方案二優化后，因其良好結構特征和建筑呈現，最終受到各方認可，值得類似工程借鑒參考。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB 50009－2012建筑結構荷載規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2]中華人民共和國建設部.GB 50017－2003鋼結構設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB 50010－2010混凝土結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

責任編輯：孫蘇，李紅

Discussion on Design of a Newly-added Staircase in Building 4#of TESTBED2 in Chongqing

In the renovation design of old buildings,there are lots of limitations,such as its own structural system,building layout and functions,particularly the scheme design must serve the building effects and structural performance,so the renovation may be quite thorny.This paper discusses the design of a newly-added staircase in Building 4#of TESTBED 2 in Chongqing,providing some references for similar projects.

staircase;scheme design;structural style

TU375

A

1671-9107（2017）06-0049-02

基金論文：該文為重慶市建設科技計劃項目“老舊工業廠房改造再利用技術及工程管理綜合研究”（項目編號：城科字2015第（1-36）號）系列研究論文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.06.049

2017-05-09

陳港（1987-），男，重慶人，研究生，工程師，主要從事結構檢測鑒定、加固設計及加固施工等工作。