多層輕鋼房屋樓梯的設(shè)計分析

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

簡介： 樓梯是樓層間的垂直交通樞紐，是樓房的重要組成部分。不同的建筑類型（工業(yè)建筑和民用建筑），對樓梯性能的要求不同，樓梯的形式也不一樣。民用建筑樓梯踏板的做法也有很大的差別。在此，我們給出了大量的算例，結(jié)果列表以供參考。
關(guān)鍵字：鋼結(jié)構(gòu) 樓梯 設(shè)計

1 樓梯的類型與構(gòu)造 

1.1 概述 

樓梯是樓層間的垂直交通樞紐，是樓房的重要構(gòu)件。在高層建筑中雖然以電梯和自動扶梯作垂直交通的重要手段，但樓梯仍是必不可少的。 

多層輕鋼結(jié)構(gòu)樓梯主要用于兩大類建筑：工業(yè)建筑和民用建筑，而民用建筑又包括公共建筑和住宅兩類。在不同的建筑類型，對樓梯性能的要求不同，樓梯的形式也不一樣。 

這兩類建筑樓梯形式主要的區(qū)別列表如下： 

表1

工業(yè)建筑樓梯                   民用建筑樓梯 

美觀         要求低               要求高，一般裝飾的比較精美 

剛度         要求低               要求高，必須適應(yīng)人的舒適度的要求。 

噪音         要求低               要求高，必須適應(yīng)人的舒適度的要求。 

建筑材料     鋼材                 鋼材＋混凝土 

活載取值 取值大，因為很有可能要過各種儀器設(shè)備。一般取值都≥3.5KN/m2 取值相對要小，一般要求僅≥2.5KN/m2

恒載取值 取值小，通常僅一層鋼板 取值大，上面鋪約150mm的混凝土，自重大。 

1.2 工業(yè)建筑樓梯 

在工業(yè)建筑中樓梯用途廣泛，其形式有斜梯，也有角度較陡的爬梯，一般在工業(yè)建筑中用在以下地方：露天吊車鋼梯；屋面檢修鋼梯；作業(yè)臺鋼梯；吊車鋼梯；夾層部分的樓梯。 

樓梯的一般梯梁斜梯采用槽鋼，直梯可用角鋼。有時候，也可以采用一定厚度的鋼板來代替槽鋼作為樓梯梁，這樣所帶來的后果是剛度過小，因而在民用建筑是不允許的。 

除了踏步的差異外，工業(yè)建筑和民用建筑樓梯外觀上的另外一個區(qū)別在樓梯的欄桿上。工業(yè)建筑的樓梯一般比較簡陋，用圓鋼管作為豎向的欄桿，鋼板作為橫向的欄桿，較粗的圓鋼管作為樓梯的扶手，鋼管直接搭焊在梯梁上。欄桿滿足功能要求即可，可以不作美觀上的特殊處理。 

1.3 民用建筑樓梯 

鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的樓梯對美觀的要求高，使結(jié)構(gòu)造型和裝修設(shè)計相互結(jié)合，創(chuàng)造出使用功能與周圍環(huán)境和諧的氣氛，使通過的人們能對周圍環(huán)境收到強烈的感染力，對于公共建筑尤其如此。其形式也不像工業(yè)建筑那樣只有直線型，還有圓弧線型和直圓弧線型。 

因為有剛度要求，鋼板上混凝土的厚度至少是70mm才能滿足。樓梯梁多采用熱軋槽鋼，和樓面梁鉸接，按簡支梁計算。槽鋼經(jīng)過接口后彎成所需要的“之”字型的樓梯梁的形式。

彎曲成“之”字型后，與樓層或者層間梁用螺栓進(jìn)行鉸接連接，需要根據(jù)剪力來確定所需要的螺栓的大小和數(shù)目。 

1.4節(jié)點構(gòu)造 

工業(yè)建筑的樓梯，樓梯梁與平臺的連接節(jié)點的一般做法如右圖： 

民用建筑的樓梯，樓梯梁與平臺以及與基礎(chǔ)相連的節(jié)點 

的做法如下圖所示： 

1.5 踏步板的構(gòu)造 

工業(yè)建筑的樓梯，踏步的做法一般都直接采用鋼板，一般是花紋鋼板踏步，踏步的寬度取245mm左右，鋼板厚度取4mm。主要的踏步形式有z型和c型的兩種 

民用建筑的樓梯樓梯踏板的做法卻有很大的差別，主要是有如下的4種： 

1) 鋼板模板＋現(xiàn)澆混凝土：用鋼板做模板，采用現(xiàn)澆混凝土的方法

2) 支模＋現(xiàn)澆混凝土：在樓梯梁安裝完畢后，支上模板，再在上面打混凝土

3) 壓型鋼板＋現(xiàn)澆混凝土：采用壓型鋼板組合樓蓋

4) 預(yù)制板裝配＋現(xiàn)澆混凝土

四種方法的比較： 

第一種方法用鋼板做模板，現(xiàn)澆混凝土，這樣的施工方法相對比較簡單，但是因為所采用的鋼板需要一定的厚度，使得用鋼量比較大，造價太高。 

第二種方法沒有多余的鋼板，所支的模板可以拆卸，重復(fù)利用，所以造價相對比較便宜。但是施工步驟多，工期長，比較麻煩。 

第三種方法是目前比較常用的一種。采用壓型鋼板，形成組合樓蓋，一方面可以利用壓型鋼板的強度，減少配筋；另一方面在上面直接澆注混凝土，也少了支模的麻煩。相對上兩種而言，既經(jīng)濟(jì)又有效，所以成為現(xiàn)在施工常用的方法。 

