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第卷第期年月結構工程師氏大型鋼結構螺旋樓梯的設計與施工吳水根朱大宇魯辰達同濟大學(xué)，上海提要主要介紹某大型鋼結構螺旋樓梯在結構設計和構件制作加工過(guò)程中所遇到的技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題及其解決方法，從中探討如何做到設計制作和施工過(guò)程的相互交融，并闡述了設計制作和施工人員緊密合作對于整個(gè)工程順利實(shí)施的重要性。
關(guān)健詞螺旋樓梯，計算模型，拼裝，焊縫，彈性豎向位移由已印即印引言主要位置，業(yè)主要求樓梯要給人以輕盈通透的感覺(jué)，對酒店的整體起到畫(huà)龍點(diǎn)睛的效果。
近年來(lái)我國在鋼結構方面的設計和施工已日趨成熟，各種型式和結構體系的鋼結構都有了許多工程實(shí)例。
人們在利用鋼材創(chuàng )造新的結構型式的同時(shí)，也在設計和施工領(lǐng)域中遇到了很多問(wèn)題，設計和施工規范落后于實(shí)踐的現象常常出現。
在這種情況下，設計過(guò)程制作過(guò)程和施工過(guò)程常常交叉融合在一起，這就需要工程設計制作加工和施工人員緊密合作，對結構進(jìn)行周密細致的分析，針對具體的工程情況得到安全合理技術(shù)可行的設計和施工方案。
設計方案的確定工程概況某五星級酒店度假村的主樓為一海邊的五層建筑，采用鋼筋混凝土框架結構，部分區域為預應力混凝土結構。
整個(gè)建筑正立面面向大海，主人口大堂兩側有兩座對稱(chēng)布置的室外螺旋樓梯。
雖然僅為兩座樓梯，但由于位于整個(gè)建筑主立面的根據業(yè)主的要求，該螺旋樓梯先后進(jìn)行了三次方案修改，具體如下最初方案采用鋼筋混凝土結構，外徑樓梯寬度從地下室頂面（標高一旋轉后上升至二層樓面（標高十由于該方案采用鋼筋混凝土結構，為保證結構的強度和穩定性，整個(gè)樓梯設置了一定數量的混凝土墻體作為豎向傳力構件，業(yè)主認為這些墻體會(huì )在一定程度上阻礙客人眺望大海的視野，從而影響整個(gè)建筑的通透性，故該方案未被采納。
第二方案采用鋼結構，將外徑改為樓梯寬度改為旋轉后上升至標高并通過(guò)一段長(cháng)的水平直線(xiàn)段連接于二層樓面，在標高十和巧處分別設置圓心角為的扇形休息平臺，樓梯立面如圖所示。
為滿(mǎn)足業(yè)主的要求，取消了所有影響視線(xiàn)的墻體，僅將樓梯與一二層樓面的連接點(diǎn)作為支點(diǎn)。
樓梯主體采用螺旋形梁式結構，梁體為壁的兩室箱形截面，截面尺寸從如圖所示。
但業(yè)主認為樓梯的截面高度過(guò)大，同樣存在通透性的問(wèn)題，同時(shí)整個(gè)結構不夠輕盈，起不到畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用，需進(jìn)一步進(jìn)行修改和優(yōu)化。
最終方案仍采用鋼結構，在第二方案的基礎上將梁截面高度減小到功同時(shí)根據業(yè)主的要求將截面寬度增加為最終變?yōu)榈乃氖蚁湫谓孛妫鐖D所示。
辦乙的苗因叫律O一價(jià)。
叻的8的工價(jià)co門(mén)千只鑫沈泛飛二二二二汀一~一氣、一舊鬢聳鄉一到X.門(mén)優(yōu)仁叱玉乙之乙魁鑷圖樓梯立面圖區乍卜甲習戶(hù)哪昭一側勺日目二方案的梁很面助最終方案的粱截面圖兩種方案的樓梯梁截面工程難點(diǎn)問(wèn)題及解決設計計算模型的確定本工程設計計算模型的建立較為復雜，樓梯本身為一螺旋形鋼結構，下端新建一根混凝土梁作為其支承，而上端與已建的二層混凝土邊梁連接。
