裝配整體單跑板式樓梯分段設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

張瑜，劉習(xí)前，黃平，汪國(guó)輝，梁勇

（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶 400015；2中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016）

0 引言

裝配式建筑從工廠、橋梁、住宅到高層建筑在我國(guó)建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越普及[1]，而深化設(shè)計(jì)、施工技術(shù)同構(gòu)件的生產(chǎn)工藝一樣非常重要[2-3]，在工程質(zhì)量越來(lái)越重要的今天，愈發(fā)受到人們的關(guān)注[4]。房屋建筑樓梯設(shè)計(jì)平面通常為單跑及雙跑樓梯間，樓梯分為單跑樓梯和雙跑樓梯，預(yù)制裝配式樓梯分為梁式樓梯和板式樓梯。目前重慶市高層和超高層住宅一般設(shè)計(jì)為單跑樓梯（剪刀樓梯），預(yù)制樓梯常用的是板式樓梯，但單跑的板式樓梯跨度為5m左右，設(shè)計(jì)的梯板厚度達(dá)到200mm左右，重量達(dá)到4～5t。由于重慶市目前常用的施工塔吊（QTZ63）在2倍率的情況下只能吊裝3t，在4倍率的情況下離標(biāo)準(zhǔn)節(jié)20m的位置也只能吊裝4t，無(wú)法滿足預(yù)制單跑板式樓梯的吊裝。本文以工程實(shí)例為基礎(chǔ)，介紹了裝配整體單跑板式樓梯分段深化設(shè)計(jì)、分段預(yù)制、分段吊裝和分段安裝技術(shù)在實(shí)際工程中的使用，為裝配式建筑的施工技術(shù)提供有價(jià)值的補(bǔ)充和參考。

1 工程概況

協(xié)信·城立方一期I標(biāo)段6#樓工程位于重慶市沙坪壩大學(xué)城科技學(xué)院斜對(duì)面。工程總建筑面積約16355m2，地下2層，地上26層，建筑總高度為78.00m，為高層住宅，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.0m，設(shè)計(jì)為單跑剪刀形式的樓梯。工程采用了裝配整體式單跑板式樓梯分段設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，預(yù)制單跑板式樓梯深化設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)該工程樓梯的結(jié)構(gòu)形式及施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際塔吊吊裝能力，把樓梯分成兩個(gè)梯段，中部設(shè)置滑動(dòng)支座，采用一端固定一端滑動(dòng)的形式，縮短了構(gòu)件長(zhǎng)度，減輕了重量。樓梯構(gòu)件預(yù)制前設(shè)計(jì)制作了分段預(yù)制整體樓梯的工具式臺(tái)模，進(jìn)行了樓梯段的預(yù)制和運(yùn)輸，并在現(xiàn)場(chǎng)采用常規(guī)塔吊進(jìn)行分段吊裝和樓梯構(gòu)件分段安裝、檢測(cè)，以及后澆平臺(tái)板混凝土施工。該技術(shù)在質(zhì)量、安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益等方面取得的效果顯著。

2 裝配整體式樓梯分段節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)

2.1 鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓梯節(jié)點(diǎn)受力分析

（1） 設(shè)計(jì)依據(jù)：《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）；《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）。

（2）設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示（以板式樓梯為例）：

圖1 現(xiàn)澆樓梯設(shè)計(jì)示意圖

（3）彎矩示意圖如圖2所示：

圖2 現(xiàn)澆彎矩示意圖

（4）根據(jù)圖1和圖2我們可以看出，是以簡(jiǎn)支構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，主要受力是下部1號(hào)鋼筋，兩端均按簡(jiǎn)支考慮，在端部鋼筋即3號(hào)鋼筋采用的是構(gòu)造配筋。

圖4 裝配整體式樓梯分段節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳圖

2.2 裝配整體單跑板式樓梯分段節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)及受力分析

圖3 常規(guī)的裝配式樓梯示意圖

另一種是將預(yù)制梯板直接擱置在樓層平臺(tái)處的梯橫梁上，并將預(yù)制梯板預(yù)留在一端的鋼筋與平臺(tái)處的預(yù)留板筋連接，并后澆混凝土。而另外一段直接擱置在樓梯間中部的梯橫梁上，并且在擱置端設(shè)置聚四氟乙烯板的滑動(dòng)支座，同時(shí)在端部進(jìn)行軟連接處理，如填充聚苯板等方式，其目的是希望在此位置能夠有一定的變形能力，提高抗震性能。該工程就是采取了圖4這種方式對(duì)樓梯進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)，在梯段部分均采用預(yù)制，其余梯梁及平臺(tái)板采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑。