第四種方法的初始意圖是覺得采用預(yù)制的構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)建筑本身相符，施工方便、速度快。但在施工的實踐中，卻發(fā)覺其很多不足。首先是施工上的問題，采用的混凝土構(gòu)件尺寸控制難度大，精度達(dá)不到鋼結(jié)構(gòu)的要求，所以裝配上會有因尺寸問題裝不上的事故。其次是在運輸過程中容易掉角、掉邊，對構(gòu)件的損傷很大。再有是裝配的結(jié)構(gòu)整體性相對要差很多，抗震能力低。最后，這樣的建造方式的施工總成本也相對比較高。所以，目前這樣的施工方式已經(jīng)用得很少了。 

2 樓梯梁的構(gòu)造與計算 

現(xiàn)按實際工程普遍適用的設(shè)計參數(shù)，進(jìn)行試算，結(jié)果列表以供參考： 

2.1 算例： 

算例中樓梯水平投影的總長度為6m，樓梯的寬度取為1.5m。 

取活載的值分別為1.5KN/m2，2.0KN/m2和2.5KN/m2，分別對應(yīng)工況1、2和3： 

取上面混凝土的厚度為150mm，則由于混凝土引起的恒載值為24×0.15＝3.6KN/m2，則 

表2

工況       1           2            3

活載      1.5KN/m2    2.0KN/m2    2.5KN/m2

混凝土恒載  3.6KN/m2    3.6KN/m2    3.6KN/m2

1.2恒＋1.4活  6.42 KN/m2   7.12 KN/m2  7.82 KN/m2

折算成線荷載  4.815 KN/m   5.34 KN/m   5.865 KN/m

表3

工況                1           2             3

Mmax             24.1KNm     26.73KNm     29.36 KNm

與Mmax相應(yīng)Nmax       4.375KN      4.852 KN      5.329 KN

梁端Vmax          14.318KN      15.88 KN      17.44 KN

初步算定槽鋼截面          22a           22a           25a

1.2恒＋1.4活           5.115          5.64          6.194

Mmax             22.9KNm      25.23KNm    28.53 KNm

與Mmax相應(yīng)Nmax       4.223KN       4.653 KN      5.237 KN

梁端V             14.13KN      15.576 KN      17.43 KN

113.5 Mpa     125.2 Mpa    102.62Mpa

撓度                 1/425         1/394          1/509

由以上計算可知，當(dāng)水平投影長度為6m，樓梯寬度為1.5m時， 

活荷載為1.5KN/m2 LTL可選用C22a

活荷載為2.0KN/m2 LTL可選用C25a

活荷載為2.5KN/m2 LTL可選用C25a

2.2 計算分析 

由上面的計算，可以看到應(yīng)力還很小，都只有100Mpa左右，但是撓度卻已經(jīng)接近要求，撓度的控制起到了更重要的作用，以下論述這一點： 

由于強度的控制主要是由彎矩產(chǎn)生的，軸力的作用很小，在比較強度與剛度起控制作用的時候，先忽略掉軸力的影響，僅僅是采用彎矩所引起的應(yīng)力來分析，取Q345鋼材： 

令M＝1/8ql2

若采用槽鋼25a，y＝250mm

取q＝1.3qk

將（1）與（2）做比較，可解出l在2.5m的時候，其強度和剛度同時滿足。當(dāng)l在2.5m以上時，由于應(yīng)力與l是成平方關(guān)系，而撓度卻是立方關(guān)系，所以撓度的增長快，起控制作用，相反，如果l小于2.5m，則強度起控制作用。 

一般鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的軸網(wǎng)間距是6-9m，層高取3.6m，按30o的傾角來算，長度也必須在cot30×3.6/2＝3.11m，加上休息平臺的長度1.5m左右，總長度一般都在5m以上了，所以在民用樓梯中，強度起控制作用的時候很少，主要是剛度的控制。 

qk的大小主要由恒載的大小q恒載（一般為3.6KN/m2），活荷載的大小q活載（一般取值在2KN/ m2）和樓梯的寬度W三部分決定。由于樓梯梁自重小，一般可以忽略不計，則qk （q活載＋q恒載）×W

按撓度控制進(jìn)行計算，選用的槽鋼如下表所示： 

主要選用了槽鋼18a～32a，沒有選用再大的截面，因為一般跨度大和活載大的情況不會同時出現(xiàn)，同時出現(xiàn)時采用其他構(gòu)造方式，例如在休息平臺的地方增加次梁，以此來減小跨度，這樣做雖然增加了次梁用鋼量，但是卻減小了樓梯梁的截面面積，還是經(jīng)濟(jì)的。 

3 結(jié)論 

1) 在不同的建筑類型，對樓梯性能的要求不同，樓梯的形式也不一樣。在美觀、剛度、建筑材料、荷載取值等方面應(yīng)進(jìn)行一系列對比。應(yīng)該具體情況具體分析。 

2) 民用建筑的樓梯踏步做法對比四種方式后，得出結(jié)論以采用壓型鋼板，形成組合樓蓋為佳。 

3) 樓梯梁的計算主要是按撓度控制，強度的控制作用小，計算了不同荷載、不同跨度的樓梯形式，進(jìn)行列表，具體選用時可以查表。 

參考文獻(xiàn) 

[1] 國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計《鋼梯、鋼筋混凝土梯》合訂本 JH（四）中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究所 1994

[2]《細(xì)說樓梯》 李正剛 建筑創(chuàng)作 4/2001

[3] 王元清 石永久 多層房屋輕型鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析 《建筑結(jié)構(gòu)》1996/6

[4] 石永久 王元清 陳宏 多層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的輕型化設(shè)計與應(yīng)用《工業(yè)建筑》2001