鄭州圖書館新館鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯施工方案研究

馮朝輝 呂偉鋒

1 工程概況

鄭州市圖書館新館(市民文化中心)工程位于鄭州市鄭東新區(qū)民生路與客文一街交叉口西北角。建筑面積為72095 m2，地下1層，地上5層，地上分主樓和裙樓，裙房建筑高度16.2 m，地上2層，局部1層;主樓建筑高度為30.6 m，地上5層，主樓為上大下小的倒錐橢圓形，分兩個結(jié)構(gòu)單元(見圖1)。其中鋼結(jié)構(gòu)工程部分有大堂采光頂、大堂兩側(cè)索網(wǎng)幕墻頂部支承桁架、大堂中部旋轉(zhuǎn)樓梯、主入口雨罩、主樓裙房之間消防通道采光頂、主樓裙房之間連橋、主樓兩塔芯部采光頂，鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約1400 t，構(gòu)件主要采用焊接箱形柱、H型鋼骨柱、圓管柱及焊接H型鋼梁、箱形鋼桁架，構(gòu)件材料材質(zhì)主要為Q345B，Q345C級鋼材。

本工程由鄭州市政府投資興建，本工程是建國以來鄭州市投資規(guī)模最大的社會文化設施，是一所集文獻典藏、檢索咨詢、學術(shù)交流、文化創(chuàng)意、教育培訓、休閑娛樂等功能為一體的綜合性現(xiàn)代化大型文化場館，是鄭州市的重點工程，更是鄭州市的標志性建筑。

圖1 鄭州市圖書館新館（市民文化中心）效果圖

圖2 旋轉(zhuǎn)樓梯施工狀況

2 鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯簡介

鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯布置于大堂中庭內(nèi)，總重量245 t，細化后單支構(gòu)件最重為鋼管立柱，為5.1 t。該旋轉(zhuǎn)樓梯由鋼管立柱、旋轉(zhuǎn)梯梁、“L”形踏步板和頂部鋼框架梁組成的1∶3的斜筒體(見圖2)。由于鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯螺旋型的特性，故有其特有的制造難點:1)鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯的內(nèi)側(cè)梯板梁均是由螺旋線組成，由空間點來描述難以展開的平面，車間放樣、下料、裝配、焊接比較困難;2)由于鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯建立在立體空間上，各點空間位置及各部件相互定位困難;3)梯板梁壓制成螺旋型較難，再加之焊接變形、運輸變形等，不易保證樓梯的螺旋線型。設計藍圖的細化、構(gòu)件的制作放樣、現(xiàn)場的吊裝、定位是該工程的重點，其中樓梯梁為曲面箱形鋼梁，頂部鋼框架為雙曲面箱梁，其圖紙細化、放樣加工為本工程的難點。

3 鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯施工方案

3.1 設計藍圖細化

由于旋轉(zhuǎn)鋼樓梯施工藍圖只是對該旋轉(zhuǎn)樓梯的起始標高、構(gòu)件軸線、連接節(jié)點等做出標注，沒有對旋轉(zhuǎn)鋼樓梯進行細部的鏈接設計，這樣就增加了旋轉(zhuǎn)鋼樓梯的下料、制作的難度，為保證制作出精準尺寸的樓梯便于安裝施工，就要根據(jù)施工藍圖將旋轉(zhuǎn)鋼樓梯進行細化，細化成能夠滿足制作要求的加工圖。所以需要將施工藍圖細化成加工圖，以確保旋轉(zhuǎn)鋼樓梯下料準確和提高施工精度。由此，公司組織設計部、技術(shù)部、工藝部共同組成難題攻克小組，將藍圖輸入計算機，進行建模分析，細化分析模型圖見圖3。對計算機模型進行了鋼管立柱、旋轉(zhuǎn)梯梁、“L”形踏步板、鋼框架梁的尺寸細化，同時對構(gòu)件之間的鏈接尺寸進行細化，得到便于加工安裝的旋轉(zhuǎn)樓梯詳圖，技術(shù)部根據(jù)細化后的加工圖的清單編制，并指導生產(chǎn)部門生產(chǎn);工藝部編制生產(chǎn)工藝，便于順利的加工合格產(chǎn)品。

圖3 旋轉(zhuǎn)樓梯細化分析模型

圖4 按1：1搭建胎架制作

3.2 構(gòu)件的放樣制作

針對以上難點，我們采取了以下一些特有的措施:

1)制定系統(tǒng)的工藝程序，由每一步的精度控制來控制整個產(chǎn)品形位公差;2)壓制采用壓刀和圓柱面的母線的方法進行。根據(jù)設計圖紙，確定內(nèi)外梯板梁的螺旋升角θ=arctan{H/(3πD/4)}。將板料沿進刀平行線卷板一定弧度后，圓弧對內(nèi)外板梁進行校核，以確認其角度是否正確，然后利用檢驗模板沿卷好后的內(nèi)外梯梁上的檢驗線進行靠?？词欠穹夏０寤《?，反復調(diào)整檢驗，直到合模為止;3)裝配在1∶1的螺旋型胎架上進行，如圖4所示，為保證梯板梁的螺旋線的空間位置，利用2.0mm厚鋼板卷一個圓筒胎架，將圓柱體的柱身根據(jù)踏步板數(shù)量分成相應的等分母線，再在母線上劃出每一踏步標高線及內(nèi)梯梁的定位線，將板式內(nèi)梯梁根據(jù)其位置線將其點焊在圓筒上，再根據(jù)螺旋升角求出的每一等分線的高度值定位外梯板梁空間位置，使其達到θ升角，下面用支撐臨時將梯板梁固定到一定高度，將踏步板角鋼和踏步板焊在與其高度線對應位置上，精確地保證了梯板梁和踏步的空間位置。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯施工方案

該旋轉(zhuǎn)樓梯的主體結(jié)構(gòu)為12支圓管柱，共分為四段，第一段鋼柱自地下室基礎開始，因此土建基礎施工期間，需要進行基礎錨栓的預埋工作，為上部鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯的施工做準備。鋼結(jié)構(gòu)施工分為兩個階段，第一階段根據(jù)細化圖紙，在地面定住中心點位置，為鋼柱基礎錨栓的預埋精準定位然后用起重設備對第一節(jié)鋼柱進行吊裝，吊裝后將鋼柱進行固定鏈接以確保后續(xù)順利進行;第二階段待土建結(jié)構(gòu)五層完成后進行鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯剩余構(gòu)件的施工及安裝工程。

4 施工管理

本工程設計復雜，專業(yè)施工工種多且立體交叉作業(yè)多，安全施工實施難度大。如何做到忙而不混，科學有序地組織施工，確保施工人員的人身安全和生產(chǎn)設備、工程建設的安全尤為重要，為此，專門組建嚴格管理機構(gòu)以確保施工質(zhì)量的管理組織順利地運轉(zhuǎn)及操作。機構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 項目組織機構(gòu)

復雜工程的進度管理關(guān)系到工程如期竣工，建立完善的計劃體系是掌握施工管理主動權(quán)、控制施工生產(chǎn)局面，保證工程進度的關(guān)鍵一環(huán)。本項目的計劃體系將以日、周、月和總控計劃構(gòu)成的工期計劃為主線，并由此派生出一系列技術(shù)保障計劃、資金保障計劃、物資保障計劃、質(zhì)量檢驗與控制計劃、安全防護計劃及后勤保障計劃，在各項工作中做到未雨綢繆，使進度管理形成了層次分明、深入全面、貫徹始終的特色。

5 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯結(jié)構(gòu)形勢復雜，施工制造都具有很大難度，因此需要進行設計藍圖的細化、構(gòu)件的制作放樣、現(xiàn)場的吊裝等工序，同時需要合理的進行施工管理，以確保各道工序之間的順利銜接，最終順利完成鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯的施工。

［1］ 斯萊瑟.當代樓梯設計典例［M］.詹艷輝，詹艷梅，張海濤，譯.北京:中國水利水電出版社，2003.

［2］ 吳健生.圓柱間螺旋線桿件(螺旋樓梯)空間剛度、內(nèi)力及變形的計算［J］.建筑結(jié)構(gòu)學報，1981(6):93-95.

［3］ 黃劍源，謝 旭.薄壁空間螺旋形曲線梁的約束扭轉(zhuǎn)理論分析及結(jié)構(gòu)計算方法(第一部分:基本理論)［J］.工程力學，1995(4):53-54.

［4］ GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［5］ GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范［S］.

［6］ 《鋼結(jié)構(gòu)設計手冊》編輯委員會.鋼結(jié)構(gòu)設計手冊(上冊)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1989.