由于目前重慶高層和超高層住宅工程樓梯一般為3m層高的剪刀樓梯，為了減小梯板的計(jì)算跨度和梯板厚度（以減小預(yù)制梯段的結(jié)構(gòu)重量），設(shè)計(jì)過(guò)程中在樓梯中部利用該部位的梯步做了一根梯梁作為上下梯段的支承梯梁，見(jiàn)圖4的TL2梁。在樓梯間中部的支承梯梁設(shè)計(jì)上可以看出其處理方式與現(xiàn)澆樓梯有不同，為了支承預(yù)制梯板，也為了讓樓梯間凈高滿足規(guī)范的要求，將該梯梁（TL2）做成L型的以達(dá)到支承和增加梯間凈高的要求。由圖4可以看出，設(shè)計(jì)中也將TL2梁頂部和挑耳部位作為滑動(dòng)支座（聚四氟乙烯板的滑動(dòng)支座）的方式處理，同時(shí)把兩塊預(yù)制梯板上下兩端預(yù)留鋼筋均與樓層平臺(tái)板的預(yù)留鋼筋連接，并采用后澆混凝土方式使梯板和平臺(tái)板連接在一起。

針對(duì)梯梁TL2，由于上下兩個(gè)梯段均把力作用在上面，并且左右兩段樓梯的作用位置不同，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，在其相交部分的L型段做了一定延伸的加強(qiáng)處理，同時(shí)增加了梯梁內(nèi)腰筋的數(shù)量，以保證該部分梯梁的抗剪和抗扭能力，如圖5所示。

圖5 樓梯中部TL2構(gòu)造詳圖

因?yàn)闃翘蓍g對(duì)框架結(jié)構(gòu)的整體剛度影響較大，所以在裝配整體式樓梯設(shè)計(jì)時(shí)需要將樓梯間對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度的影響考慮進(jìn)去。高層和超高層住宅工程通常采用剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻的整體抗側(cè)剛度大，樓梯間影響有限。滑動(dòng)支座的作用是將樓梯間的預(yù)制梯板與樓梯間中部的梯橫梁脫開(kāi)，避免梯板在側(cè)向力作用下形成斜撐，影響結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。當(dāng)然裝配整體式樓梯用在什么結(jié)構(gòu)中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況具體分析，不能一概而論。

3 施工工藝流程及要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖6所示：

圖6 施工工藝流程圖

圖7 吊裝驗(yàn)算模型

3.2 裝配整體單跑板式樓梯分段預(yù)制模具制作及安裝

裝配整體式樓梯分段預(yù)制模具應(yīng)嚴(yán)格按照模具設(shè)計(jì)進(jìn)行制作，模具設(shè)計(jì)應(yīng)考慮混凝土澆筑、脫模、翻轉(zhuǎn)、起吊的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求[6]，且便于支、拆模板、鋼筋安放及混凝土澆筑。模具表面應(yīng)平整、光滑，不應(yīng)有劃痕、生銹、氧化層脫落等現(xiàn)象[6]，并應(yīng)充分考慮防腐防銹措施。

模具安裝前應(yīng)清潔所有與混凝土的接觸面，以及與尺寸有關(guān)的碰口面。若模具內(nèi)壁附有雜物，應(yīng)使用風(fēng)槍吹凈，大塊雜物需用手揀出，若尺寸有偏差，需重新安裝模具并檢查是否符合要求。模具安裝后檢查是否牢固，是否拼縫嚴(yán)密，如有螺絲漏裝，必須重新加螺絲固定。若組裝好的模具有縫隙，應(yīng)用密封膠條或雙面膠密封，注意膠條不得進(jìn)入混凝土內(nèi)。

3.3 預(yù)制樓梯預(yù)埋吊釘施工

吊釘按設(shè)計(jì)吊點(diǎn)的位置準(zhǔn)確安裝，鋼筋與預(yù)埋吊釘需綁扎牢固，吊釘尾部采用2根“V”字型直徑為12mm的HRB400鋼筋進(jìn)行加強(qiáng)。吊釘與模板交界的碗口里采用碗型苯乙烯一丁二烯橡膠填充。

