邮轮乘客楼梯结构设计

张志佳，张 卫

（招商局重工（江苏）有限公司，江苏南通 226100）

0 引言

相较于一般的船用楼梯，邮轮乘客楼梯对舒适度和美观度的要求更高。然而，对于邮轮乘客楼梯的设计形式和参数，各船级社规范，国际公约，船用法规等缺乏全面和统一的要求。此外，考虑到空间限制，楼梯倾角可能无法满足相关要求，进而导致楼梯安全性或舒适性不足。

我国在豪华邮轮的设计和制造方面尚处于起步阶段，我国首艘极地探险邮轮在乘客楼梯的设计和建造过程中反映出一些典型的设计问题，比如净高不足、倾角设计不当、选型不合理、踏步设计不舒适等。其中一些问题在设计过程中难以发现，往往在楼梯建造完成后才会暴露。

针对上述问题，本文根据国内外标准和规范的相关要求，结合我国首艘极地探险邮轮的设计和建造经验，对楼梯倾角、净高、梯架选型、制作方法、扶手设计、踏步选型及布置方法等给出具体参数建议。

1 楼梯倾角和净空高度设计

倾角是楼梯设计的重要指标，选择合适的楼梯倾角非常关键。美国船级社（American Bureau of Shipping，ABS）和中国船级社（China Classification Society，CCS）建议的斜梯倾角范围为38°～45°。根据探险邮轮的实际经验，一旦乘客楼梯的倾角超过 40°，后续的踏步布置很难满足相关标准要求。因此，38°～45°的倾角范围对于邮轮乘客楼梯来说是不合理的。美国海岸警卫队（United States Coast Guard，USCG）要求室内乘客楼梯及公共区域楼梯的倾斜角应不大于 40°；室外乘客楼梯及登乘梯的倾斜角应不大于 45°，该要求相较ABS和CCS更为合理。此外，豪华邮轮寸土寸金，若楼梯倾角过小，则会占用较多空间。综合考虑上述因素，建议邮轮乘客楼梯的倾角为30°～40°，可兼顾空间占有及行走舒适性的要求。

各个标准和规范对乘客楼梯净空高度的要求不同，在设计时，建议按照国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）规定的2.3 m进行设计，可最大程度保证设计要求。实践证明：即使净空高度受限，最小净空高度也不应小于国际建筑规范（International Building Code，ICC）规定的2.032 m。测量净空高度时应注意以下2点：1）在测量下端时，必须以每级踏步的最前端（含装饰材料）为测量点，垂直向上量取；2）在测量上端时，除船体结构外，还必须考虑装饰板的厚度。

2 梯架设计

2.1 梯架选型

传统船用梯多采用角钢或槽钢作为梯架。由于邮轮乘客楼梯的倾角比较平缓，为减小踏步间隙，通常会加大踏步深度，进而会增大腹板高度。我国首艘极地探险邮轮的乘客楼梯的侧面宽度达到了270 mm，若选择如此大尺寸的成品角钢或槽钢，则会非常不经济。与此同时，过宽的面板宽度还会占据过多的空间。即便是采取钢板压弯或者拼接的方式，也会增加额外的加工成本。此外，对于室内主楼梯，还需要包裹装饰材料和安装玻璃扶手。由于角钢和槽钢梯架的形状不规则，较难满足相应要求。为解决上述问题，探险邮轮的乘客楼梯采用平板型和矩形等2种梯架型式。

室外乘客楼梯使用平板型梯架，采用平直的钢板制作，加工方便，特别适用于一些环形楼梯。在建造过程中发现，平板型梯架存在抗振性能和抗弯性能较差的特点。对于一部2.5 m高、250 mm×8 mm规格的平板型斜梯，在人员快速上下楼梯的过程中该斜梯会产生明显的震颤。因此，建议平板型梯架的净板厚应不小于10 mm。

室内乘客楼梯的梯架周围需要包裹装饰板，梯架上表面需要安装玻璃扶手底座。因此，梯架上表面需要具有一定的宽度。综合考虑，矩形截面的梯架无疑是很好的选择。

2.2 矩形梯架的结构设计和制作

矩形梯架的尺寸设计的重点在于兼顾外观和功能需求，主要体现在上表面宽度和侧面宽度这两个参数的选择上。尺寸过大会占用较多空间，同时也会增加梯架重量。其中，若上表面宽度过大，则会导致外观臃肿；若上表面宽度过小，则无法满足踏步及扶手等的安装要求。为避免上述问题，以满足栏杆底座的最小安装尺寸要求对探险邮轮的矩形梯架上表面宽度进行设计。设计梯架的侧面宽度时，除考虑踏步的安装和焊接空间外，还需要考虑踏步包裹的装饰材料占用的空间。同理，对于需要安装扶手的楼梯，也需要考虑底座的空间需求。

在 40°倾角的情况下，矩形梯架截面的长宽比超过5∶1。考虑到重量控制的要求，梯架的壁厚一般为4～5 mm。满足上述要求的成品矩形管很难采购，为解决这一问题，采用如下方法进行自制：

