一種樓梯欄桿隱藏式側裝創新技術研究應用

丁傳奇

北京建工集團有限責任公司 北京 100055

在目前城市土地資源極為緊張的狀態下，高層住宅項目成為建筑項目當中重要的構成之一。在高層住宅項目的國家標準和行業標準中，為人民生命財產安全和公共利益方面而制定的工程建設標準強制性條文越來越多。因此，對于消防安全管理標準的強制實施顯得越來越重要，尤其是對公共位置的樓梯欄桿的強制性標準。中國人民大學集體宿舍樓工程在項目裝飾裝修階段施工，按照原設計圖紙進行樓梯欄桿安裝施工時，部分樓梯的梯段凈寬度不滿足現行的工程建設標準強制性的條文的要求。針對既定的現場施工技術難題，通過開展現場科技創新和技術創效的“雙創”技術活動，實施并應用了一種樓梯欄桿隱藏式側裝創新技術，最終使樓梯欄桿安裝滿足標準要求。

目前，通過查閱現行的施工圖集和設計、驗收規范的有關樓梯側裝的相關內容，結合專家學者的研究理論和實踐現狀，總結分析如下：

1）在設計理論研究和分析方面，建筑設計和結構設計的研究者，關注對樓梯欄桿側裝的預埋件選型和規格進行設計結構驗算，對樓梯欄桿的側裝造型進行設計，追求樓梯欄桿也要與周圍環境相適應的設計理念和設計做法。

2）在實踐應用和施工技術分析方面，專家學者關注樓梯欄桿的施工工藝和做法，突出強調在滿足施工功能的前提下，保證安裝的牢固性，同時兼顧經濟和美觀性。

3）在目前的樓梯欄桿側裝項目中，側裝形式多出現在追求現代時尚生活的家裝項目中，特別是在樓梯欄桿雙側面安裝，能夠實現在滿足使用功能的前提下，更加突出新穎個性造型和彰顯美觀精致。

4）目前現行推廣應用的施工圖集中表述的樓梯欄桿側裝僅僅適用在結構期間的樓梯欄桿側板預留孔道或者預留鋼板，在裝飾裝修期間，通過L形立柱與預埋件焊接，最終再采用混凝土灌實，形成側裝形式的樓梯欄桿安裝方式。

1 工程概況

中國人民大學教學科研樓（東南區綜合樓）及集體宿舍（留學生宿舍）工程由中國人民大學投資建設，為大型的高校公共建筑和住宅建筑的組合體，總建筑面積10.259萬 m2，2棟樓地下3層成貫通布局，地上部分通過設置變形縫斷開。其中，中國人民大學集體宿舍樓工程為高級專家和留學生公寓，建筑高度64.50 m，地上19層，地上建筑面積為3.04萬 m2，容納約2 500人，標準層高2.95 m。集體宿舍樓設置5部電梯（其中2部消防電梯）＋3處走道樓梯，其中B3～19層的S-1#、S-2#兩處樓梯，樓梯結構板厚100 mm，踏步板寬270 mm，高150 mm。原設計圖紙剪力墻結構完成面距樓梯欄桿立柱中心1.2 m，在裝飾裝修階段按照原設計圖紙安裝樓梯欄桿，通過測量放線確認樓梯的梯段凈寬不滿足現行的工程建設標準強制性條文[1]要求，即：樓梯門、樓梯及走道總寬度應按每層通過人數每100人不小于1 m計算，且梯段凈寬不應小于1.20 m，樓梯平臺寬度不應小于樓梯梯段凈寬。圖1為原設計樓梯欄桿詳圖。

圖1 樓梯欄桿原設計與施工示意

2 背景分析

建設單位追求高層建筑項目使用面積最大化，在設計前期便提出最大限度減少流通空間，實現住宅建筑物最經濟條件下的平面設計布置。設計單位在建筑設計中往往追求公共空間的設計緊湊，以便有效提升室內使用面積，導致未充分依據驗收規范標準，同時未能綜合考慮裝修做法厚度增加和施工現場條件以及管理水平的影響；施工單位在上述位置的樓梯欄桿結構梯板施工過程中，對梯板一側的剪力墻結構混凝土施工質量控制不嚴，造成剪力墻結構墻體厚度出現較大的正偏差。

綜合考慮以上各個因素的共同影響，使得上述位置樓梯欄桿按照原設計要求安裝后[2]，難以滿足現行的工程建設標準驗收強制性的要求。因此，必須通過技術難題攻關，在滿足驗收強制性標準的同時，實現樓梯欄桿的使用功能。

