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钢结构旋转楼梯设计方案

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钢结构旋转楼梯设计方案

钢结构工程方案
    钢结构旋转楼梯旋转楼梯也称为螺旋形或者螺旋式楼梯,造型美观典雅,占用空间小,受欢迎程度高。旋转楼梯一般是围绕一根单柱来布置,平面呈圆形,平台和踏步均为扇形平面。

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    钢结构旋转楼梯也称为螺旋形或者螺旋式楼梯,造型美观典雅,占用空间小,受欢迎程度高。旋转楼梯一般是围绕一根单柱来布置,平面呈圆形,平台和踏步均为扇形平面。旋转楼梯构造踏步图内侧宽度很小,形成了较陡的坡度,构造比较复杂。由于旋转楼梯的梯梁为空间结构杆件,不同于一般的钢梁,其内力分析比较复杂,同时要考虑承载力、稳定及舒适度问题。本文通过一个实际工程例子,简单探讨钢结构旋转楼梯设计中的一些值得注意的问题。

    某钢结构旋转楼梯,由两段组成,支于一层楼面、二层和三层的框架梁上,材料采用Q235。结构模型如图所示。由于模型较复杂,建模的时候我采用了Matlab生成空间节点坐标,然后将节点导入有限元软件。


    标准组合下结构变形


    设计中恒载考虑结构构件自重、踏步面板自重(包括上铺大理石面层)、楼梯扶手及栏杆自重。需要注意的是应当将除结构自重以外的恒载转化为结构质量,这样结构模态分析才更加合理。活荷载可按荷载规范取值。

    建立两个荷载组合工况,分别为基本组合(计算应力)和标准组合(计算变形及舒适度)。标准组合下结构最大变形位于中间休息平台附近的外侧梯梁中部,标准组合下最大变形约为9.7mm,外圈钢梁长度约为16.5m,变形小于挠度限值(L/250)。


    标准组合下结构变形


    标准组合下结构变形


    基本组合下结构应力分布图,所有杆件应力均没有超过承载力设计值。特别要指出的是外侧楼梯梁相对内侧刚度偏弱,踏步板靠近外侧下拉,因此造成楼二层梯踏步板靠近内侧的应力较大,可通过在休息平台处加横梁加强。


    结构应力分布图


    结构应力分布图


    根据《钢结构设计规范》4.2.1条,由内、外侧梯梁受压区平面外均受到踏步板约束,梯梁满足整体稳定性要求。

    结构一阶自振频率为4.5HZ,大于3HZ,满足振动舒适度对结构频率的要求。


    图5 结构第一阶振型


    图5 结构第一阶振型

    进一步分析单人激励下振动舒适度,步行荷载模型按照IABSE(国际桥梁协会)推荐的荷载模型。


    步行荷载施加点


    步行荷载施加点

    旋转楼梯一般不能作为主要人流交通和疏散的楼梯,常用于楼层不多的写字楼、居民楼和室内使用。

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