一種樓梯欄桿隱藏式側(cè)裝創(chuàng)新技術(shù)研究應(yīng)用

丁傳奇

北京建工集團有限責(zé)任公司 北京 100055

在目前城市土地資源極為緊張的狀態(tài)下，高層住宅項目成為建筑項目當(dāng)中重要的構(gòu)成之一。在高層住宅項目的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，為人民生命財產(chǎn)安全和公共利益方面而制定的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強制性條文越來越多。因此，對于消防安全管理標(biāo)準(zhǔn)的強制實施顯得越來越重要，尤其是對公共位置的樓梯欄桿的強制性標(biāo)準(zhǔn)。中國人民大學(xué)集體宿舍樓工程在項目裝飾裝修階段施工，按照原設(shè)計圖紙進行樓梯欄桿安裝施工時，部分樓梯的梯段凈寬度不滿足現(xiàn)行的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強制性的條文的要求。針對既定的現(xiàn)場施工技術(shù)難題，通過開展現(xiàn)場科技創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)效的“雙創(chuàng)”技術(shù)活動，實施并應(yīng)用了一種樓梯欄桿隱藏式側(cè)裝創(chuàng)新技術(shù)，最終使樓梯欄桿安裝滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

目前，通過查閱現(xiàn)行的施工圖集和設(shè)計、驗收規(guī)范的有關(guān)樓梯側(cè)裝的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合專家學(xué)者的研究理論和實踐現(xiàn)狀，總結(jié)分析如下：

1）在設(shè)計理論研究和分析方面，建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究者，關(guān)注對樓梯欄桿側(cè)裝的預(yù)埋件選型和規(guī)格進行設(shè)計結(jié)構(gòu)驗算，對樓梯欄桿的側(cè)裝造型進行設(shè)計，追求樓梯欄桿也要與周圍環(huán)境相適應(yīng)的設(shè)計理念和設(shè)計做法。

2）在實踐應(yīng)用和施工技術(shù)分析方面，專家學(xué)者關(guān)注樓梯欄桿的施工工藝和做法，突出強調(diào)在滿足施工功能的前提下，保證安裝的牢固性，同時兼顧經(jīng)濟和美觀性。

3）在目前的樓梯欄桿側(cè)裝項目中，側(cè)裝形式多出現(xiàn)在追求現(xiàn)代時尚生活的家裝項目中，特別是在樓梯欄桿雙側(cè)面安裝，能夠?qū)崿F(xiàn)在滿足使用功能的前提下，更加突出新穎個性造型和彰顯美觀精致。

4）目前現(xiàn)行推廣應(yīng)用的施工圖集中表述的樓梯欄桿側(cè)裝僅僅適用在結(jié)構(gòu)期間的樓梯欄桿側(cè)板預(yù)留孔道或者預(yù)留鋼板，在裝飾裝修期間，通過L形立柱與預(yù)埋件焊接，最終再采用混凝土灌實，形成側(cè)裝形式的樓梯欄桿安裝方式。

1 工程概況

中國人民大學(xué)教學(xué)科研樓（東南區(qū)綜合樓）及集體宿舍（留學(xué)生宿舍）工程由中國人民大學(xué)投資建設(shè)，為大型的高校公共建筑和住宅建筑的組合體，總建筑面積10.259萬 m2，2棟樓地下3層成貫通布局，地上部分通過設(shè)置變形縫斷開。其中，中國人民大學(xué)集體宿舍樓工程為高級專家和留學(xué)生公寓，建筑高度64.50 m，地上19層，地上建筑面積為3.04萬 m2，容納約2 500人，標(biāo)準(zhǔn)層高2.95 m。集體宿舍樓設(shè)置5部電梯（其中2部消防電梯）＋3處走道樓梯，其中B3～19層的S-1#、S-2#兩處樓梯，樓梯結(jié)構(gòu)板厚100 mm，踏步板寬270 mm，高150 mm。原設(shè)計圖紙剪力墻結(jié)構(gòu)完成面距樓梯欄桿立柱中心1.2 m，在裝飾裝修階段按照原設(shè)計圖紙安裝樓梯欄桿，通過測量放線確認(rèn)樓梯的梯段凈寬不滿足現(xiàn)行的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強制性條文[1]要求，即：樓梯門、樓梯及走道總寬度應(yīng)按每層通過人數(shù)每100人不小于1 m計算，且梯段凈寬不應(yīng)小于1.20 m，樓梯平臺寬度不應(yīng)小于樓梯梯段凈寬。圖1為原設(shè)計樓梯欄桿詳圖。

