多层轻钢房屋楼梯的设计分析(一)

多层轻钢房屋楼梯的设计分析(一)摘要：楼梯是楼层间的垂直交通枢纽，是楼房的重要组成部分。不同的建筑类型（工业建筑和民用建筑） ，对楼梯性能的要求不同，楼梯的形式也不一样。民用建筑楼梯踏板的做法也有很大的差别。在此，我们给出了大量的算例，结果列表以供参考。关键词：钢结构楼梯设计1 楼梯的类型与构造1.1 概述楼梯是楼层间的垂直交通枢纽，是楼房的重要构件。在高层建筑中虽然以电梯和自动扶梯作垂直交通的重要手段， 但楼梯仍是必不可少的。多层轻钢结构楼梯主要用于两大类建筑：工业建筑和民用建筑，而民用建筑又包括公共建筑和住宅两类。在不同的建筑类型，对楼梯性能的要求不同，楼梯的形式也不一样。这两类建筑楼梯形式主要的区别列表如下：表 1工业建筑楼梯民用建筑楼梯美观要求低要求高，一般装饰的比较精美刚度要求低要求高，必须适应人的舒适度的要求。噪音要求低要求高，必须适应人的舒适度的要求。建筑材料钢材钢材混凝土活载取值取值大，因为很有可能要过各种仪器设备。一般取值都 3.5KN/m2取值相对要小，一般要求仅 2.5KN/m2恒载取值取值小，通常仅一层钢板取值大，上面铺约 150mm 的混凝土，自重大。1.2 工业建筑楼梯在工业建筑中楼梯用途广泛，其形式有斜梯，也有角度较陡的爬梯，一般在工业建筑中用在以下地方：露天吊车钢梯；屋面检修钢梯；作业台钢梯；吊车钢梯；夹层部分的楼梯。楼梯的一般梯梁斜梯采用槽钢，直梯可用角钢。有时候，也可以采用一定厚度的钢板来代替槽钢作为楼梯梁，这样所带来的后果是刚度过小，因而在民用建筑是不允许的。除了踏步的差异外，工业建筑和民用建筑楼梯外观上的另外一个区别在楼梯的栏杆上。工业建筑的楼梯一般比较简陋，用圆钢管作为竖向的栏杆，钢板作为横向的栏杆，较粗的圆钢管作为楼梯的扶手，钢管直接搭焊在梯梁上。栏杆满足功能要求即可，可以不作美观上的特殊处理。1.3 民用建筑楼梯钢结构民用建筑的楼梯对美观的要求高，使结构造型和装修设计相互结合，创造出使用功能与周围环境和谐的气氛，使通过的人们能对周围环境收到强烈的感染力，对于公共建筑尤其如此。其形式也不像工业建筑那样只有直线型，还有圆弧线型和直圆弧线型。因为有刚度要求，钢板上混凝土的厚度至少是70mm 才能满足。楼梯梁多采用热轧槽钢，和楼面梁铰接，按简支梁计算。槽钢经过接口后弯成所需要的 “之”字型的楼梯梁的形式。弯曲成 “之”字型后，与楼层或者层间梁用螺栓进行铰接连接，需要根据剪力来确定所需要的螺栓的大小和数目。1.4 节点构造工业建筑的楼梯，楼梯梁与平台的连接节点的一般做法如右图：民用建筑的楼梯，楼梯梁与平台以及与基础相连的节点的做法如下图所示：1.5 踏步板的构造工业建筑的楼梯，踏步的做法一般都直接采用钢板，一般是花纹钢板踏步，踏步的宽度取245mm 左右，钢板厚度取4mm。主要的踏步形式有 z 型和 c 型的两种民用建筑的楼梯楼梯踏板的做法却有很大的差别，主要是有如下的4种：1)钢板模板现浇混凝土：用钢板做模板，采用现浇混凝土的方法2)支模现浇混凝土： 在楼梯梁安装完毕后， 支上模板，再在上面打混凝土3)压型钢板现浇混凝土：采用压型钢板组合楼盖4)预制板装配现浇混凝土四种方法的比较：第一种方法用钢板做模板，现浇混凝土，这样的施工方法相对比较简单，但是因为所采用的钢板需要一定的厚度，使得用钢量比较大，造价太高。第二种方法没有多余的钢板，所支的模板可以拆卸，重复利用，所以造价相对比较便宜。但是施工步骤多，工期长，比较麻烦。第三种方法是目前比较常用的一种。采用压型钢板，形成组合楼盖，一方面可以利用压型钢板的强度，减少配筋；另一方面在上面直接浇注混凝土，也少了支模的麻烦。相对上两种而言，既经济又有效，所以成为现在施工常用的方法。第四种方法的初始意图是觉得采用预制的构件和钢结构建筑本身相符，施工方便、速度快。但在施工的实践中，却发觉其很多不足。首先是施工上的问题，采用的混凝土构件尺寸控制难度大，精度达不到钢结构的要求，所以装配上会有因尺寸问题装不上的事故。其次是在运输过程中容易掉角、掉边，对构件的损伤很大。再有是装配的结构整体性相对要差很多，抗震能力低。最后，这样的建造方式的施工总成本也相对比较高。所以，目前这样的施工方式已经用得很少了。2 楼梯梁的构造与计算现按实际工程普遍适用的设计参数，进行试算，结果列表以供参考：2.1 算例：算例中楼梯水平投影的总长度为6m，楼梯的宽度取为1.5m。取活载的值分别为1.5KN/m2，2.0KN/m2 和 2.5KN/m2，分别对应工况 1、2 和 3：取上面混凝土的厚度为150mm，则由于混凝土引起的恒载值为240.153.6KN/m2，则表 2工况 123活载 1.5KN/m22.0KN/m22.5KN/m2混凝土恒载 3.6KN/m23.6KN/m23.6KN/m21.2 恒 1.4 活 6.42KN/m27.12KN/m27.82KN/m2折算成线荷载 4.815KN/m5.34KN/m5.865KN/m表 3工况 123与 Mmax 相应梁端初步算定槽钢截面22a22a25a1.2 恒 1.4 活与 Mmax 相应梁端挠度 1/4251/3941/509由以上计算可知，当水平投影长度为6m，楼梯宽度为 1.5m 时，活荷载为 1.5KN/m2LTL可选用 C22a活荷载为 2.0KN/m2LTL可选用 C25a活荷载为 2.5KN/m2LTL可选用 C25a