组合式钢结构旋转楼梯深化设计浅谈

张神爱 周芳君

摘 要：区别于传统的钢结构旋转楼梯，本项目钢结构旋转楼梯，具有结构形式复杂、节点繁琐、制作安装技术要求高等特点。需要对每个复杂构件进行详细的拆分，方能实现制作及施工。本文以青岛市君峰路中学项目钢结构旋转楼梯为例，简要阐述深化设计在钢结构项目中的应用。

关键词：旋转楼梯;深化设计;组合式;逆作法

一、工程概况

君峰路中学项目位于青岛市李沧区通真宫路以北，君峰路以西，规划路以南，为青岛市李沧区重点项目，用地面积35054㎡，总建筑面积68752㎡，共开设30班。学校主体功能包括普通教室、专用教室、风雨操场、游泳馆、报告厅、图书馆、食堂、办公及地下车库等。

校园环境设计采用内庭院、架空层、场地退台等手法，提供最大化的学生活动场地，形成多层次多维度的立体校园景观。

二、钢结构旋转楼梯深化设计的内容及步骤

按照业主提供的施工图，同时兼顾工厂制作工艺、现场施工条件、运输条件及现场拼装方案等技术要求进行深化设计，主要包含以下内容：

1、分析旋转楼梯的结构特点：旋转楼梯位于综合楼和教学楼之间，由左右两个隔开的半圆组成，成对称布置。各包含三段楼梯和两个休息平台，楼梯上部和下部由埋件固定，中间位置各由4支钢柱支撑;梯梁分为主次梁，均为H型钢，通过与圆管柱和上下埋件连接成整体，踏步和休息平台成扇形，踏步下面设置支撑角钢，结构极为复杂。同时，由于整个模型是一个对称的模型，我们以右半边楼梯为例，完成了这半边，就相当于完成了70%的建模工作。

2、导入二维线模，初步建模。本次钢结构项目的深化设计主要采用芬兰Tekla公司的软件Tekla Structures进行，建立三维空间模型。对于钢结构旋转楼梯这种外形呈空间扭曲的造型来说，结构定位相当困难，在没有设计三维线模的情况下（三维线模对于本旋转楼梯作用不大），只能在平面中导入二维线模定位。首先在Tekla模型中找到旋转楼梯的放样位置，根据标高和轴线建立多个平面、立面图。然后在CAD中对二维图进行筛选，把不必要的构件和尺寸标注等进行过滤，再将楼梯轮廓线和轴网分次导入到tekla模型中，注意tekla三维模型和cad平面图中的坐标起始位置务必一致。在导入过程中定义好楼梯轮廓线和轴网的颜色，便于后续工作高效进行，等所有的线模导完，就可以进行后续精确建模了。

3、精确建模，确定楼梯组成部件和分段点。如下图所示，我们把整个旋转楼梯分成三大块，分别为圆管柱和水平钢梁、楼梯踏板和休息平台板、空间主次梁和角钢支撑。我们以圆管柱所在的休息平台为楼梯分段位置，将楼梯分为上中下三部分，依次建模。因本楼梯宽度已经超出运输宽度，无法在车间整体拼装完成，故需要现场拼装。

4、完善相关节点，模型校核。节点主要有梁梁空间节点、埋件节点、梁柱相贯节点、角钢支撑节点等。根据设计图纸要求，结合软件自带的各种参数化节点，高效快速的完善模型节点，并对模型的准确性、节点的合理性及加工工艺等各方面进行校核。

5、编号及出图，模型校核后，运用软件中的编号功能对模型中的构件及零件进行编号，角钢支撑数量繁多，特别是放样切割后，可能每块角钢都不一样，更需要系统的编号来帮我们区分，编号后应用软件出图功能生成图纸，包括设计说明、布置图、构件图、零件图及各类清单。力求准确、清楚，能有效指导工厂制作和现场安装。

三、深化设计中的难点及解决方案。

传统的钢结构旋转楼梯，一般是由一支中央圆管柱，和众多相同规格的钢板踏步组成，踏步沿着圆管柱按照等分高度和等分角度盘旋而上。这种结构形式的旋转楼梯深化设计难度不大。而本项目中的旋转楼梯，是区别于传统的钢结构旋转楼梯，需要通过叠加的复杂过程完成。下面简单介绍几点在建模过程中遇到的重点难点，以及采取的针对性措施：

1、逆做法建模。

此旋轉楼梯是呈空间旋转结构，造型美观新奇。在没有三维线模的情况下，且梯梁采用的是H型钢，更加增加了深化设计建模的难度。尤其是踏步下方钢梁的架设，因没有坐标点，也没有三维线模，无法先行定位，所以我们要转变思路，采用逆做法建模。即先铺设踏步板。

2、踏步建模

与一般楼梯踏步板比较方正不同的是，本楼梯踏步的内外边界轮廓线为同一圆心不等半径的圆形，放样时需要先在平面中找到圆心位置，再根据均分的原则，通过辅助线确定踏步水平位置。此时踏步还仅仅是停留在平面扇形这一步，还需要将其转化为空间结构。从平面图中我们发现踏步板呈现外侧大内侧小的扇形形状，需要对其进行仔细的切割和角度调试和高度计算。

3钢梁和角钢支撑建模

根据已经铺设好的踏步板，在其下方根据设计平面图导入的二维线模，对钢梁进行精准的定位，其中最复杂的一步就是在几个面平面中确定梯梁位置后，需要在踏步板和梯梁之间设置角钢支撑，这一步的工作梁占到了此次旋转楼梯工作量的一半以上，因为这一步没有简便方法和系统节点，需要建模者仔细耐心的对每一块零件进行精准定位和切割。

结束语

本文以青岛市君峰路中学项目钢结构旋转楼梯为例，简要阐述深化设计在钢结构项目中的应用。钢结构的深化设计，贯穿于设计、加工和现场安装施工的整个过程，是构件加工及施工过程中必不可少的一个重要环节。为工程提供构件加工图和施工布置图，指导车间加工，帮助现场制定切实可行的安装方案，进行结构分段安装位置的讨论，对内对外协调等工作。深化设计对提高设计质量和施工速度、加强安装质量、保证结构安全起到了积极的作用。

参考文献：

[1]GB50017-2003钢结构设计规范

[2]GB50205-2001 钢结构工程质量施工验收标准

[3]GB50661-2011 钢结构焊接规范

[4]GB50026-2007 工程测量规范

[5]钢结构施工手册