重慶印制二廠4#樓新增樓梯設(shè)計(jì)探討

陳港，任毅，鄒勇，楊若愚

(重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶400042)

重慶印制二廠4#樓新增樓梯設(shè)計(jì)探討

陳港，任毅，鄒勇，楊若愚

(重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶400042)

在對(duì)老舊建筑進(jìn)行改造設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于其本身結(jié)構(gòu)體系、建筑格局及使用功能的局限性，特別是方案設(shè)計(jì)必須滿足建筑效果及結(jié)構(gòu)性能，因此改造存在很多限制。該文對(duì)原重慶印制二廠4#樓新增樓梯方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，為類似工程實(shí)踐提供一定借鑒。

樓梯；方案設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)型式

0 引言

伴隨著城市經(jīng)濟(jì)、人文意識(shí)的不斷發(fā)展，老舊城區(qū)的改造、擴(kuò)建需求正在不斷增強(qiáng)；但是由于老舊建筑本身結(jié)構(gòu)體系、建筑格局及使用功能的局限性，對(duì)改造存在一定程度限制。本文通過(guò)對(duì)原重慶印制二廠4#樓新增樓梯選型及設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問(wèn)題的探討，最終提出滿足建筑效果及結(jié)構(gòu)性能的方案，以此為類似工程實(shí)踐提供一定的借鑒。

1 工程概況

原重慶印制二廠4#樓為四層框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)需對(duì)房屋進(jìn)行改造后以作他用。因該房屋原來(lái)僅設(shè)置了一部電梯，為改造后滿足消防需求，現(xiàn)需新增一部消防樓梯?？紤]到房屋的使用現(xiàn)狀、后續(xù)使用的功能規(guī)劃及周邊環(huán)境，該次改造擬在房屋右側(cè)(遠(yuǎn)離原電梯位置一端)新增樓梯，其新增樓梯直接設(shè)置在原房屋外側(cè)的相鄰位置，房屋改造平面見(jiàn)圖1所示（其中虛線框內(nèi)為該次新增樓梯）。

圖1 平面示意圖

2 設(shè)計(jì)方案

由于該工程為創(chuàng)意園改造，項(xiàng)目本身在概念設(shè)計(jì)規(guī)劃、建筑方案及結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度方面均有一定的要求?？紤]到樓梯的整體結(jié)構(gòu)受力情況，設(shè)計(jì)上首先提出了采用型鋼柱和鋼梁組成的鋼結(jié)構(gòu)樓梯，并考慮到后續(xù)使用過(guò)程中新舊結(jié)構(gòu)變形不一致，且鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度變形更為敏感，為防止以后新增樓梯與原房屋結(jié)構(gòu)連接處因不協(xié)調(diào)變形而產(chǎn)生過(guò)大內(nèi)力導(dǎo)致的開(kāi)裂等問(wèn)題，故設(shè)計(jì)時(shí)不再像一般情況下那樣將二者在主體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行可靠連接，而將新增樓梯設(shè)計(jì)為獨(dú)立結(jié)構(gòu)（其結(jié)構(gòu)平面見(jiàn)圖2，后稱方案一）。但在現(xiàn)場(chǎng)工作推進(jìn)過(guò)程中，為使得樓梯在上人時(shí)視野更加開(kāi)闊、通訊更為方便，亦可達(dá)到預(yù)想的建筑效果，相關(guān)單位提出將四根外角鋼柱內(nèi)移，使得鋼柱為核心筒、梯步全懸挑，經(jīng)調(diào)整后形成了結(jié)構(gòu)平面如圖3所示的方案二。該次設(shè)計(jì)方案建筑立面圖如圖4所示。

圖2 方案一結(jié)構(gòu)平面示意圖

圖3 方案二結(jié)構(gòu)平面示意圖

圖4 建筑立面示意圖

3 計(jì)算分析

根據(jù)設(shè)計(jì)方案采用相關(guān)大型商業(yè)軟件建立模型進(jìn)行分析。混凝土強(qiáng)度等級(jí)取C30，鋼材型號(hào)取Q235B，鋼構(gòu)件尺寸見(jiàn)表1所示。

表1 構(gòu)件尺寸表

根據(jù)新增樓梯地處的場(chǎng)地及地理位置，分析時(shí)考慮了兩種設(shè)計(jì)方案在豎向荷載和風(fēng)荷載[1]作用下的柱軸力、自振頻率和結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移[2-3]，計(jì)算分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在采用方案二對(duì)四角鋼柱進(jìn)行內(nèi)移時(shí)柱最小軸力呈減小、最大軸力呈增大趨勢(shì)，樓梯自振頻率呈減小趨勢(shì)，頂點(diǎn)位移呈增大趨勢(shì)。

由分析結(jié)果并且考慮到如此布置柱減小后樓梯整體剛度較柔、抗側(cè)向作用能力較差，故設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)方案二進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)改變結(jié)構(gòu)型式將鋼柱替換為鋼管混凝土柱，鋼管混凝土在結(jié)構(gòu)上能夠?qū)摻Y(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，不僅可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)時(shí)其抗壓強(qiáng)度大幅提高，同時(shí)由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，大大提高了承載能力；不僅如此，方案優(yōu)化后在遭受火災(zāi)時(shí)因管柱截面溫度場(chǎng)的分布很不均勻，而鋼管內(nèi)填有的混凝土能吸收大量的熱能，增加管柱的耐火時(shí)間，減慢鋼柱的升溫速度，并且一旦鋼柱屈服，混凝土可以承受大部分的軸向荷載，防止結(jié)構(gòu)倒塌。

根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果可知，在方案二優(yōu)化后采用鋼管混凝土情況下，其自振頻率相比方案一及方案二均偏大，頂點(diǎn)位移值相比方案一及方案二均偏小，其振動(dòng)環(huán)境的舒適反應(yīng)更好；特別是方案二優(yōu)化采用鋼管混凝土后，結(jié)構(gòu)自身剛度有較大提升，并且其抗側(cè)向作用能力亦有增強(qiáng)。

各方案分析結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 分析結(jié)果表

4 結(jié)語(yǔ)

在老舊建筑改造過(guò)程中外界條件受到諸多限制，該設(shè)計(jì)中為滿足建筑意圖，通過(guò)改變結(jié)構(gòu)型式，采用鋼管混凝土而提出的方案二優(yōu)化后，因其良好結(jié)構(gòu)特征和建筑呈現(xiàn)，最終受到各方認(rèn)可，值得類似工程借鑒參考。

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50009－2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50017－2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

[3]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50010－2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Discussion on Design of a Newly-added Staircase in Building 4#of TESTBED2 in Chongqing

In the renovation design of old buildings,there are lots of limitations,such as its own structural system,building layout and functions,particularly the scheme design must serve the building effects and structural performance,so the renovation may be quite thorny.This paper discusses the design of a newly-added staircase in Building 4#of TESTBED 2 in Chongqing,providing some references for similar projects.

staircase;scheme design;structural style

TU375

A

1671-9107（2017）06-0049-02

基金論文：該文為重慶市建設(shè)科技計(jì)劃項(xiàng)目“老舊工業(yè)廠房改造再利用技術(shù)及工程管理綜合研究”（項(xiàng)目編號(hào)：城科字2015第（1-36）號(hào)）系列研究論文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.06.049

2017-05-09

陳港（1987-），男，重慶人，研究生，工程師，主要從事結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定、加固設(shè)計(jì)及加固施工等工作。