鋼結構旋轉樓梯制作及安裝工藝

魯偉

摘要：旋轉樓梯流線造型美觀、優美、典雅，在空間上比較節省，常用于樓層數不多的寫字樓、居民樓或者作為建筑小品布置在庭院或室內。無柱鋼結構旋轉樓梯放樣復雜、雙曲梯梁加工難度大，但因其結構旋轉線條優美，在有限的空間內既能滿足裝飾效果，又能滿足樓梯實用效果，所以備受大眾喜愛。也就因為這種矛盾的存在，稍有不慎，就會弄巧成拙。這種旋轉樓梯螺旋扭曲，需要在圖紙設計、制作加工時完全把握控制尺寸誤差，才能在安裝的過程中完美銜接，成型之后達到建筑裝飾的目的。本文從旋轉樓梯施工實例出發，整體介紹鋼結構旋轉樓梯制作及安裝工藝。

關鍵詞：鋼結構;旋轉樓梯;制作安裝;精度控制;BIM技術

一、工程概況

蘭州萬達城旅游集散中心項目位于甘肅省蘭州市七里河區崔家大灘，總占地面積9455.9㎡，總建筑面積4181.24㎡，地上2層，地下1層，建筑高度15.2m，屋面為異形鋼結構屋架、雙曲鋁板幕墻、玻璃采光頂組成，鋼結構總工程量548噸。旅游集散中心在設計上以蘭州迥異起伏的山丘輪廓為空間符號，延續到室內的曲線空間做法，流線結構設計帶來細膩多變的空間光影，其中，旋轉樓梯的設計是整體建筑的點睛之筆，也是本工程鋼結構施工難度最大的地方之一。

二、旋轉樓梯構造

蘭州萬達城展示中心旋轉樓梯水平投影為規則圓形，自一層大廳地面540°旋轉而上至二層地面，該樓梯由旋轉梯段和鋼平臺組成，旋轉梯段又分為2段進行制作安裝，樓梯結構材料為Q235B，總重量為45t。旋轉樓梯高度為4.945m，踏步高度137mm，共計36踏。梯梁內圓半徑為760mm，梯梁外圓半徑為1605mm，梯梁為380×200×10×10雙曲箱梁，兩梯梁之間由10mm的鋼板間隔連接，樓梯踏步浮于梯梁之上，踏步材料為6mm厚花紋鋼板，踏步寬度為1800mm，最外側755mm懸挑在梯梁外圓之外。為了現場安裝方便，“1旋轉梯段”、“2旋轉梯段”、“3樓梯平臺”在工廠分段加工，運輸到現場后拼裝焊接。

三、旋轉鋼結構樓梯

（一）鋼結構旋轉樓梯施工難點分析

1、旋轉樓梯的深化設計。詳圖深化設計時必須提供構件現場安裝定位的關鍵坐標控制點，這就需要對原設計提供的坐標進行轉化，加大了建模和詳圖轉化的難度。

2、雙曲箱型梯梁加工精度的控制。根據在以往工程雙曲構件制作經驗，采用專用軟件對構件進行整體建模，然后對壁板展開放樣，根據模型標定出構件的組裝定位坐標點，在加工詳圖和裝配時必須嚴格控制關鍵點的三維坐標（X、Y、Z）以確保雙曲箱梁的裝配精度。根據構件特點，分別從壁板彎扭成型、空間坐標定位、裝配焊接順序等方面制定專門的加工制作方案。

3、焊接變形控制。在箱梁拼裝時，由于箱梁內部未設置隔板，焊接變形的控制是影響構件尺寸的重要因素之一。

4、旋轉樓梯組裝、焊接。內外圓雙曲箱梁的上翼板、下翼板分別組成上下兩個旋轉梯面，每一個樓梯踏步要保證在一個水平面上，梯梁的構件組裝尺寸直接影響到旋轉樓梯的舒適度和外形美觀。

（二）鋼結構旋轉樓梯深化出圖要求

1、雙曲箱梁主體余量加放要求：

（1）翼板、腹板長度方向余量規定：根據長度和彎曲的程度在在長度方向增加余量。

（2）翼板、腹板寬度方向余量規定：主體焊縫為熔透焊縫時，要求腹板寬度減去兩側焊接間隙之和M，即實際下料寬度為H-M，翼板寬度方向不需加減余量，如下圖所示;當主體焊縫為部分熔透時，翼板、腹板寬度方向不需加減余量（若主體為斷續熔透、部分熔透時，則要求統一按熔透要求減去焊接間隙）。