2) 平衡密封環(huán)有2個(gè)反向的U型金屬膨脹環(huán)(彈簧)，如圖1所示，開(kāi)口方向1個(gè)向上、1個(gè)向下，該設(shè)計(jì)能確保介質(zhì)無(wú)論從閥前還是閥后進(jìn)入，平衡密封環(huán)都能起到很好的密封作用。密封原理： 當(dāng)高壓介質(zhì)進(jìn)入U(xiǎn)型環(huán)內(nèi)時(shí)撐開(kāi)U型環(huán)密封，確保2個(gè)U型環(huán)中有1個(gè)能起到密封作用。

3.4 混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)

梯段采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，使其12h內(nèi)達(dá)到拆模強(qiáng)度和起吊強(qiáng)度。同條件養(yǎng)護(hù)的混凝土試塊平均抗壓強(qiáng)度達(dá)到15MPa以上就可脫模[6]，梯段模拆除后吊運(yùn)至堆場(chǎng)澆水養(yǎng)護(hù)，保持潮濕4d以上，使其強(qiáng)度正常發(fā)展，在達(dá)到設(shè)計(jì)安裝強(qiáng)度后才能進(jìn)行運(yùn)輸和安裝[6]。

3.5 預(yù)制樓梯吊裝驗(yàn)算

吊點(diǎn)位置的確定應(yīng)遵循正、負(fù)彎矩相等的原則。梯板折算厚度為250mm，寬度為1220mm，平放時(shí)長(zhǎng)度為3287mm（平放時(shí)彎矩最大），取動(dòng)力系數(shù)為1.5，計(jì)算模型如圖7所示：

鋼筋混凝土容重取2.5x10-6N/mm3，等效均布荷載，一半分析q=1.5x250x25x10-6x0.5x1220=5.72N/mm，最大彎矩MD=0.5qL2=0.5x5.72x6502=1.21x106N·mm，梯板計(jì)算高度h0=250=20=230mm，鋼筋面積As=236mm2（10@200），由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》7.1.4條受拉鋼筋應(yīng)力25.6N/mm2，三級(jí)鋼筋f=yk400N/mm2，由 《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》9.2.3條4款驗(yàn)算σs=25.6N/mm2≤0.7fyk=280N/mm2，滿足要求。

樓梯自重G=25x0.645x1.22=19.67kN，每個(gè)吊釘?shù)脑试S載重是2.5t（24.5kN），吊裝動(dòng)力系數(shù)取1.5，按最不利狀況（僅兩個(gè)吊釘受力）考慮，1.5x0.5G=14.5kN≤24.5kN，吊釘是安全的。

3.6 裝配整體單跑板式樓梯分段吊裝與安裝

1）樓梯安裝時(shí)旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算：由于樓梯間空間較?。ㄌ萘洪g距僅2120mm），樓梯安裝時(shí)需要旋轉(zhuǎn)后才能吊裝入位。經(jīng)測(cè)量，YZTB1以下底邊為旋轉(zhuǎn)中心順時(shí)針旋轉(zhuǎn)33°，此時(shí)樓梯最寬2010mm。YZTB2以下底邊為旋轉(zhuǎn)中心順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°，此時(shí)樓梯最寬2090mm。

2）樓梯構(gòu)件的吊裝應(yīng)使用吊梁，調(diào)整活動(dòng)吊點(diǎn)使掛于同一處的鏈條夾角小于60°，起吊接駁器與鏈條使用方法見(jiàn)圖8，過(guò)程中要特別注意人員安全，重物禁止從人員正上方經(jīng)過(guò)。

圖8 起吊接駁器與鏈條使用方法

3）主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，對(duì)梯梁面和梯梁挑耳的施工質(zhì)量重點(diǎn)控制，標(biāo)高誤差控制在±5mm以內(nèi)，表面平整度誤差控制在3mm內(nèi)。當(dāng)鋼筋混凝土梯梁和梯梁挑耳表面標(biāo)高或平整度不滿足要求時(shí)，對(duì)于高出設(shè)計(jì)標(biāo)高的地方進(jìn)行剔打，并用找平材料（水泥：細(xì)魚(yú)米石的比例為1：1）進(jìn)行找平。如低于設(shè)計(jì)標(biāo)高3mm以上時(shí)，應(yīng)用找平材料（水泥：細(xì)魚(yú)米石的比例為1：1）進(jìn)行找平。

