預制剪刀樓梯拆分設計方案對比分析

李 松，張海龍，劉 銳，胡銀波，廖 聰

（中建三局集團有限公司工程總承包公司，湖北 武漢 430064)

伴隨建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，預制樓梯的應用越來越普遍，常被列入首選的預制構件名單中。由于住宅建筑樓梯間的層高及平面尺寸具有通用性和重復性，所以預制樓梯是“部品構件產(chǎn)業(yè)化和通用化”中的重要一環(huán)，是住宅建筑中最可以標準化，最適合采用預制裝配設計和施工的部分，對促進建筑工業(yè)化技術的快速推廣具有積極的意義。

與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆樓梯相比，預制樓梯不僅質(zhì)量和觀感大大提升，而且生產(chǎn)精度高、安裝操作簡單、施工速度快，不僅在施工過程中省去了臨時通道，還節(jié)省了后期二次抹灰的環(huán)節(jié)，同時預留了防滑凹線條、滴水線，既滿足了功能需要，又有良好的裝飾效果。但是預制剪刀梯構件的自重較大、造價較高、吊裝困難，在塔機選型中往往起到?jīng)Q定性作用，如果僅僅因為預制樓梯構件過重而增加塔機選型，會大大增加項目成本。所以預制剪刀樓梯的拆分設計方案對項目顯得尤為重要。

1 預制樓梯拆分設計方案

本文以某住宅樓項目為例，對常見的3 種預制剪刀樓梯的拆分設計方案進行對比分析。該樓棟采用裝配整體式混凝土剪力墻結構，采用的預制構件有：預制剪力墻、預制非承重圍護墻、ALC條板、疊合樓板、預制樓梯等，地上33 層，建筑高度95.6m，層高2.9m，2 梯3 戶，樓梯間設計為剪刀梯，梯段采用預制混凝土梯段。

該項目每個樓梯間共設計有2 個剪刀樓梯梯段，每個梯段有17 個踏步，結合項目特點，預制樓梯的3 種拆分設計方案分別是：整體預制、縱向拆分、橫向拆分。分別對上述3 種方案進行截面設計、計算和對比分析。預制樓梯不需要抹灰，恒載僅取自重，活載取3.5kNm2。

1.1 整體預制拆分設計方案

整體預制拆分設計方案是剪刀樓梯的梯段整體預制，預制梯段高度同層高2.9m，寬度1.2m，結構形式如圖1 所示。該方案每層樓梯間有2 個預制梯段，需2 次吊裝。

圖1 整體預制拆分設計方案結構形式

該設計方案的優(yōu)點是預制構件完整，不用在梯段中間設置梯梁、梯柱，不存在預制構件之間的接縫，每層樓梯間有2 個預制梯段，需2 次吊裝，吊次少，梯段處現(xiàn)場不需要二次施工工序。缺點是預制構件重量偏大，對塔機起重能力要求較高。

該拆分設計方案梯段厚度取為0.21m，經(jīng)計算，彎矩圖和剪力圖如圖2 所示，撓度和裂縫如圖3 所示。

圖2 整體預制方案彎矩圖和剪力圖

圖3 整體預制方案撓度圖和裂縫圖

由計算結果可知，梯板設計厚度為0.21m，底部實配鋼筋為C14@130，預制梯段的截面、彎矩和剪力均滿足要求；最大撓度fmax=26.18mm＜[f]=28.47mm，滿足要求，裂縫驗算結果ωmax=0.07mm ＜[ω]=0.30mm，滿足要求。

1.2 縱向拆分設計方案

縱向拆分設計方案是預制剪刀樓梯在縱向從樓梯中間處把樓梯分為左右兩半分別預制，然后進行現(xiàn)場拼裝，預制梯段高度同層高2.9m，寬度0.59m，樓梯縱向分段設計結構形式如圖4所示。該方案每層樓梯間有4 個預制梯段，需4 次吊裝。

圖4 縱向拆分設計方案結構形式

該設計方案的優(yōu)點是不用在梯段中間設置梯梁、梯柱，降低結構施工成本。每層樓梯間有4個預制梯段，需4 次吊裝，難點是預制生產(chǎn)、安裝拼接精度要求高，縱向拼接縫處左右易產(chǎn)生高低差，縱向拼縫處易產(chǎn)生裂縫，影響美觀。

該拆分方案支座條件和跨度與整體預制方案相同，因此梯段設計厚度同樣取0.21m，經(jīng)計算，彎矩圖、剪力圖、撓度圖和裂縫圖與整體預制方案相同，均滿足要求。

1.3 橫向拆分設計方案

橫向拆分設計方案是預制剪刀樓梯從橫向一分為二，分別預制，然后進行現(xiàn)場拼裝，預制梯段高度為半層層高1.45m，寬度1.2m，結構形式如圖5 所示。該方案每層樓梯間有4 個預制梯段，1 個預制梯梁，需5 次吊裝。