2、對于主體的零件圖，要求下翼板、兩側腹板的內表面朝上（為噴粉劃線做準備），而且要求在下翼板、腹板內表面以及上翼板外表面明確標示卷圓基線、端頭余量線。展開圖兩點（如A1-A2、B1-B2）之間的距離為400mm，上下兩邊編號數相同，零件圖上的點位必須與裝配圖中一致。圖例如下。

（三）雙曲箱型梯梁的加工

1、下料要求

對于主材板件應采用帶有噴粉裝置的數控切割機下料，正式切割前需對板件內表面進行卷圓基準線、加工余量線的噴粉劃線，噴粉劃線位置與在深化圖中相對應，畫好線后要求打好樣沖眼。在下料的后續工序中注意噴粉劃線的保護。

2、板件的成形加工

板件為彎扭弧形，需要根據旋轉樓梯的內圓和外圓半徑分別進行卷圓成形，采用卷圓機多次卷制。參照放樣在鋼板上的卷圓基線，保證卷圓的精度，局部卷圓不合格部位將采用火工校正工藝進行加工。

3、胎架搭設

根據旋轉樓梯胎架圖，在已鋪設完成的鋼板操作平臺上放樣樓梯的投影線。分別在內圓和外圓箱型雙曲箱梁投影線上設置門字支撐，胎架應焊接牢靠，保證胎架穩固不變形，胎架空間位置精度滿足要求。胎架材料應根據旋轉樓梯的重量選擇，既要滿足整體剛度的要求，又要經濟合理。

4、雙曲箱型梯梁裝配

（1）下翼板放置胎架支撐上，先使板上的控制點與支撐點吻合，然后檢測其余的控制點，允許偏差±2.0mm，對大于允許偏差的點，采用火工矯正，使其余點也能與支撐上的點吻合。

（2）為減小焊接變形，在組立腹板時根據實際情況在箱梁四角增加斜撐，如圖十二;然后將下翼板和兩側腹板點焊定位。組裝過程中采用火工矯正的方法輔助調整精度，對鋼構件的變形校正采用火焰加機械校正，加熱溫度需嚴格控制在600℃～800℃之間，但最高不超過900℃;

（3）下翼板和兩側腹板弧度調整完成后組裝上翼板，依據腹板上邊緣線定位上翼板位置，組裝完成后的雙曲箱型梯梁必須仔細檢查校正。

（四）雙曲箱型梯梁的焊接

1、焊接方法的選擇

根據梯梁焊縫多數呈曲線起伏形的特點，參照各種焊接方法的焊接質量、焊接速度、操作方便程度、全位置焊接性能等諸多因素，選擇半自動CO2氣體保護焊為現場的主要焊接方法（焊縫質量好和成型好），手工電弧焊為輔助焊接方法。

2、主體焊縫焊接順序

（1）雙曲箱梁焊接采用兩名焊工同時焊接，如下圖：先進行兩道焊縫1的焊接，然后進行兩道焊縫2的焊接。

（2）箱梁鋼板厚度為10mm，造型為螺旋雙曲結構，所以控制焊接變形是重中之重。為了減少焊接變形，保證雙曲構件的流線順暢，將箱梁的焊縫在長度方向分為了三段（每段長度為1000mm～3000mm），并采取跳焊的順序進行焊接，每次焊接的長度為200mm～400mm，以此類推，分段跳焊，兩側同步進行，如下圖。

（五）旋轉樓梯組裝

（1）梯梁焊接完成校正后，按照深化圖紙梯梁連接板間距要求，將梯梁連接板焊接在內外梯梁之間，使梯梁連接成為整體。

（2）定位好懸挑梁、加強角鋼的安裝位置，裝配時需要根據深化圖紙的空間定位對點位進行準確校核，將懸挑梁、加強角鋼焊接在外圓梯梁之上。

（3）梯梁的安裝精度，直接影響到踏步的安裝，踏步安裝要保證平整度要求。安裝踏步時應嚴格安裝施工圖和零件圖，防止零件安裝錯位，最后進行樓梯封邊。

（4）提升樓梯的外觀質量關鍵在于打磨，樓梯組裝完成后要進行外表打磨處理，如鋼板表面的劃傷、較大的飛濺產生的熱量在母材表面形成的引弧劃傷、零部件組裝采用的臨時加固裝置去除后留下的疤痕等。

（5）加工廠組裝完成后分段運輸至施工現場，現場安裝。

四、結語

本文以蘭州萬達城展示中心項目鋼結構旋轉樓梯為案例，描述了從深化設計到制作安裝的全過程，通過項目實踐探索，重點解決旋轉樓梯深化設計、精度控制、焊接變形方面的問題。鋼結構旋轉樓梯的制作及安裝工藝的逐漸成熟標志著大曲率鋼構件制作精度控制技術方面的進一步提高，同時也通過實踐為工藝鋼結構產品的加工提供了新思路。

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