裝配整體單跑板式樓梯分段設計與施工技術

張瑜，劉習前，黃平，汪國輝，梁勇

（1重慶建工住宅建設有限公司，重慶 400015；2中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016）

0 引言

裝配式建筑從工廠、橋梁、住宅到高層建筑在我國建筑工程領域的應用越來越普及[1]，而深化設計、施工技術同構件的生產工藝一樣非常重要[2-3]，在工程質量越來越重要的今天，愈發受到人們的關注[4]。房屋建筑樓梯設計平面通常為單跑及雙跑樓梯間，樓梯分為單跑樓梯和雙跑樓梯，預制裝配式樓梯分為梁式樓梯和板式樓梯。目前重慶市高層和超高層住宅一般設計為單跑樓梯（剪刀樓梯），預制樓梯常用的是板式樓梯，但單跑的板式樓梯跨度為5m左右，設計的梯板厚度達到200mm左右，重量達到4～5t。由于重慶市目前常用的施工塔吊（QTZ63）在2倍率的情況下只能吊裝3t，在4倍率的情況下離標準節20m的位置也只能吊裝4t，無法滿足預制單跑板式樓梯的吊裝。本文以工程實例為基礎，介紹了裝配整體單跑板式樓梯分段深化設計、分段預制、分段吊裝和分段安裝技術在實際工程中的使用，為裝配式建筑的施工技術提供有價值的補充和參考。

1 工程概況

協信·城立方一期I標段6#樓工程位于重慶市沙坪壩大學城科技學院斜對面。工程總建筑面積約16355m2，地下2層，地上26層，建筑總高度為78.00m，為高層住宅，標準層層高3.0m，設計為單跑剪刀形式的樓梯。工程采用了裝配整體式單跑板式樓梯分段設計與施工技術，預制單跑板式樓梯深化設計時針對該工程樓梯的結構形式及施工現場實際塔吊吊裝能力，把樓梯分成兩個梯段，中部設置滑動支座，采用一端固定一端滑動的形式，縮短了構件長度，減輕了重量。樓梯構件預制前設計制作了分段預制整體樓梯的工具式臺模，進行了樓梯段的預制和運輸，并在現場采用常規塔吊進行分段吊裝和樓梯構件分段安裝、檢測，以及后澆平臺板混凝土施工。該技術在質量、安全、環保、經濟效益等方面取得的效果顯著。

2 裝配整體式樓梯分段節點構造設計

2.1 鋼筋混凝土現澆樓梯節點受力分析

（1） 設計依據：《混凝土設計規范》（GB 50010-2010）；《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2012）。

（2）設計示意圖如圖1所示（以板式樓梯為例）：

圖1 現澆樓梯設計示意圖

（3）彎矩示意圖如圖2所示：

圖2 現澆彎矩示意圖

（4）根據圖1和圖2我們可以看出，是以簡支構件進行設計的，主要受力是下部1號鋼筋，兩端均按簡支考慮，在端部鋼筋即3號鋼筋采用的是構造配筋。

圖4 裝配整體式樓梯分段節點構造詳圖

2.2 裝配整體單跑板式樓梯分段節點構造設計及受力分析

圖3 常規的裝配式樓梯示意圖

另一種是將預制梯板直接擱置在樓層平臺處的梯橫梁上，并將預制梯板預留在一端的鋼筋與平臺處的預留板筋連接，并后澆混凝土。而另外一段直接擱置在樓梯間中部的梯橫梁上，并且在擱置端設置聚四氟乙烯板的滑動支座，同時在端部進行軟連接處理，如填充聚苯板等方式，其目的是希望在此位置能夠有一定的變形能力，提高抗震性能。該工程就是采取了圖4這種方式對樓梯進行了深化設計，在梯段部分均采用預制，其余梯梁及平臺板采用現場澆筑。

由于目前重慶高層和超高層住宅工程樓梯一般為3m層高的剪刀樓梯，為了減小梯板的計算跨度和梯板厚度（以減小預制梯段的結構重量），設計過程中在樓梯中部利用該部位的梯步做了一根梯梁作為上下梯段的支承梯梁，見圖4的TL2梁。在樓梯間中部的支承梯梁設計上可以看出其處理方式與現澆樓梯有不同，為了支承預制梯板，也為了讓樓梯間凈高滿足規范的要求，將該梯梁（TL2）做成L型的以達到支承和增加梯間凈高的要求。由圖4可以看出，設計中也將TL2梁頂部和挑耳部位作為滑動支座（聚四氟乙烯板的滑動支座）的方式處理，同時把兩塊預制梯板上下兩端預留鋼筋均與樓層平臺板的預留鋼筋連接，并采用后澆混凝土方式使梯板和平臺板連接在一起。

