組合式鋼結構旋轉樓梯深化設計淺談

張神愛 周芳君

摘 要：區別于傳統的鋼結構旋轉樓梯，本項目鋼結構旋轉樓梯，具有結構形式復雜、節點繁瑣、制作安裝技術要求高等特點。需要對每個復雜構件進行詳細的拆分，方能實現制作及施工。本文以青島市君峰路中學項目鋼結構旋轉樓梯為例，簡要闡述深化設計在鋼結構項目中的應用。

關鍵詞：旋轉樓梯;深化設計;組合式;逆作法

一、工程概況

君峰路中學項目位于青島市李滄區通真宮路以北，君峰路以西，規劃路以南，為青島市李滄區重點項目，用地面積35054㎡，總建筑面積68752㎡，共開設30班。學校主體功能包括普通教室、專用教室、風雨操場、游泳館、報告廳、圖書館、食堂、辦公及地下車庫等。

校園環境設計采用內庭院、架空層、場地退臺等手法，提供最大化的學生活動場地，形成多層次多維度的立體校園景觀。

二、鋼結構旋轉樓梯深化設計的內容及步驟

按照業主提供的施工圖，同時兼顧工廠制作工藝、現場施工條件、運輸條件及現場拼裝方案等技術要求進行深化設計，主要包含以下內容：

1、分析旋轉樓梯的結構特點：旋轉樓梯位于綜合樓和教學樓之間，由左右兩個隔開的半圓組成，成對稱布置。各包含三段樓梯和兩個休息平臺，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，踏步和休息平臺成扇形，踏步下面設置支撐角鋼，結構極為復雜。同時，由于整個模型是一個對稱的模型，我們以右半邊樓梯為例，完成了這半邊，就相當于完成了70%的建模工作。

2、導入二維線模，初步建模。本次鋼結構項目的深化設計主要采用芬蘭Tekla公司的軟件Tekla Structures進行，建立三維空間模型。對于鋼結構旋轉樓梯這種外形呈空間扭曲的造型來說，結構定位相當困難，在沒有設計三維線模的情況下（三維線模對于本旋轉樓梯作用不大），只能在平面中導入二維線模定位。首先在Tekla模型中找到旋轉樓梯的放樣位置，根據標高和軸線建立多個平面、立面圖。然后在CAD中對二維圖進行篩選，把不必要的構件和尺寸標注等進行過濾，再將樓梯輪廓線和軸網分次導入到tekla模型中，注意tekla三維模型和cad平面圖中的坐標起始位置務必一致。在導入過程中定義好樓梯輪廓線和軸網的顏色，便于后續工作高效進行，等所有的線模導完，就可以進行后續精確建模了。

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

4、完善相關節點，模型校核。節點主要有梁梁空間節點、埋件節點、梁柱相貫節點、角鋼支撐節點等。根據設計圖紙要求，結合軟件自帶的各種參數化節點，高效快速的完善模型節點，并對模型的準確性、節點的合理性及加工工藝等各方面進行校核。

5、編號及出圖，模型校核后，運用軟件中的編號功能對模型中的構件及零件進行編號，角鋼支撐數量繁多，特別是放樣切割后，可能每塊角鋼都不一樣，更需要系統的編號來幫我們區分，編號后應用軟件出圖功能生成圖紙，包括設計說明、布置圖、構件圖、零件圖及各類清單。力求準確、清楚，能有效指導工廠制作和現場安裝。

三、深化設計中的難點及解決方案。

傳統的鋼結構旋轉樓梯，一般是由一支中央圓管柱，和眾多相同規格的鋼板踏步組成，踏步沿著圓管柱按照等分高度和等分角度盤旋而上。這種結構形式的旋轉樓梯深化設計難度不大。而本項目中的旋轉樓梯，是區別于傳統的鋼結構旋轉樓梯，需要通過疊加的復雜過程完成。下面簡單介紹幾點在建模過程中遇到的重點難點，以及采取的針對性措施：

1、逆做法建模。

此旋轉樓梯是呈空間旋轉結構，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，更加增加了深化設計建模的難度。尤其是踏步下方鋼梁的架設，因沒有坐標點，也沒有三維線模，無法先行定位，所以我們要轉變思路，采用逆做法建模。即先鋪設踏步板。

2、踏步建模

與一般樓梯踏步板比較方正不同的是，本樓梯踏步的內外邊界輪廓線為同一圓心不等半徑的圓形，放樣時需要先在平面中找到圓心位置，再根據均分的原則，通過輔助線確定踏步水平位置。此時踏步還僅僅是停留在平面扇形這一步，還需要將其轉化為空間結構。從平面圖中我們發現踏步板呈現外側大內側小的扇形形狀，需要對其進行仔細的切割和角度調試和高度計算。

3鋼梁和角鋼支撐建模

根據已經鋪設好的踏步板，在其下方根據設計平面圖導入的二維線模，對鋼梁進行精準的定位，其中最復雜的一步就是在幾個面平面中確定梯梁位置后，需要在踏步板和梯梁之間設置角鋼支撐，這一步的工作梁占到了此次旋轉樓梯工作量的一半以上，因為這一步沒有簡便方法和系統節點，需要建模者仔細耐心的對每一塊零件進行精準定位和切割。

結束語

本文以青島市君峰路中學項目鋼結構旋轉樓梯為例，簡要闡述深化設計在鋼結構項目中的應用。鋼結構的深化設計，貫穿于設計、加工和現場安裝施工的整個過程，是構件加工及施工過程中必不可少的一個重要環節。為工程提供構件加工圖和施工布置圖，指導車間加工，幫助現場制定切實可行的安裝方案，進行結構分段安裝位置的討論，對內對外協調等工作。深化設計對提高設計質量和施工速度、加強安裝質量、保證結構安全起到了積極的作用。

參考文獻：

[1]GB50017-2003鋼結構設計規范

[2]GB50205-2001 鋼結構工程質量施工驗收標準

[3]GB50661-2011 鋼結構焊接規范

[4]GB50026-2007 工程測量規范

[5]鋼結構施工手冊