輕型預(yù)制樓梯的研究

譚貽導(dǎo)　歐陽浩　范永晶　陳剛　彭俊瑞

【摘要】目前建筑行業(yè)應(yīng)用比較廣泛的預(yù)制樓梯是板式鋼筋混凝土預(yù)制樓梯，此類樓梯重量較大，重量過大導(dǎo)致施工塔吊的起重噸位增大，其存放、運(yùn)輸、吊裝的成本較高。而肋梁折板式輕型預(yù)制樓梯的結(jié)構(gòu)性能、耐火性能、連接方式均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。肋梁折板式輕型預(yù)制樓梯比板式樓梯重量更輕，其材料用量減少，相應(yīng)的生產(chǎn)、存放、運(yùn)輸成本均有所降低。樓梯的重量小，施工中使用的塔吊型號減小;吊裝用電量減小;提高吊裝效率。

【關(guān)鍵詞】輕型預(yù)制樓梯;重量輕;受力性能;經(jīng)濟(jì)效益

國家大力推進(jìn)裝配式建筑的建設(shè)，目標(biāo)到 2020年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)15%以上，其中重點推進(jìn)地區(qū)達(dá)到 20%以上[1]?！逼淠康氖菫榱耸菇ㄖ袠I(yè)達(dá)到綠色，安全和高效的水準(zhǔn)[2]。另一方面也推動了裝配式行業(yè)的評價標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計與施工技術(shù)的不斷創(chuàng)新與完善。對整個建筑行業(yè)的從業(yè)人員提出了更高的專業(yè)要求，與時俱進(jìn)，為創(chuàng)建更高水平的建筑而砥礪前行[3]。

隨著裝配式的發(fā)展，《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、《裝配式混凝土建筑施工規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)和《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點構(gòu)造》、《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計示例》等圖集應(yīng)運(yùn)而生，使其具有更廣泛的適用性，整體性和完善性，同時與時俱進(jìn)地將設(shè)計與施工相結(jié)合，對裝配式的節(jié)點連接等也做了更規(guī)范化的要求。力求達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)工業(yè)化，施工裝配化[4]。

樓梯是建筑中不可或缺的一部分，起到垂直交通的作用。目前，住宅樓梯主要采用現(xiàn)場澆筑的形式。由于樓梯形狀不規(guī)則，其模板制作復(fù)雜，增加了材料及人工成本。現(xiàn)澆樓梯濕作業(yè)多，臟亂、工序繁多，成型質(zhì)量難以保證，并且需要現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)，整體施工周期較長，難以適用現(xiàn)代建筑綠色施工及環(huán)保工藝要求。預(yù)制樓梯的應(yīng)用減少了現(xiàn)場施工工序，提高了生產(chǎn)效率，且預(yù)制樓梯在構(gòu)件廠按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，質(zhì)量得到有效提升。

但是，目前預(yù)制樓梯在運(yùn)用上也存在較多的問題。主流標(biāo)準(zhǔn)板式樓梯重量偏大，而大部分以現(xiàn)澆體系為主要施工對象的建筑企業(yè)，其主要施工塔吊的遠(yuǎn)端起吊能力大多數(shù)不能吊運(yùn)相對重量較輕的雙跑樓梯，更不敢奢望吊運(yùn)更重的剪刀梯了。重量大導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加、運(yùn)輸成本增加、吊運(yùn)成本增加，導(dǎo)致預(yù)制樓梯綜合單價增加，造成預(yù)制樓梯難以大規(guī)模運(yùn)用。針對此類問題，中建四局聯(lián)合清華大學(xué)設(shè)計院、中國建材總院、瑪納公司設(shè)計研發(fā)了“肋梁折板式輕型預(yù)制樓梯”，有效解決了預(yù)制樓梯過重及成本高的問題。

1、主要研究內(nèi)容

1.1結(jié)構(gòu)減重設(shè)計

肋梁折板式輕型預(yù)制樓梯（如圖1）主要由梯梁、踢面板、踏步板組成，踢面板與踏步板組成折板，折板最小厚度可達(dá)65mm，折板內(nèi)采用HRB400直徑為6mm的鋼筋，混凝土型號為C30，與普通板式鋼筋混凝土樓梯相比，減重效果能達(dá)到40%以上?？筛鶕?jù)項目要求及實際情況，對預(yù)制樓梯進(jìn)行設(shè)計減重，對國標(biāo)《15G367-1》板式預(yù)制樓梯而言，理論上減重可達(dá)到50%。也可根據(jù)需要采用雙拼設(shè)計，重量更輕，方便吊運(yùn)。

1.2連接方式

肋梁折板式輕型預(yù)制樓梯上下端預(yù)留有連接孔位，連接部分的梯形肋，增加了樓梯與結(jié)構(gòu)梁的受力面積。肋梁折板式輕型預(yù)制樓梯的連接方式符合《15G367-1》“預(yù)制鋼筋混凝土板式樓梯”要求，采用銷鍵連接，上端支承處為固定鉸支座，下端支承處為滑動鉸支座[5]。