針對梯梁TL2，由于上下兩個梯段均把力作用在上面，并且左右兩段樓梯的作用位置不同，在設計過程中，在其相交部分的L型段做了一定延伸的加強處理，同時增加了梯梁內腰筋的數量，以保證該部分梯梁的抗剪和抗扭能力，如圖5所示。

圖5 樓梯中部TL2構造詳圖

因為樓梯間對框架結構的整體剛度影響較大，所以在裝配整體式樓梯設計時需要將樓梯間對結構的剛度、強度的影響考慮進去。高層和超高層住宅工程通常采用剪力墻結構，剪力墻的整體抗側剛度大，樓梯間影響有限。滑動支座的作用是將樓梯間的預制梯板與樓梯間中部的梯橫梁脫開，避免梯板在側向力作用下形成斜撐，影響結構的剛度和強度。當然裝配整體式樓梯用在什么結構中，應該根據實際情況具體分析，不能一概而論。

3 施工工藝流程及要點

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖6所示：

圖6 施工工藝流程圖

圖7 吊裝驗算模型

3.2 裝配整體單跑板式樓梯分段預制模具制作及安裝

裝配整體式樓梯分段預制模具應嚴格按照模具設計進行制作，模具設計應考慮混凝土澆筑、脫模、翻轉、起吊的強度、剛度和穩定性要求[6]，且便于支、拆模板、鋼筋安放及混凝土澆筑。模具表面應平整、光滑，不應有劃痕、生銹、氧化層脫落等現象[6]，并應充分考慮防腐防銹措施。

模具安裝前應清潔所有與混凝土的接觸面，以及與尺寸有關的碰口面。若模具內壁附有雜物，應使用風槍吹凈，大塊雜物需用手揀出，若尺寸有偏差，需重新安裝模具并檢查是否符合要求。模具安裝后檢查是否牢固，是否拼縫嚴密，如有螺絲漏裝，必須重新加螺絲固定。若組裝好的模具有縫隙，應用密封膠條或雙面膠密封，注意膠條不得進入混凝土內。

3.3 預制樓梯預埋吊釘施工

吊釘按設計吊點的位置準確安裝，鋼筋與預埋吊釘需綁扎牢固，吊釘尾部采用2根“V”字型直徑為12mm的HRB400鋼筋進行加強。吊釘與模板交界的碗口里采用碗型苯乙烯一丁二烯橡膠填充。

2) 平衡密封環有2個反向的U型金屬膨脹環(彈簧)，如圖1所示，開口方向1個向上、1個向下，該設計能確保介質無論從閥前還是閥后進入，平衡密封環都能起到很好的密封作用。密封原理： 當高壓介質進入U型環內時撐開U型環密封，確保2個U型環中有1個能起到密封作用。

3.4 混凝土構件養護

梯段采用蒸汽養護，使其12h內達到拆模強度和起吊強度。同條件養護的混凝土試塊平均抗壓強度達到15MPa以上就可脫模[6]，梯段模拆除后吊運至堆場澆水養護，保持潮濕4d以上，使其強度正常發展，在達到設計安裝強度后才能進行運輸和安裝[6]。

3.5 預制樓梯吊裝驗算

吊點位置的確定應遵循正、負彎矩相等的原則。梯板折算厚度為250mm，寬度為1220mm，平放時長度為3287mm（平放時彎矩最大），取動力系數為1.5，計算模型如圖7所示：

鋼筋混凝土容重取2.5x10-6N/mm3，等效均布荷載，一半分析q=1.5x250x25x10-6x0.5x1220=5.72N/mm，最大彎矩MD=0.5qL2=0.5x5.72x6502=1.21x106N·mm，梯板計算高度h0=250=20=230mm，鋼筋面積As=236mm2（10@200），由《混凝土結構設計規程》7.1.4條受拉鋼筋應力25.6N/mm2，三級鋼筋f=yk400N/mm2，由 《混凝土結構工程施工規范》9.2.3條4款驗算σs=25.6N/mm2≤0.7fyk=280N/mm2，滿足要求。

樓梯自重G=25x0.645x1.22=19.67kN，每個吊釘的允許載重是2.5t（24.5kN），吊裝動力系數取1.5，按最不利狀況（僅兩個吊釘受力）考慮，1.5x0.5G=14.5kN≤24.5kN，吊釘是安全的。