圖1 樓梯欄桿原設(shè)計與施工示意

2 背景分析

建設(shè)單位追求高層建筑項目使用面積最大化，在設(shè)計前期便提出最大限度減少流通空間，實現(xiàn)住宅建筑物最經(jīng)濟條件下的平面設(shè)計布置。設(shè)計單位在建筑設(shè)計中往往追求公共空間的設(shè)計緊湊，以便有效提升室內(nèi)使用面積，導(dǎo)致未充分依據(jù)驗收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，同時未能綜合考慮裝修做法厚度增加和施工現(xiàn)場條件以及管理水平的影響；施工單位在上述位置的樓梯欄桿結(jié)構(gòu)梯板施工過程中，對梯板一側(cè)的剪力墻結(jié)構(gòu)混凝土施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，造成剪力墻結(jié)構(gòu)墻體厚度出現(xiàn)較大的正偏差。

綜合考慮以上各個因素的共同影響，使得上述位置樓梯欄桿按照原設(shè)計要求安裝后[2]，難以滿足現(xiàn)行的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)驗收強制性的要求。因此，必須通過技術(shù)難題攻關(guān)，在滿足驗收強制性標(biāo)準(zhǔn)的同時，實現(xiàn)樓梯欄桿的使用功能。

3 創(chuàng)新方案

3.1 背景分析

結(jié)合現(xiàn)場S-1#和S-#兩處的樓梯欄桿安裝出現(xiàn)的技術(shù)難題，項目部迅速開展技術(shù)攻關(guān)。通過對樓梯欄桿圖集應(yīng)用研究，首先提出引用圖集中的樓梯欄桿側(cè)裝方案，如圖2欄桿側(cè)裝剖面。經(jīng)過對引用施工圖集側(cè)裝方案分析，施工圖集中的欄桿側(cè)裝應(yīng)用的前提是在梯板結(jié)構(gòu)期間必須提前預(yù)埋鋼板或者預(yù)留后澆混凝土孔道，而在實際施工過程中，并無預(yù)留鋼板或者預(yù)留孔的基礎(chǔ)條件。

圖2 圖集欄桿側(cè)裝剖面示意

3.2 創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計效果圖

基于上述中引用樓梯欄桿施工圖集不適用情況的分析，并結(jié)合施工圖集側(cè)裝剖面節(jié)點的深化設(shè)計方案，本工程在常見的欄桿側(cè)裝節(jié)點中，創(chuàng)新提出一種樓梯欄桿后置膨脹螺栓，隱藏式側(cè)裝節(jié)點固定裝置，如圖3、圖4所示。

圖3 三維整體效果圖

圖4 三維透視圖和隱藏式效果圖

3.3 創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容

結(jié)合樓梯欄桿后置膨脹螺栓，隱藏式側(cè)裝節(jié)點固定裝置的整體三維效果圖，明確了具體優(yōu)化深化設(shè)計相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計參數(shù)。參照上述樓梯欄桿側(cè)裝施工圖集中深化設(shè)計參數(shù)，并最終形成設(shè)計單位確認(rèn)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)深化文件，明確樓梯欄桿側(cè)裝節(jié)點的構(gòu)造參數(shù)設(shè)計，具體內(nèi)容如下：

1）立柱：材質(zhì)采用與欄桿同材質(zhì)，規(guī)格尺寸50 mm×50 mm×2.5 mm。

2）方鋼連接件：材質(zhì)采用與欄桿同材質(zhì)，規(guī)格截面尺寸50 mm×20 mm×2.5 mm，長度150 mm，通過焊接實現(xiàn)一側(cè)與立柱連接成一體，另一側(cè)通過膨脹螺栓實現(xiàn)與基層固定，工廠化預(yù)制加工。

3）膨脹螺栓：規(guī)格M10，長度150 mm，按照設(shè)計要求滿足抗拉拔前提下，上、下各設(shè)置一個。

4）工藝孔：工藝孔直徑20 mm，上、下各設(shè)置一個，同時滿足套筒安裝工藝要求的活動空間下，通過工藝孔實現(xiàn)膨脹螺栓完美隱藏在方鋼連接件內(nèi)。