1）折弯法。先将板材弯折成2块槽型板，再拼接成矩形管。由于矩形梯架会包裹硬质装饰板，故折角处正常弯折即可，一般不需要刻意加大倒角圆弧的尺寸。

2）拼接法。将小规格成品矩形管拼接为大规格的矩形管。若需要截面为300 mm×50 mm的矩形管，可使用2块150 mm×50 mm的矩形管进行拼接。

在焊接方面，由于板厚较薄，矩形梯架很容易产生变形。因此，在焊接时建议采用间断焊。

3 踏步设计

3.1 踏步选型及结构设计

普通船舶上层建筑的生活区多采用封闭式楼梯，不仅采光性能较差，还会造成压抑的空间感。为解决这一问题，探险邮轮的室内乘客楼梯采用开放式设计。每层踏步是独立的，踏步之间具有较大的垂向间隙。开放式设计保证了透光性，视觉上也更加轻便。为满足包裹地毯的需求，采用矩形结构设计以保证有效的接触面积。矩形踏步的高度不超过50 mm，以免在包裹地毯后，踏步显得臃肿。矩形踏步的制作方法可参考矩形梯架。需注意的是，由于地毯采用胶粘方式固定，矩形截面4个角的倒圆半径应不小于20 mm，折角过于尖锐易使地毯在折角处产生鼓包。

对于室外踏步，可根据实际的敷料类型进行选择。若采用目前流行的自流平敷料作为踏步，应当采用半封闭托盘式踏步设计以保证敷料在固化前不会外流。建议采用4 mm厚的钢板弯制，凹槽深度为35 mm，这有助于在保证踏步结构强度的同时减少填充敷料的用量。

3.2 踏步布置设计

在进行踏步布置时，要考虑踏步进深、踏步高度、重叠距离和踏步间隙等参数（见图1）。不同国家、机构和标准的要求有所不同，这里选取ISO、ABS、CCS、USCG、ICC、英国住房和计划部（Department for Levelling Up, Housing and Communities，DLUHC）、澳洲建筑规范委员会（Australian Building Codes Board，ABCB）、中国民用建筑设计统一标准（GB 50352—2019）、美国司法部（Department of Justice，DOJ）、美国常用建筑标准对踏步布置的要求进行对比，结果见表1。

图1 踏步设计相关参数定义

表1 部分国家船用及建筑楼梯踏步设计标准

刘聪发等研究表明：成年人的楼梯舒适步距为620 mm，即2+=620 mm，这与主流标准的要求基本相符。以此为基准，结合中国民用建筑标准最小260 mm的踏深要求，可计算出满足此条件的踏步高度的最大值为180 mm，楼梯倾角为35°。对照主流标准要求，该设计尺寸较为合理。

由于受到布置限制，将所有楼梯的倾角均布置为35°非常困难。然而，当楼梯倾角超过35°时，踏步布置很难满足所有标准的要求。下面以 40°倾角楼梯为例，对楼梯设计和布置过程进行介绍。

在梯架倾角固定的情况下，踏步高度和踏步进深由踏步级数控制。在进行楼梯设计时，先从踏步级数着手，根据级数计算出踏步高度和踏步进深，再与相关标准进行对比，即可简化设计流程。探险邮轮乘客楼梯的设计过程就采用了以踏步级数为切入点的布置方法。

假设楼梯垂直高度为1.5 m，梯架倾角为40°。根据踏步级数的不同，分别设置6级、7级和8级等3种方案，并计算出相应的踏步进深和踏步高度。不同方案满足规范的情况见表2，6级踏步方案的踏步进深满足7项标准的要求，但踏步高度不满足任何标准的要求；7级踏步方案的踏步进深满足5项标准的要求，踏步高度满足3项标准的要求；8级踏步方案的踏步进深满足2项标准的要求，踏步高度满足6项标准的要求。

表2 部分国家船用及建筑楼梯踏步设计标准

由于6级踏步方案的踏步高度不满足要求，故先将其排除。针对其他2种方案，分别制作样梯进行现场试验。试验结果表明：在其他条件一致的情况下，8级踏步方案更加省力，而7级踏步方案的安全性更好。金益成等的统计数据表明：距踢面20 mm范围是踩踏盲区。因此，在下行过程中，8级踏步与鞋底的实际接触长度只有203 mm，约有75 mm的足部超出踏步表面，这会导致行人在快速下行过程中摔倒的风险大大增加。

综上所述，当楼梯倾角超过 35°时，无法同时满足踏步进深和踏步高度的标准要求。此时，应当优先满足踏步进深的要求以保证安全性。在计算踏步高度时，所有的尺寸的测量基准点均为踏步表面装饰物。

4 楼梯扶手设计

楼梯扶手的设计重点在于扶手高度和横档间隔。扶手高度并非越高越好，过高的扶手设计会影响抓握的舒适度。不同国家、机构和标准对楼梯扶手的设计要求见表3。由表3可知，扶手高度应在865～1 000 mm范围内，推荐选择915 mm作为扶手设计高度，该高度几乎可以满足所有主流标准的要求。值得注意的是，扶手高度应从每级踏步的最前端量取。扶手和舱壁或其他固定物之间的距离不小于75 mm。横档间距建议取为100 mm左右，由于邮轮上会有儿童乘客, 过大的间距存在安全隐患。

表3 不同国家、机构和标准对楼梯扶手的设计要求

5 结论

邮轮乘客楼梯对舒适度和美观度的要求较高，本文根据国内外标准和规范的相关要求，结合我国首艘极地探险邮轮的设计和建造经验，对楼梯倾角、净高、梯架选型、制作方法、扶手设计、踏步选型及布置方法等给出如下建议：

1）楼梯倾角建议范围为 30°～40°，楼梯净高建议范围为2 032～2 300 mm。

2）梯架建议选用平板型梯架和矩形梯架。

3）室内踏步建议选用矩形踏步，室外踏步采用自流平敷料时，建议采用U形半封闭式踏步。

4）若楼梯倾角超过35°，应按照优先满足踏步进深尺寸的原则进行布置。

5）扶手高度建议选用915 mm。