预制楼梯的标准化模数化设计方法

时间：2020-07-22 15:21:18 来源：建筑机械

　　对装配式建筑项目应用较为广泛的预制楼梯进行研究，从预制楼梯的拆分布置方法、设计规范等方面研究了标准预制楼梯的拆分设计方法，同时对工程项目案例中的预制楼梯进行归纳总结，得出预制楼梯标准库。

01、预制楼梯拆分布置

　　预制楼梯是以楼梯间为单元进行拆分，结合建筑层高、楼梯间开间和进深的净尺寸、踏步条件、结构计算等参数完成设计。传统建筑施工图已明确楼梯定位，包括踏步高度、宽度和级数，楼梯梯段板厚度和配筋由结构计算得来，将2者信息综合即可完成预制楼梯的设计。根据预制楼梯平面图，将楼梯间开间净尺寸减去梯井宽度，再一分为二，即为楼梯宽度。根据项目经验，1种便捷做法是采用楼梯宽度方向不预留安装缝，通过中间的梯井调整尺寸，中间未完成部分现场现浇，这里不设置挑耳而采用局部现浇是为了方便构件生产。楼梯上下部搁置长度根据楼梯角度调整，因梯板厚度变化而有所变化。

　　楼梯的平台梁、平台板可以采用现浇，一般楼梯平台板处建筑面层厚度30mm，所以预制楼梯在对齐楼板顶标高的基础上抬高30mm。预制楼梯与支承构件之间采用简支连接，预制楼梯上部设置固定铰，下部设置滑动铰，固定螺杆也可以采用钢筋替换。楼梯接触面应预留座浆高度20mm，梯插销孔定位要与梯梁上的插筋定位相对应。在无装饰面层的情况下，预制楼梯应设置防滑槽。装配式预制楼梯与现浇楼梯的不同之处是要设置通长面筋，吊点和上下部销键应设置加强筋。

02、预制楼梯标准化

　　预制混凝土楼梯规范中要求，预制楼梯踏步宽度不小于250mm，宜采用260mm、280mm、300mm，预制楼梯宽度宜为100mm的整数倍，低、高端平台段长度应满足搁置长度要求，且宜不小于400mm。住宅设计规范中要求，楼梯踏步宽度不应小于260mm，踏步高度不应大于175mm，楼梯梯段净宽不应小于1100mm。综合得出住宅建筑预制楼梯的踏步宽度最经济的数值为 260mm。

　　实际设计的踏步高度由楼层高度和踏步数决定。一般住宅建筑常用层高为2.8m、2.9m、 3.0m，楼层高度除以踏步数就得到了踏步高度。由于设计在限制踏步高度不大于175mm的条件下，踏步数越少越经济。双跑楼梯因为有2个梯段组合成1个层高，所以必须选用偶数作为踏步数，剪刀楼梯可以选用奇数作为踏步数。例如层高2900，双跑楼梯踏步数2×8=16，那么踏步高度为 2900÷16=161.1mm。同时踏步高度和踏步宽度的比值应不大于0.7813，即最大坡度要求≤38°，得到数据后再来验算合理性。

　　楼梯间开间和进深尺寸应符合模数系列，宜为100的整数倍。预制楼梯宽度也应采用100的整数倍，取常用宽度1200mm作为标准楼梯宽度。楼梯梯井的宽度一般为60～200mm，可以用来调节安装缝之外的剩余尺寸。

　　楼梯梯段板的厚度应不小于120mm。双跑楼梯中常用的梯板厚度为120mm、130mm，剪刀楼梯中常用的梯板厚度为200mm、210mm，具体数值由结构根据梯板的跨度、楼梯的结构形式、步高、步宽和所受的荷载来确定。通常粗略估算，板式楼梯的厚度按梯板净跨的1/30～1/20取值。预制楼梯高、低端平台段的长度应满足搁置长度，双跑楼梯两端的搁置长度不宜小于400mm，剪刀楼梯两端的搁置长度不宜小于500mm。

　　另外，设计中要考虑预制楼梯的最大重量不要超过设备的吊装能力。如常用塔机TC6517在2倍率下，在2.5～32.5m范围内起重量为5t，尖端45m处起重量为3.6t，双跑楼梯重量在1.5～2.5t之间，可以顺利实现吊装，对塔机位置和起重量基本无要求;而剪刀楼梯由于重量较重，基本都在4t以上，所以对设计的塔机位置和起重量要求较高，必要时会因仅仅1个楼梯吊不起而选择更大的塔机，增加施工成本。

