钢结构梁式旋转楼梯结构分析

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1、钢结构梁式旋转楼梯结构分析梁令枝广州市建筑工程职业学校摘要：与普通楼梯不同，旋转楼梯的最大特点在于它是螺旋上升的。蜿蜒的流线如同一条游龙，具有很强的动态美感，并且这种螺旋上升的楼梯能够节省不少占地空间，上述优点使得建筑师们越来越喜欢在公共建筑屮使用这种楼梯。本文以工程实例为背景，采用有限元软件对该类型楼梯进行内力计算和分析，希望研究结论能对同类型结构的设计起到参考作用。关键词：旋转楼梯;结构分析;钢结构;作者简介：梁令枝（1981—）,女，广东广州人，屮级讲师，主要研究方向为防灾减灾［•程与防护工程。收稿日期：2017-08-18Struetural

2、AnalysisforSpiralStringer一typeStairMadebySteelLiangLing-zhiAbstract：Diffcrcntfromordinarystairs,oneoffcaturesofspiral-stairisspiralshape.Spiraloutlinelookslikeaflyingdragon,whichmadethestairfullofdynamicbeautysenseandalsosavedmuchmorerooms.Architectsoftenusethesestairsinpublicb

3、uildingsbecauseofadvantagesabove-mentioned.ThispaperbasedonarealprojectandusedSTRATsoftwareand3D3Ssoftwaretoobtainmechanicalpropertiesofspiral-stair.Wchopetheconclusionsinthispapercanplayadirectionroleinspiral-stairdesign.Keyword：spiralstair;structuralanalysis;steelstructure;Re

4、ceived：2017-08-18钢结构旋转楼梯因其造型美观，富有强烈的动态美感，占地少等优点越来越多地使用在公共建筑中，对于符合国标图集15J401《钢梯》使用条件的旋转楼梯,其构件截面尺寸、节点及反力均可直接从图集屮查到，但对于适用条件以外的旋转楼梯，使用常规的设计软件来建模分析，就显得力不从心。本文以某办公楼钢结构梁式旋转楼梯为背景，采用三维有限元软件进行内力计算和分析，希望研究结论能对同类型结构的设计起到参考作用。1工程概况旋转楼梯所在的项目为广州某甲级办公楼。从地下1层地下室到塔楼2层设有旋转楼梯1部，其中地下1层上首层的楼梯旋转角度为63

5、0。，首层上2层的楼梯旋转角度为450。。因建筑功能要求，旋转楼梯不能使用中柱，故结构上选用钢弧梁支承钢梯板，而钢弧梁通过预埋件支承在楼层的钢筋混凝土梁上。因其结构形式特殊且无标准图集可查，故采用通用有限元软件STRAT60进行建模分析,并以同济大学3D3S软件进行对比复核。根据文献[1,3],对于该旋转楼梯形式，若采用PMCAD或PMSAP按笛卡尔坐标系建立几何模型，不仅每个踏步的空间坐标难以准确确定，而且工作强度极大。故建模吋笔者采用START软件中的螺旋复制命令，该命令可快捷、准确地生成旋转楼梯模型。2计算结果分析因地下1层上首层的旋转楼梯高

6、度为6.6m,首层上2层的楼梯高度为5.2m,前者更为不利，故以地下1层上首层的旋转楼梯为研究对象。2.1变形分析从图1可以看出，在永久荷载和可变荷载共同作用下，当外弧旋转到跨中区间时，旋转楼梯的挠度达到最大，此时STRAT计算值为28.825mm,3D3S计算值为27.300mm,两者相差5.6%。木项目内弧和外弧分别长10.131m和27.017m,中心线弧长为18.574m,挠度与中心线跨度之比为1/644（以STRAT挠度来计算）。口前国内规范对该类型结构的挠度限制未明确规定，但从挠度的绝对值来看，该结构的绝对变形并不大，可以满足实际使用需要

7、。图1永久荷载+可变荷载作用下楼梯变形（计算机截图）（a）STRAT软件计算结果；（b）3D3S软件计算结果下载原图2.2内力结果分析图2永久荷载+可变荷载作用下梁应力比（计算机截图）（a）STRAT软件；（b）3D3S软件下载原图从图2中可以得出以下结论。（1）在永久荷载和可变荷载共同作用下，内、外弧的应力分布呈两端相对较高，中间相对较低的特点，外弧应力比维持在0.25〜0.4,内弧应力比维持在0.6〜0.75。（2）在永久荷载和可变荷载共同作用下，内弧的应力明显高于外弧。这主要由于内弧的长度比较短，传力路径较短,大部分荷载都直接通过内弧传走。从这

8、一点可以看出，内弧为旋转楼梯的主要传力路径，其作用更倾向于柱，在设计过程中应重点考虑（表1,2）o表1“Z向