5）固定孔：膨脹螺栓通過固定孔將方鋼連接件固定在踏步側(cè)邊，上下各設(shè)置一個。

6）上、下封口件：材質(zhì)采用與欄桿同材質(zhì)，規(guī)格50 mm×25 mm×2.5 mm，方鋼連接件上、下外露口采用同立柱材質(zhì)斷焊接處理。

3.4 可靠性驗算

以已有的現(xiàn)行國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，對比建筑欄桿有關(guān)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)對其力學(xué)性能檢測的規(guī)定[3]，依據(jù)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強制性條文規(guī)定：最薄弱處，防護欄桿承受的水平推力不小于1.5 kN/m。按照創(chuàng)新深化優(yōu)化方案的要求，立柱間距按1 m（大于實際間距0.9 m）進行考慮，欄桿扶手高度距離膨脹螺栓1.2 m，膨脹螺栓M10（長度150 mm）的設(shè)計拉力≥18 kN，經(jīng)現(xiàn)場實體拉拔試驗驗證，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足設(shè)計拉力值的要求。理論和試驗相結(jié)合的方式，證明采用的側(cè)裝方式連接可靠。

3.5 側(cè)裝節(jié)點固定裝置的特點

一種后置膨脹螺栓，隱藏式側(cè)裝節(jié)點固定裝置的顯著特點為：通過創(chuàng)新地提出一種簡單可行的樓梯欄桿側(cè)面固定裝置，能通過后置入式膨脹螺栓將樓梯欄桿立柱與梯段結(jié)構(gòu)側(cè)面進行機械固定安裝，再通過安裝的方鋼連接件將膨脹螺栓完美地隱藏在內(nèi)，整體上實現(xiàn)可靠連接且外觀簡潔美觀，使得樓梯欄桿整體上協(xié)調(diào)一致。

4 創(chuàng)新優(yōu)化方案實施

4.1 實施過程

通過創(chuàng)新性地提出了一種樓梯欄桿后置膨脹螺栓、立柱側(cè)裝方式，并總結(jié)形成一種樓梯欄桿隱藏式側(cè)裝創(chuàng)新技術(shù)。由總承包部單位組織召開專題會議，形成專題討論。原設(shè)計單位對欄桿和扶手尺寸規(guī)格最終確認(rèn)后，專業(yè)分包按照設(shè)計變更程序提交具體施工技術(shù)處理方案并由總承包部單位項目技術(shù)負(fù)責(zé)人審核確認(rèn)，報監(jiān)理單位總監(jiān)理工程師審核確認(rèn)后，上報建設(shè)單位并交由原設(shè)計單位審核簽字蓋章深化圖，最終由建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位和總承包單位的四方簽字蓋章確認(rèn)后實施。

創(chuàng)新技術(shù)的主要施工工藝流程為：BIM三維效果展示→深化設(shè)計→樓板側(cè)面裝飾驗收完成→立柱定位→膨脹螺栓安裝→方鋼連接件固定→方鋼連接件上、下封口處理→立柱側(cè)連方鋼連接件→立柱相互連接，如圖5所示。

圖5 側(cè)裝方式三維效果圖

在實施過程中，主要安裝技術(shù)和質(zhì)量控制要點如下：

1）嚴(yán)格把控膨脹螺栓錨固在側(cè)面梯板結(jié)構(gòu)內(nèi)的深度，滿足深化設(shè)計要求以及通過膨脹螺栓的拉拔試驗，驗算立柱的牢固可靠性。

2）方鋼連接件的組合焊接須在工廠焊接完成，有效保證拼裝片的焊接質(zhì)量。

3）以立柱的位置確定方鋼連接件的具體位置，避免出現(xiàn)方鋼連接件與立柱錯臺。

4）嚴(yán)格控制立柱與方鋼連接件的焊縫質(zhì)量，滿足焊接飽滿度和順直度要求。

5）嚴(yán)格控制方鋼連接件與立柱及上、下封口位置斷焊焊縫質(zhì)量。

6）方鋼連接件的外側(cè)面工藝孔定位準(zhǔn)確，開孔大小能使套筒靈活進入，保證套筒緊固膨脹螺栓所需操作空間。

4.2 實施效果

在實施過程中，基于BIM的三維深化效果，分別從深化優(yōu)化設(shè)計方案、材料選型、預(yù)制加工運輸和現(xiàn)場安裝等的全過程，進行樓梯欄桿側(cè)裝施工技術(shù)的質(zhì)量控制。最終實施S-1#和S-2#的樓梯欄桿立柱中心距離一側(cè)剪力墻裝飾建筑做法完成面的水平凈空為1.28 m，滿足梯段凈寬不應(yīng)小于1.2 m的驗收強制性規(guī)范要求。事先按照深化設(shè)計方案，進行實體樣板施工，包括建設(shè)方、設(shè)計方和監(jiān)理方在內(nèi)的參建各方一致認(rèn)為，一種樓梯欄桿隱藏式側(cè)裝創(chuàng)新技術(shù)，技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟適用且外觀效果簡潔美觀，與項目整體的設(shè)計風(fēng)格協(xié)調(diào)一致。