　　预制楼梯一般采用钢模生产，成品外观质量良好，踏步侧面和底面光滑平整。故预制楼梯踏步面层在无二次装修的情况下可直接采用清水混凝土面，上部设置防滑条，不需额外的建筑面层，从而减少施工造价。

03、预制楼梯标准库

　　预制楼梯在目前装配项目上成熟而应用广泛，因其克服了传统混凝土现浇楼梯施工方法陈旧、施工精度低、成品观感质量差、浇筑时难于振捣等问题，这种快速安装、施工便捷的预制楼梯是行业的必然选择。同时为了达到装配率要求，项目都会选择预制楼梯。但实际上楼梯的模具成本非常高，按异形模具8000元/t计算，钢制楼梯模具每套2.4～4万元不等。汇总已建装配式建筑项目的楼梯参数，可以看出大多数项目的楼梯重复率都低于50次，而各个项目之间楼梯更是几乎没有通用的，也就是说每个项目都要重新设计楼梯、设计楼梯模具和开模，造成不必要的成本增加。这个典型的装配式建筑问题可以通过楼梯部品的标准化来提高效率、降低成本摊销。

　　将已有工程实践的27个装配式住宅项目资料进行数据统计，根据不同楼梯样式和不同层高，回溯与归纳，并进行标准化处理，得到标准楼梯6个，将此楼梯纳入预制楼梯标准库如表1所示，作为标准部品在后续设计中选用。

　　目前楼梯模具平均重复利用率低于50次，模具成本占比10%，如模具重复使用达到100次，模具费用可以降低30%。如在标准楼梯前提下设计，原来27个项目的27个楼梯可以减少为6个。这其中2.9m层高占18个，占比67%，以2.9m层高作为标准预制楼梯中的优选设计加以考虑，可以在装配式住宅设计中推广。大量的项目如果采用统一的设计方法，预制工厂就可以提前生产，甚至备货，已弥补产能不足或者项目工期紧的情况。

　　考虑到高层住宅的疏散性，建筑设计中优选剪刀楼梯，但剪刀楼梯重量一般在4.5～5.5t以上，这对施工中塔机的布置和塔机能力提出了较高的要求。塔机位置一定要距离楼梯近一些，并且起重量要大一些;考虑到对吊装影响要小，优选重量轻一半的双跑楼梯。为了解决这一问题，本文研究了2种减小剪刀楼梯重量的设计方法，供设计人员参考和研讨。

　　1.通过将剪刀楼梯的梯段在水平布置图中一分为二，即楼梯宽度为1200mm的剪刀楼梯从宽度方向平均分成2个600mm的剪刀楼梯，因跨度不变，预制楼梯的其他参数均不变，重量方面减小一半，这样既达到原来的设计要求，也尽可能减弱了对塔机和位置的要求。该办法的缺点是平面布置拼接的地方会有一道缝，影响美观，可以通过后期施工处理补救和改善。

　　2.在剪刀楼梯立面中间设计1道梯梁，将楼梯一分为二。如图1剪刀楼梯拆分示意图，中间增设的Z字形梯梁可以作为楼梯搭接，也可以代替楼梯的1个踏步高。值得注意的是，这个拆分后的预制楼梯高端平台和低端平台的高度会不一致，中间的Z字形梁是1个左右不同且分层的异形构件，需要现场支模现浇。

04、总结

　　预制楼梯是应用最成熟的预制构件，设计理论简单，一端铰接一端滑动，无水电预埋，在层高一致的情况下，理论上通用性强。但现有装配式建筑项目中的预制楼梯由于建筑设计差异，造成楼梯踏步宽度、踏步高度、梯段宽度等尺寸不同，各项目之间模具无法通用，增加了设计成本和模具成本。

　　本文通过对已有工程实践的数据归纳与标准化，得出6个标准预制楼梯，这些楼梯具有经济性和普适性，可以在后续装配式项目中直接选用。另外，预制楼梯进行标准化设计之后，作为标准构件可在构件厂的闲时对其进行生产，当接到新项目订单时，可以直接供货，大大提高了生产效率，缩短了整个工程的建设周期。在实际工程案例中，剪刀楼梯因重量较重，对吊装提出较高要求，本文提供了2种减轻剪刀楼梯重量的拆分方法，供设计人员参考和研讨。

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