1.3結(jié)構(gòu)性能

肋梁折板式樓梯受力方向為：載荷-踏板-梯梁-主體結(jié)構(gòu)，踏板受力后，能將力均勻傳遞到兩端的梯梁上，并且自重輕，比板式樓梯承受更大的載荷，更安全。

圖2? ? 預(yù)制樓梯底部連接部分

圖3? ? 預(yù)制樓梯連接剖面圖

根據(jù)GB/T 50152-2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行肋梁折板式輕型預(yù)制樓梯結(jié)構(gòu)性能加載試驗。本次試驗樓梯實測尺寸（長X寬X高）為4793mmX1158mmX2804mm，混凝土型號為C30，構(gòu)件自重為2.73T，折板內(nèi)采用HRB400直徑為6mm的鋼筋。樓梯上設(shè)置7個測量點位，在長達(dá)10個小時的持續(xù)荷載作用下，記錄7個測量點的位移量。按照規(guī)范規(guī)定程序進(jìn)行分級加載并持荷，加載至3.20Fd時，樓梯構(gòu)件出現(xiàn)承載力標(biāo)志[5]。本次試驗所檢測的肋梁折板式輕型預(yù)制樓梯的裂縫寬度、撓度及承載力等項目檢驗結(jié)構(gòu)均滿足GB/T 50152-2012規(guī)范規(guī)定。卸載后，樓梯裂縫寬度及撓度變形均有所恢復(fù)。

1.4耐火性能

在住宅項目中，要求樓梯構(gòu)件要達(dá)到一定的防火等級。為檢測肋梁折板式輕型預(yù)制樓梯的耐火性能，我們按照GB/T9978.1-2008標(biāo)準(zhǔn)要求送檢的樣品尺寸（長X寬X高）為500mmx500mmx65mm，混凝土強(qiáng)度為C35。經(jīng)過長達(dá)90min高溫試驗，試件背火面未出現(xiàn)持續(xù)達(dá)10s或10s以上火焰，棉墊未著火，縫隙碳棒不可以穿過。試驗表明試件的耐火完整性符合要求。

2、效益分析

2.1混凝土用量減少

從設(shè)計角度出發(fā)，在不改變表面結(jié)構(gòu)尺寸及使用功能的前提下，普通板式預(yù)制樓梯一梯段體積為1.61m?，肋梁折板式預(yù)制樓梯一梯段體積為1.13m?。構(gòu)件體積減少了29.81%，每個梯段減少0.48m?混凝土用量。

2.2鋼筋用材調(diào)整，降低棒材損耗

普通板式預(yù)制樓梯含鋼量為104.35kg/m?，肋梁折板式樓梯含鋼量為140.77kg/m?。

每個梯段的鋼筋用量統(tǒng)計如表1所示。

設(shè)計上表面看似含鋼量上升，實際上每梯段鋼筋用量降低了5.316%，并且提高了線材鋼筋的用量，降低了棒材鋼筋的用量及損耗。

2.3自身重量降低，提高運(yùn)輸效率

板式樓梯1梯段的自重為4噸，1次運(yùn)輸只能供應(yīng)8個梯段;肋梁折板式樓梯1個梯段的自重為2.8噸，1次運(yùn)輸則可供應(yīng)11個梯段。預(yù)制樓梯的運(yùn)輸效率提升了37.5%。

2.4構(gòu)件造價減少，項目造價降低

將肋梁折板式樓梯與廣州地區(qū)某項目的板式樓梯的生產(chǎn)成本進(jìn)行對比（如表2），每梯段的成本造價可降低15.74%。優(yōu)化前的板式樓梯一個梯段是1.61m?、造價是4844.22元/梯段;優(yōu)化成肋梁折板式樓梯后一個梯段是1.13m?、造價是4081.66元/梯段;每一個梯段方量減少0.48m?、造價降低762.56元。

目前1套樓梯模具生產(chǎn)周轉(zhuǎn)次數(shù)在每天1次，裝配式建筑施工速度平均每4-6天一層，1套模具可應(yīng)用在三棟同時開工且用同一型號樓梯的標(biāo)準(zhǔn)化裝配式建筑中，實際正常理論周轉(zhuǎn)次數(shù)在180次以內(nèi)。

結(jié)語：

肋梁折板式輕型預(yù)制樓梯具有重量輕、載重大、受力性能好、通用性強(qiáng)等特點。其重量較輕，在項目中可以選擇小噸位的塔吊，且吊轉(zhuǎn)安裝方便;其載重、受力性能都滿足了國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn);與普通板式樓梯相比，其混凝土用量、鋼筋用量、運(yùn)輸成本、吊裝成本、構(gòu)件造價等均有減小。

參考文獻(xiàn)：

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