4）表面找平3d后才可安裝聚四氟乙烯 （Poly tetra fluoroethylene，PTFE）滑動(dòng)支座。把PTFE板切割成合適大小 （b=250mm，l=1200mm），并在PTFE板上按設(shè)計(jì)要求標(biāo)注間隔尺寸，用鉆頭（d=8mm）進(jìn)行鉆孔。接著把鉆孔處理的PTFE板分別安放在樓梯中部的梯梁和挑耳上，并在梯梁面和挑耳面相應(yīng)的鉆孔位置進(jìn)行醒目標(biāo)記，然后進(jìn)行鉆孔，鉆孔深度h=100mm。鉆好孔后用高壓風(fēng)槍吹凈孔內(nèi)的雜物，并用植筋膠填滿孔洞空隙，將PTFE板重新安放在梁面上，應(yīng)保持PTFE板和相應(yīng)梁面的孔位置對(duì)齊，然后仍用植筋膠填滿PTFE板孔洞空隙。最后，如圖9所示，用不銹鋼平頭螺釘（l=70mm，d=4mm）釘入鉆好的孔內(nèi)，螺帽與PTFE板表面平齊，多余的植筋膠應(yīng)清干凈，用大于5kg的重物將PTFE板和平頭螺釘壓住，等待24h后植筋膠強(qiáng)度達(dá)到后再把重物移開(kāi)。

圖9 不銹鋼平頭螺釘釘入鉆好的孔內(nèi)

圖10 塔吊把梯段下落至安裝位置

5）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)塔吊設(shè)備的吊裝參數(shù)確定構(gòu)件起吊位置、施工樓層中的堆放位置，以及塔吊小車(chē)移動(dòng)范圍[5]。吊裝機(jī)械設(shè)備與吊具選用應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定，取最大單體構(gòu)件重量，即不利狀況的取值標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，確保吊裝安全。經(jīng)計(jì)算最重的樓梯構(gòu)件T1為1.975t，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝的50m臂長(zhǎng)QTZ63塔吊起重性能表，在距塔吊根部27m處可以吊3t，而現(xiàn)場(chǎng)樓梯段堆放的位置和安裝的位置均在27m以內(nèi)，完全滿足樓梯構(gòu)件吊裝要求。如圖10、圖11所示，梯段吊裝和安裝采用塔吊與手拉葫蘆結(jié)合。預(yù)制梯段角度到位后，塔吊把梯段下落到安裝位置面以上50～100mm處，根據(jù)測(cè)設(shè)的控制線用手拉葫蘆進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，使梯段準(zhǔn)確安裝到控制線上。

6）安裝完成后對(duì)樓梯的梯步、凈空、預(yù)埋件等尺寸、位置進(jìn)行復(fù)查，合格后采用加工好的舊模板對(duì)樓梯踏步進(jìn)行保護(hù)，防止墻和梁混凝土澆筑時(shí)對(duì)安裝好的預(yù)制梯段造成污染，以及轉(zhuǎn)運(yùn)建筑材料時(shí)對(duì)樓梯踏步造成損壞。

圖11 吊裝葫蘆微調(diào)安裝和校正樓梯

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程介紹了裝配整體單跑板式樓梯深化設(shè)計(jì)時(shí)把梯段設(shè)計(jì)成兩個(gè)梯段，中部設(shè)置滑動(dòng)支座，采用一端固定一端滑動(dòng)的形式，縮短構(gòu)件長(zhǎng)度，減輕重量，便于常規(guī)塔吊吊裝。樓梯預(yù)制時(shí)設(shè)計(jì)制作了工具式臺(tái)模進(jìn)行梯段的分段預(yù)制。梯段吊裝前安裝PTFE滑動(dòng)支座，梯段吊裝和安裝時(shí)采用塔吊與手拉葫蘆結(jié)合，保證梯段吊裝安全及安裝質(zhì)量。該技術(shù)指導(dǎo)性較強(qiáng)，操作易于控制，能有效保障施工質(zhì)量，縮短施工工期。安裝使用常規(guī)的塔吊，符合現(xiàn)階段重慶市施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，有利于裝配整體式樓梯在高層及超高層住宅工程中的推廣使用。當(dāng)然，該技術(shù)相對(duì)于裝配整體單跑板式樓梯，分成了兩個(gè)梯段，增加了吊裝的工程量，設(shè)置了滑動(dòng)支座，增加了一道施工工序的時(shí)間，延長(zhǎng)了工期，有一定的缺陷。