某吊挂式螺旋楼梯的分析与设计

建筑技术开发Building Technology Development建筑结构Building Structure第46卷第12期2019年6月某吊挂式螺旋楼梯的分析与设计林亮洪(华南理工大学建筑设计研究院有限公司，广州510640)［摘 要］以实际工程中的吊挂式螺旋楼梯为研究对象，采用SAP2000建立了分析模型，得出螺旋楼梯的位移及受力特征。 通过多个结构方案比较，研究了吊杆角度、上下支座情况、踏步板连接方式等对吊挂式螺旋楼梯的变形、舒适度及受力影响， 得出最有利的方案，并为设计中螺旋楼梯基础抗扭提供可靠的解决方案。［关键词］吊挂式；螺旋楼梯；舒适度；基础抗扭［中图分类号］TU391 ［文献标志码］A ［文章编号］1001-523X (2019) 12-0009-02Analysis and Design of A Hanging Spiral StaircaseLin Liang-hong［Abstract］ Taking a hanging spiral staircase in practical engineering as the research object, using the analysis model established by SAP2000, obtain the displacement and stress characteristics of spiral staircase. By comparing several structural schemes, studying the effects of suspender angle, upper and lower supports, pedal connection mode on the deformation, comfort and stress of suspended spiral staircase» get the most favorable scheme, and also provides a reliable solution for torsion resistance of spiral stair foundation in design.［Keywords ］ hanging type ； spiral staircase ； comfort level ； foundation torsion resistance螺旋楼梯可以营造优美、典雅的视觉效果，显现流线的 造型美，广泛应用于建筑的主入口、露台等显眼部位。以福 州某工程中的螺旋楼梯为例，对其进行方案比较、受力分析 和设计，并总结设计要点，为其他类似的螺旋楼梯提供一定 参考。1工程概况福州某工程于建筑北入口处，设有一钢结构螺旋楼梯。 螺旋楼梯由首层地面向上旋转360。后，在2层与一钢桥连接。 螺旋楼梯高度为5.1m,楼梯宽度为1.80m,踏步高度为0.15m 内环半径为2.4m,外环半径为6.0m。为了首层门厅空间需求及建筑视觉效果，不在螺旋楼梯 及钢桥下设柱，仅通过2根吊杆，吊挂于3层的梁下（图1）。采用SAP2000建立分析模型，螺旋楼梯两侧初定箱梁为 500mmx 150mm><20mm ；踏步板初定5.0mm厚扁豆形花纹钢 板，采用L形梁进行模拟，尺寸为螺旋楼梯中心线处的踏步 宽度x踢板高度即380mmxl50mm；吊杆采用定型产品，初 定截面为直径80mmo模型视图如图2所示。作用在螺旋楼梯 上的荷载主要有：1.2m高玻璃栏杆，线荷载为1.8kN/m,加 于两侧圈梁上；踏步面层荷载及可变荷载，折算成线荷载加 于L形梁上，分别为0.8kN/m及1.5kN/m。收稿日期：2019-02-26作者简介：林亮洪（1988-）,男，广东汕头人，工程师，主要研究方向

为建筑结构设计。图1建筑效果示意2螺旋楼梯计算分析2.1吊杆角度选定螺旋楼梯及钢桥一端支撑在2层梁板，一端由吊杆吊挂于 3层的梁下。为简化吊杆两端节点做法，吊杆两端采用较接连接。经震结构中的应用有很多种，需要根据实际情况进行合理的选 择，在最大程度上实现地震灾害的减小，同时保障财产与生 命安全。参考文献[1]白雪霜•结构抗震加固和消能减震优化设计方法[D].北京：中国建筑科 学研究院，2002.[2] 张照福，高冬芹.建筑抗震鉴定加固的历史现状和展望[J].低温建筑技

