钢结构螺旋楼梯的设计.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.com工程设计钢结构螺旋楼梯的设计王拮程蓓申林胡天兵沈万湘张运田(中国建筑标准设计研究院北京100044)摘要针对改造工程中要求在原结构上扩建一种无柱、每层旋转2周的螺旋楼梯的设计，介绍了其计算模型的建立、结构布置、楼梯与混凝土结构的连接形式和连接节点的构造以及钢结构拼接的临时节点等多方面的内容，可为类似工程提供参考。关键词螺旋楼梯钢结构节点THEDESIGNOlFArEELHELICALSTAIRCASEWangZheChengBeiShenLinHuTianbingShenWanxiangZhangYuntian(ChinaInstituteo

2、fBullingStandaMDesign&Res~rchBering100044)A1BSTRACTThereb~ldingd~ignOfaspeci~two-floorsteelstairc&~introduced．SOITIeproblm~ssuchasthemodelIding，thejoinmandstyl~thatconnectthe~mrcasetothe舀nalconcretestructure，thetmtonicmethodsappliedtOthesteelstaircaseare~scussed．Sc,neimportantresdmareobtdnedwNchca

3、npin,dearef~enceforotherslmil~projects．KEYⅥr0RDshelicaIstairsteeI~ructureconnection螺旋楼梯是一个空间结构，本工程采用专业的1工程概况。三维建模软件CATIA进行建模，再经过简单的处新疆某花园酒店，是一座20层的框架一剪力墙结理后就可以将计算模型导入有限元分析软件AN—构，需要在大堂内部增加一座螺旋楼梯(图1)。该大厅SYS中进行分析，见图2。共两层，层高6m。建筑师对螺旋楼梯的基本要求是：1)螺旋楼梯的外径为1．5m，内径为O．8m；2)楼梯不设支撑柱；3)每层层高(6m)范围内螺旋楼梯旋转2周；4)楼梯每

4、旋转180。，设一个休息平台。因此，楼梯只能与地面、一层混凝土结构和二层混凝土结构相连接。在结构设计时必须解决钢楼梯本身的强度特别是钢楼梯梁的稳定问题以及钢楼梯梁与原结构的连接问题。图2CATIA中建立的螺旋楼梯螺旋楼梯的梁要承受弯、剪和扭的作用，处于复杂的受力状态下，因此，不适合采用工字型截面。因而螺旋楼梯与原混凝土结构连接的挑梁和螺旋楼梯的主梁全部采用箱型截面梁。平台次梁因为主要承受弯矩作用，因而采用工字型截面。踏步在本楼梯中起到两个作用：1)将竖向荷载传递给主梁；2)约束2根主梁，防止主梁的整体失稳。同时为了增强主梁的共同工作性能和防止当受压时在下翼缘发生失图1楼梯建筑立面稳，在钢梁

5、下部加了一层封板。钢挑梁、钢主梁、次2结构设计与技术难点第一作者：王吉吉男1976年8月出生工程师收稿日期：2006—02—132．1建模与结构布置钢结构2006年第5期第21卷总第88期维普资讯http://www.cqvip.com王拮，等：钢结构螺旋楼梯的设计梁以及封板如图3、图4所示。螺旋楼梯的主要构证钢梁的建筑和使用功能的要求，在螺旋楼梯的计件和截面如表1所示。算分析中，考虑了2种计算模型：钢梁与混凝土梁刚接和钢梁与混凝土梁铰接。—r—／—图5和图6是考虑钢楼梯与混凝土结构刚性连一接时的应力和位移。踏／．图3楼梯平面布置-_糊一一．5155735．11873．7511063841

6、42017图5与混凝土梁刚性连接时钢结构的应力MPa1一加劲肋@1000，t=6ram；2一底部封板，平台和楼梯下满布图4楼梯踏步封板示意表1构件截面与钢号-31．448-24．459-17471-10483-3．494-27954-20965-13．977-6．9880图6与混凝土梁刚性连接时钢结构的变形m图7和图8是考虑钢楼梯与混凝土结构铰接时—的应力和位移。通过合理的结构布置和一系列的构造措施，同时再限制钢梁的应力比处于一个较低的水平下(应力比<0．7)，就可以保证结构不发生整体失稳。一般结构在受力时主要承受弯矩和轴力的作用，扭矩相对很小，因而结构的最大应力为：一⋯N+MAn’W这也

7、就是一般结构计算软件所采用的应力计算_8。h公式。．0碧Ⅲ96181Il161293l371(73—1797624s而本工程作用的螺旋楼梯扭矩很大，达到图7与混凝土梁铰接时钢结构的应力MPa88kN·m，相应的扭转应力达到T=64a，因此，从上面的分析结果可以看出，两种情况下，最大结构设计时必须考虑扭矩的影响，即：应力(轴力+弯矩)分别为142MPa和196MPa，在考NMT⋯虑扭矩引起的应力后，达到206MPa和260