3 創新方案

3.1 背景分析

結合現場S-1#和S-#兩處的樓梯欄桿安裝出現的技術難題，項目部迅速開展技術攻關。通過對樓梯欄桿圖集應用研究，首先提出引用圖集中的樓梯欄桿側裝方案，如圖2欄桿側裝剖面。經過對引用施工圖集側裝方案分析，施工圖集中的欄桿側裝應用的前提是在梯板結構期間必須提前預埋鋼板或者預留后澆混凝土孔道，而在實際施工過程中，并無預留鋼板或者預留孔的基礎條件。

圖2 圖集欄桿側裝剖面示意

3.2 創新優化設計效果圖

基于上述中引用樓梯欄桿施工圖集不適用情況的分析，并結合施工圖集側裝剖面節點的深化設計方案，本工程在常見的欄桿側裝節點中，創新提出一種樓梯欄桿后置膨脹螺栓，隱藏式側裝節點固定裝置，如圖3、圖4所示。

圖3 三維整體效果圖

圖4 三維透視圖和隱藏式效果圖

3.3 創新優化設計內容

結合樓梯欄桿后置膨脹螺栓，隱藏式側裝節點固定裝置的整體三維效果圖，明確了具體優化深化設計相關內容的設計參數。參照上述樓梯欄桿側裝施工圖集中深化設計參數，并最終形成設計單位確認的參數標準深化文件，明確樓梯欄桿側裝節點的構造參數設計，具體內容如下：

1）立柱：材質采用與欄桿同材質，規格尺寸50 mm×50 mm×2.5 mm。

2）方鋼連接件：材質采用與欄桿同材質，規格截面尺寸50 mm×20 mm×2.5 mm，長度150 mm，通過焊接實現一側與立柱連接成一體，另一側通過膨脹螺栓實現與基層固定，工廠化預制加工。

3）膨脹螺栓：規格M10，長度150 mm，按照設計要求滿足抗拉拔前提下，上、下各設置一個。

4）工藝孔：工藝孔直徑20 mm，上、下各設置一個，同時滿足套筒安裝工藝要求的活動空間下，通過工藝孔實現膨脹螺栓完美隱藏在方鋼連接件內。

5）固定孔：膨脹螺栓通過固定孔將方鋼連接件固定在踏步側邊，上下各設置一個。

6）上、下封口件：材質采用與欄桿同材質，規格50 mm×25 mm×2.5 mm，方鋼連接件上、下外露口采用同立柱材質斷焊接處理。

3.4 可靠性驗算

以已有的現行國家技術標準為基礎，對比建筑欄桿有關現行國家標準對其力學性能檢測的規定[3]，依據工程建設標準強制性條文規定：最薄弱處，防護欄桿承受的水平推力不小于1.5 kN/m。按照創新深化優化方案的要求，立柱間距按1 m（大于實際間距0.9 m）進行考慮，欄桿扶手高度距離膨脹螺栓1.2 m，膨脹螺栓M10（長度150 mm）的設計拉力≥18 kN，經現場實體拉拔試驗驗證，遠遠滿足設計拉力值的要求。理論和試驗相結合的方式，證明采用的側裝方式連接可靠。

3.5 側裝節點固定裝置的特點

一種后置膨脹螺栓，隱藏式側裝節點固定裝置的顯著特點為：通過創新地提出一種簡單可行的樓梯欄桿側面固定裝置，能通過后置入式膨脹螺栓將樓梯欄桿立柱與梯段結構側面進行機械固定安裝，再通過安裝的方鋼連接件將膨脹螺栓完美地隱藏在內，整體上實現可靠連接且外觀簡潔美觀，使得樓梯欄桿整體上協調一致。

4 創新優化方案實施

4.1 實施過程

通過創新性地提出了一種樓梯欄桿后置膨脹螺栓、立柱側裝方式，并總結形成一種樓梯欄桿隱藏式側裝創新技術。由總承包部單位組織召開專題會議，形成專題討論。原設計單位對欄桿和扶手尺寸規格最終確認后，專業分包按照設計變更程序提交具體施工技術處理方案并由總承包部單位項目技術負責人審核確認，報監理單位總監理工程師審核確認后，上報建設單位并交由原設計單位審核簽字蓋章深化圖，最終由建設單位、設計單位、監理單位和總承包單位的四方簽字蓋章確認后實施。

創新技術的主要施工工藝流程為：BIM三維效果展示→深化設計→樓板側面裝飾驗收完成→立柱定位→膨脹螺栓安裝→方鋼連接件固定→方鋼連接件上、下封口處理→立柱側連方鋼連接件→立柱相互連接，如圖5所示。