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在对螺旋楼梯进行受力分析时，发现螺旋楼梯内外圈梁 底部存在较大的轴力，且分别为一拉一压：内弧梁底部轴力 为-646.48kN,外弧梁底部轴力为378.72kN,将在基础平面 内产生750 kN - m,需要对基础进行抗扭设计。如图3所示, 通过加设地梁将螺旋楼梯下承台与主体结构承台连接，并在 地梁范围内的建筑地面中加设钢筋，保证地面层与承台形成用不明显。实际设计中，吊杆角度选用25°。2.2支座形式的影响设立踏步板两端连接为刚接，并改变模型中螺旋楼梯上 下端的支座形式，整理支座形式分别为刚接、较接时，螺旋 楼梯的位移及受力情况(表2)。表2不同支座形式下位移及受力情况位移、应力比支座为刚接支座为较接内圈弧梁外圈弧梁内圈弧梁外圈弧梁z方向最大位移/mm最大应力比-15.96-24.980.83-40.470.79-64.021.120.56从表2分析结果可以看出，2种支座形式下，外圈弧梁位 移及盈利比均大于内圈弧梁。两端支座为较接时，螺旋楼梯 刚度相对较小，竖向位移增大较多，且内外圈弧梁的应力比 均大于两端支座为刚接的情况。由此可见，螺旋楼梯上下支 座采用刚接形式，有利于提高螺旋楼梯整体的刚度，使螺旋 楼梯的变形及受力更容易满足规范要求。2.3踏步板连接形式的影响建立支座为刚接时，踏步板两端分别为刚接及较接的2个 模型，分析对比模型中的位移及受力情况。从计算结果得到，当踏步板两端为较接时，外圈弧梁的 竖向位移大幅增加，为-103.18mm,远大于踏步板两端为刚 接时的-24.98mm；当踏步板两端为较接时，内圈弧梁的竖 向位移减小较多，为-7.38mm,小于踏步板两端为刚接时 的-15.96mm。由此可见，踏步板的连接形式对协调内外圈弧 梁的变形有十分关键的作用。内圈弧梁弧长相对外圈弧梁小， 刚度相应较大，踏步板釆用刚接的方式，有利于发挥内圈弧 梁的作用，协调减小外圈弧梁的变形。2.4舒适度分析根据JGJ 3-2010«高层建筑混凝土设计技术规程》第3.7.7 条，楼盖结构的竖向振动频率不小于3Hz。根据GB 50017- 2003《钢结构设计规范》附录A中的规定，在永久荷载和可 变荷载标准值产生的挠度容许值为1/250,可变荷载标准值下 产生的挠度容许值1/300.将各模型的第1阶竖向自振频率和 挠度见表3。表3各模型第1阶竖向自振频率和挠度模型情况第1阶竖向自 振频率/Hz(1) 螺旋楼梯在竖向荷载下，容易产生横向位移，需提

外圈弧梁挠度/nun1.0永久荷载+L0可变荷载-24.98 (1/204)1.0可变荷载供有效的侧向约束以减少其横向位移。螺旋楼梯上部吊杆有 一定角度时，可产生有效的侧向约束作用，但角度大于一定 程度后，作用不明显。可根据规范中对位移的要求，适当调 整吊杆角度。(2) 螺旋楼梯上下支座釆用刚接形式，有利于提高螺旋 楼梯整体的刚度，使螺旋楼梯的变形及受力更容易满足规范 要求。(3) 螺旋楼梯的踏步板对协调内外圈弧梁的变形有十分 关键的作用，釆用踏步板与弧梁刚接的形式，可以有利地发 挥内圈弧梁刚度大的优势，通过踏步板的协调作用，有效地 减少外圈弧梁的竖向位移。(4) 螺旋楼梯需验算舒适度。螺旋楼梯两端支座釆用刚 接且踏步板两端釆用刚接时，刚度最大，最容易满足舒适度 要求。(5) 螺旋楼梯基础设计时，应留意内外圈弧梁底部轴力 产生的扭矩影响，应采取有效措施抵抗此扭矩。支座刚接且踏步板刚接支座刚接且踏步板较接支座较接且踏步板刚接支座较接且踏步板较接4.0733.0813.43710.26 (1/497)-35.53 (1/143)-26.42 (1/193)-103.18 (1/49)-64.02 (1/80)参考文献1.71-327.65 ( 1/16)-112.30 (1/46)从表3分析结果可以看出，两端支座刚接、踏步板与弧梁 刚接或较接，或者两端支座钱接、踏步板与弧梁刚接的情况 下，竖向自振频率均满足规范要求，但仅有支座刚接且踏步板

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