3.6 裝配整體單跑板式樓梯分段吊裝與安裝

1）樓梯安裝時旋轉角度計算：由于樓梯間空間較小（梯梁間距僅2120mm），樓梯安裝時需要旋轉后才能吊裝入位。經測量，YZTB1以下底邊為旋轉中心順時針旋轉33°，此時樓梯最寬2010mm。YZTB2以下底邊為旋轉中心順時針旋轉30°，此時樓梯最寬2090mm。

2）樓梯構件的吊裝應使用吊梁，調整活動吊點使掛于同一處的鏈條夾角小于60°，起吊接駁器與鏈條使用方法見圖8，過程中要特別注意人員安全，重物禁止從人員正上方經過。

圖8 起吊接駁器與鏈條使用方法

3）主體結構施工時，對梯梁面和梯梁挑耳的施工質量重點控制，標高誤差控制在±5mm以內，表面平整度誤差控制在3mm內。當鋼筋混凝土梯梁和梯梁挑耳表面標高或平整度不滿足要求時，對于高出設計標高的地方進行剔打，并用找平材料（水泥：細魚米石的比例為1：1）進行找平。如低于設計標高3mm以上時，應用找平材料（水泥：細魚米石的比例為1：1）進行找平。

4）表面找平3d后才可安裝聚四氟乙烯 （Poly tetra fluoroethylene，PTFE）滑動支座。把PTFE板切割成合適大小 （b=250mm，l=1200mm），并在PTFE板上按設計要求標注間隔尺寸，用鉆頭（d=8mm）進行鉆孔。接著把鉆孔處理的PTFE板分別安放在樓梯中部的梯梁和挑耳上，并在梯梁面和挑耳面相應的鉆孔位置進行醒目標記，然后進行鉆孔，鉆孔深度h=100mm。鉆好孔后用高壓風槍吹凈孔內的雜物，并用植筋膠填滿孔洞空隙，將PTFE板重新安放在梁面上，應保持PTFE板和相應梁面的孔位置對齊，然后仍用植筋膠填滿PTFE板孔洞空隙。最后，如圖9所示，用不銹鋼平頭螺釘（l=70mm，d=4mm）釘入鉆好的孔內，螺帽與PTFE板表面平齊，多余的植筋膠應清干凈，用大于5kg的重物將PTFE板和平頭螺釘壓住，等待24h后植筋膠強度達到后再把重物移開。

圖9 不銹鋼平頭螺釘釘入鉆好的孔內

圖10 塔吊把梯段下落至安裝位置

5）現場應根據塔吊設備的吊裝參數確定構件起吊位置、施工樓層中的堆放位置，以及塔吊小車移動范圍[5]。吊裝機械設備與吊具選用應經計算確定，取最大單體構件重量，即不利狀況的取值標準計算，確保吊裝安全。經計算最重的樓梯構件T1為1.975t，根據現場實際安裝的50m臂長QTZ63塔吊起重性能表，在距塔吊根部27m處可以吊3t，而現場樓梯段堆放的位置和安裝的位置均在27m以內，完全滿足樓梯構件吊裝要求。如圖10、圖11所示，梯段吊裝和安裝采用塔吊與手拉葫蘆結合。預制梯段角度到位后，塔吊把梯段下落到安裝位置面以上50～100mm處，根據測設的控制線用手拉葫蘆進行細微調整，使梯段準確安裝到控制線上。

6）安裝完成后對樓梯的梯步、凈空、預埋件等尺寸、位置進行復查，合格后采用加工好的舊模板對樓梯踏步進行保護，防止墻和梁混凝土澆筑時對安裝好的預制梯段造成污染，以及轉運建筑材料時對樓梯踏步造成損壞。

圖11 吊裝葫蘆微調安裝和校正樓梯

4 結語

本文結合實際工程介紹了裝配整體單跑板式樓梯深化設計時把梯段設計成兩個梯段，中部設置滑動支座，采用一端固定一端滑動的形式，縮短構件長度，減輕重量，便于常規塔吊吊裝。樓梯預制時設計制作了工具式臺模進行梯段的分段預制。梯段吊裝前安裝PTFE滑動支座，梯段吊裝和安裝時采用塔吊與手拉葫蘆結合，保證梯段吊裝安全及安裝質量。該技術指導性較強，操作易于控制，能有效保障施工質量，縮短施工工期。安裝使用常規的塔吊，符合現階段重慶市施工現場的實際情況，有利于裝配整體式樓梯在高層及超高層住宅工程中的推廣使用。當然，該技術相對于裝配整體單跑板式樓梯，分成了兩個梯段，增加了吊裝的工程量，設置了滑動支座，增加了一道施工工序的時間，延長了工期，有一定的缺陷。