圖5 側裝方式三維效果圖

在實施過程中，主要安裝技術和質量控制要點如下：

1）嚴格把控膨脹螺栓錨固在側面梯板結構內的深度，滿足深化設計要求以及通過膨脹螺栓的拉拔試驗，驗算立柱的牢固可靠性。

2）方鋼連接件的組合焊接須在工廠焊接完成，有效保證拼裝片的焊接質量。

3）以立柱的位置確定方鋼連接件的具體位置，避免出現方鋼連接件與立柱錯臺。

4）嚴格控制立柱與方鋼連接件的焊縫質量，滿足焊接飽滿度和順直度要求。

5）嚴格控制方鋼連接件與立柱及上、下封口位置斷焊焊縫質量。

6）方鋼連接件的外側面工藝孔定位準確，開孔大小能使套筒靈活進入，保證套筒緊固膨脹螺栓所需操作空間。

4.2 實施效果

在實施過程中，基于BIM的三維深化效果，分別從深化優化設計方案、材料選型、預制加工運輸和現場安裝等的全過程，進行樓梯欄桿側裝施工技術的質量控制。最終實施S-1#和S-2#的樓梯欄桿立柱中心距離一側剪力墻裝飾建筑做法完成面的水平凈空為1.28 m，滿足梯段凈寬不應小于1.2 m的驗收強制性規范要求。事先按照深化設計方案，進行實體樣板施工，包括建設方、設計方和監理方在內的參建各方一致認為，一種樓梯欄桿隱藏式側裝創新技術，技術先進、安全可靠、經濟適用且外觀效果簡潔美觀，與項目整體的設計風格協調一致。

4.3 創新技術應用優勢

一種樓梯欄桿隱藏式側裝創新技術是對樓梯欄桿側裝節點形式的創新，相比較常見的立柱安裝在踏步板及預留鋼板或者預留孔方式的側裝節點形式，在適用性、可靠性、美觀性、綠色文明施工、建筑使用空間等方面均有很大的提高，具有顯著的實施效果：

1）簡潔美觀，安裝牢固可靠。應用一種后置膨脹螺栓，隱藏式側裝節點固定裝置，通過安裝的方鋼連接件能夠將膨脹螺栓完美地隱藏在內，整體上實現美觀，同時經過可靠性驗算，符合設計拉力標準和要求。

2）安裝簡便，高效靈活。采用膨脹螺栓固定的方式，方鋼連接件尺寸標準化，工廠化加工，能直接在樓梯踏步完成后安裝，完全不依靠上道工序，安裝更加高效靈活。

3）側裝工藝，增加使用空間。樓梯欄桿側裝的安裝方式，能夠充分利用梯井空間，在滿足設計要求和驗收的標準前提下，提高建筑使用空間面積。

4）減少焊接、濕作業，有利于文明施工。采用膨脹螺栓固定的方式，不必現場預留鋼板或預留孔，有效避免現場再次焊接或者后澆混凝土，有利于現場綠色文明施工。

5）適用范圍廣泛，可推廣性強。應用的一種樓梯欄桿隱藏式側裝創新技術采用的是一種后置膨脹螺栓的后置式安裝方法，不必預先預埋鋼板或者預留混凝土孔洞，具有廣泛的適用性和顯著的可推廣性。

5 結語

一種樓梯欄桿隱藏式側裝創新技術作為本項目申報北京市建筑業新技術應用示范工程驗收的一項核心自主創新技術，得到驗收專家委員會的一致認可。目前，項目已經通過由北京市住房和城鄉建設委員會組織的北京市建筑業新技術應用示范工程的驗收，工程整體推廣應用《建筑業10項新技術》中的9大項32子項，《北京市建設領域百項重點推廣項目》中的24項，其他自主研發技術8項，社會和經濟效益顯著。新技術應用整體達到國內領先的水平。

一種樓梯欄桿隱藏式側裝創新技術的研究，以施工現場出現的技術難題為課題攻關的出發點，通過大量的技術研討和重點攻關，并以實際應用效果驗證，有效地解決了施工現場出現的在已完成的梯板結構上按照原立柱安裝于踏步上的方式，梯段凈寬不滿足驗收標準要求的施工技術難題，同時為創新技術應用示范工程的攻關和應用提供一種很好的范例。作為一種自主研發的創新技術，在高層住宅類建筑項目中應用一種樓梯欄桿側裝技術，能夠在滿足建筑公共流通區域最小化的前提下，有效提升了建筑的使用面積，具有顯著的推廣應用價值。