4.3 創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

一種樓梯欄桿隱藏式側(cè)裝創(chuàng)新技術(shù)是對樓梯欄桿側(cè)裝節(jié)點形式的創(chuàng)新，相比較常見的立柱安裝在踏步板及預(yù)留鋼板或者預(yù)留孔方式的側(cè)裝節(jié)點形式，在適用性、可靠性、美觀性、綠色文明施工、建筑使用空間等方面均有很大的提高，具有顯著的實施效果：

1）簡潔美觀，安裝牢固可靠。應(yīng)用一種后置膨脹螺栓，隱藏式側(cè)裝節(jié)點固定裝置，通過安裝的方鋼連接件能夠?qū)⑴蛎浡菟ㄍ昝赖仉[藏在內(nèi)，整體上實現(xiàn)美觀，同時經(jīng)過可靠性驗算，符合設(shè)計拉力標(biāo)準(zhǔn)和要求。

2）安裝簡便，高效靈活。采用膨脹螺栓固定的方式，方鋼連接件尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，工廠化加工，能直接在樓梯踏步完成后安裝，完全不依靠上道工序，安裝更加高效靈活。

3）側(cè)裝工藝，增加使用空間。樓梯欄桿側(cè)裝的安裝方式，能夠充分利用梯井空間，在滿足設(shè)計要求和驗收的標(biāo)準(zhǔn)前提下，提高建筑使用空間面積。

4）減少焊接、濕作業(yè)，有利于文明施工。采用膨脹螺栓固定的方式，不必現(xiàn)場預(yù)留鋼板或預(yù)留孔，有效避免現(xiàn)場再次焊接或者后澆混凝土，有利于現(xiàn)場綠色文明施工。

5）適用范圍廣泛，可推廣性強。應(yīng)用的一種樓梯欄桿隱藏式側(cè)裝創(chuàng)新技術(shù)采用的是一種后置膨脹螺栓的后置式安裝方法，不必預(yù)先預(yù)埋鋼板或者預(yù)留混凝土孔洞，具有廣泛的適用性和顯著的可推廣性。

5 結(jié)語

一種樓梯欄桿隱藏式側(cè)裝創(chuàng)新技術(shù)作為本項目申報北京市建筑業(yè)新技術(shù)應(yīng)用示范工程驗收的一項核心自主創(chuàng)新技術(shù)，得到驗收專家委員會的一致認(rèn)可。目前，項目已經(jīng)通過由北京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會組織的北京市建筑業(yè)新技術(shù)應(yīng)用示范工程的驗收，工程整體推廣應(yīng)用《建筑業(yè)10項新技術(shù)》中的9大項32子項，《北京市建設(shè)領(lǐng)域百項重點推廣項目》中的24項，其他自主研發(fā)技術(shù)8項，社會和經(jīng)濟效益顯著。新技術(shù)應(yīng)用整體達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先的水平。

一種樓梯欄桿隱藏式側(cè)裝創(chuàng)新技術(shù)的研究，以施工現(xiàn)場出現(xiàn)的技術(shù)難題為課題攻關(guān)的出發(fā)點，通過大量的技術(shù)研討和重點攻關(guān)，并以實際應(yīng)用效果驗證，有效地解決了施工現(xiàn)場出現(xiàn)的在已完成的梯板結(jié)構(gòu)上按照原立柱安裝于踏步上的方式，梯段凈寬不滿足驗收標(biāo)準(zhǔn)要求的施工技術(shù)難題，同時為創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用示范工程的攻關(guān)和應(yīng)用提供一種很好的范例。作為一種自主研發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)，在高層住宅類建筑項目中應(yīng)用一種樓梯欄桿側(cè)裝技術(shù)，能夠在滿足建筑公共流通區(qū)域最小化的前提下，有效提升了建筑的使用面積，具有顯著的推廣應(yīng)用價值。