圖5 橫向拆分設計方案結構形式

該設計方案的優(yōu)點是樓梯踏步完整，同一踏步無縱向拼接縫，2 段均為獨立安裝，施工時控制中部梯梁的誤差即可較好地完成對接，是預制樓梯分段技術中較常采用一種設計方法。但是該方法需在橫向分段倍置處設置梯梁以支撐2 段預制樓梯，增設梯梁將增加一道工序及相應成本，同時會影響美觀和拼接處的凈高，需提前考慮。

該拆分設計方案梯段設計厚度為0.1m，經(jīng)計算，彎矩圖和剪力圖如圖6 所示，撓度和裂縫如圖7 所示。

圖6 橫向拆分設計方案彎矩圖和剪力圖

圖7 橫向拆分設計方案撓度圖和裂縫圖

由計算結果可知，梯板設計厚度為0.1m，底部實配鋼筋為C10@150，預制梯段的截面、彎矩和剪力滿足要求；撓度fmax=11.97mm＜[f]=13.76mm，滿足要求，裂縫驗算結果ωmax=0.07mm ＜[ω]=0.30mm，滿足要求。

2 方案對比分析

經(jīng)計算分析，3 種拆分設計方案的預制構件種類、尺寸、數(shù)量、吊裝次數(shù)和單個構件最大重量等設計參數(shù)如表1 所示。

2.1 單個構件最大重量對比分析

由表1 可知，整體預制方案由于預制梯段計算跨度較大，為滿足承載力、撓度和裂縫的要求，梯板設計厚度為0.21m，寬度1.2m，單個構件達到4.94t?？v向拆分設計方案，預制梯段計算跨度與整體預制方案相同，梯板設計厚度0.21，寬度0.59m，單個構件重量2.43t。橫向拆分設計方案，預制梯段計算跨度2.6m，跨度較前兩種方案較小，梯板設計厚度較薄，取為0.1m，寬度1.2m，單個構件重量1.62t。

表1 3種拆分方案的參數(shù)對比

整體預制方案單個構件最大重量4.94t，本項目其余預制構件均在3.5t 以內(nèi)，若采用整體預制方案，則需要增大塔機型號，大大增加成本。

縱向拆分設計方案或橫向拆分設計方案，可以控制預制梯段重量在3t 以內(nèi)，不必增大塔機型號，節(jié)省塔機費用。

2.2 鋼筋含量對比

根據(jù)3 種拆分設計方案計算可知，整體預制方案和縱向拆分設計方案的梯板設計厚度0.21m，底部縱向配筋14@130，其余按構造配筋，鋼筋含量約為112.24kgm3，橫向拆分設計方案的梯板設計厚度0.1m，底部縱向配筋10@150，其余按構造配筋，鋼筋含量約為118.83kgm3。

整體預制方案和縱向拆分設計方案由于計算跨度較大，梯板設計厚度較厚，預制構件體積較大，所用鋼筋較多。橫向拆分設計方案由于計算跨度較小，梯板較薄，預制構件體積較小，所用鋼筋較少。整體而言，3 種拆分設計方案的單倍體積的鋼筋含量基本一致。

2.3 施工成本對比

以該住宅樓項目為例，按照官方發(fā)布的預制構件的市場信息價：預制樓梯3 786 元m3，預制梁4 000 元m3，3 種拆分設計方案的構件成本對比如表2 所示。

表2 3種拆分設計方案的構件成本

由表2 可以看出，整體預制方案和縱向拆分設計方案由于計算跨度較大，梯板設計厚度較厚，所以預制構件總體積最大，構件總價也最高。

縱向拆分設計方案與整體預制方案的預制構件總體積基本相等，構件總價也基本相同。

橫向拆分設計方案的計算跨度較小，梯板設計較薄，所以預制構件總體積最小，總價也最低。

綜上所述，3 種拆分設計方案中，整體預制方案的與縱向拆分設計方案的構件總價基本一致，且施工成本均比橫向拆分設計方案多40%左右。橫向拆分設計方案的經(jīng)濟效益最好。

3 結語

1)整體預制方案單個構件最大重量最重，若采用整體預制方案，則可能需要增大塔機型號，大大增加成本?？v向拆分設計方案和橫向拆分設計方案可以有效控制預制梯段重量，無須增加塔機費用。

2)整體預制方案和縱向拆分設計方案的預制構件體積較大，所用鋼筋也較多。橫向拆分設計方案預制構件體積較小，所用鋼筋也較少。整體而言，3 種拆分設計方案的單倍體積鋼筋含量基本一致。

3)整體預制方案的與縱向拆分設計方案的構件總價基本相同，且施工成本均比橫向拆分設計方案多40%左右。橫向拆分設計方案的經(jīng)濟效益最好。