結構形狀節點(diǎn)約束條件以及邊界條件的選擇等都對結構分析的準確性有很大的影響。
同時(shí)，目前并沒(méi)有相關(guān)規范對于此類(lèi)鋼結構的變形長(cháng)細比和構造問(wèn)題等作出詳細規定，設計和計算的難度很大。
針對這些間題，最終選擇了0結構分析程序進(jìn)行計算。
考慮到與樓梯連接的混凝土結構剛度的影響，對已建混凝土結構進(jìn)行驗算，模型中加人了部分混凝土結構，包括下端新建的混凝土梁和上端二層的部分樓面。
1）計算模型整個(gè)螺旋樓梯采用多段直桿單元進(jìn)行模擬，各桿單元之間采用剛性連接。
為了控制整個(gè)樓梯的豎向變形，上下端與混凝土結構連接處按剛接考慮，并在節點(diǎn)的設計中實(shí)現。
下端新建的混凝土梁兩端根據實(shí)際情況視為鉸接，上端的二層部分混凝土樓面根據柱的位置設置支座，并偏安全地按鉸接計算。
計算模型見(jiàn)圖）內力計算結果表明，箱形鋼梁內部的應力較小，梁身強度完全足夠，但由于支座處的內力較大，因此與箱形鋼梁相連的棍凝土結構以及連接節點(diǎn)應進(jìn)行詳細的設計和驗算。
工程施工期作用，因此近似計算時(shí)可取出其中一段，將其幾何長(cháng)度乘以后作為計算長(cháng)度，由此得到的對弱軸方向的長(cháng)細比約為參考鋼結構設計規范》一第條和第條對于容許長(cháng)細比的規定是滿(mǎn)足的。
截面尺寸的細化圖計算模型位移經(jīng)計算，箱形鋼梁的最大豎向位移為6.
參考《鋼結構設計規范》一中表第項的規定，樓梯梁的撓度允許值[.
甩而實(shí)際樓梯的長(cháng)度為按此計算的最大豎向位移僅為同時(shí)參考該規范第條的規定，該位移量并不影響結構的正常使用和觀(guān)感。）長(cháng)細比整個(gè)樓梯的軸力分布為標高一段和一段受壓，其余各段受拉，各段的長(cháng)度約為從整個(gè)結構的形狀來(lái)看，相鄰的各段之間起到了部分的相互支撐巡叫設計時(shí)考慮與箱形鋼梁上下表面垂直的截面高度為但放樣時(shí)發(fā)現該截面并不是一個(gè)平面。
事實(shí)上，由于梁體軸線(xiàn)是一空間的螺旋線(xiàn)，而梁本身有一定的寬度（因此在旋升某一角度后，處于同一輻射線(xiàn)上的各點(diǎn)應上升同一高度并處于同一標高，但不同在半徑處該角度所對應的弧長(cháng)是不同的半徑越大，弧長(cháng)就越長(cháng)。
由此可見(jiàn)，不同半徑處，梁體的坡度也是不同的半徑大處坡度小。
與梁體各點(diǎn)都垂直的截面必定為一扭曲面。
這樣的截面形狀對于制作加工來(lái)說(shuō)是不可能的。
為了解決這一間題，在制作加工時(shí)改為以垂直于水平面的截面為依據。
根據梁體的設計尺寸，近似得到了沿輻射線(xiàn)垂直于水平面的截面尺寸和腹板二和處）每的展開(kāi)尺寸，如圖所示。
酬一仍一囚8仍一胃工絲一NS門(mén)一共李亡二1二沿輻射線(xiàn)垂直于水平面的截面尺寸侶呂中門(mén)或/多呂甲團。
NS的98仍廿寸卜門(mén)90的甲寸二）腹板展開(kāi)圖（每圖放樣參考圖眼山梁體的制作和工廠(chǎng)焊縫的設計本工程的梁體為一焊接的四室箱形截面，因此焊縫的設計應充分考慮到制作加工的過(guò)程和焊接施工的可行性，尤其應注意內部三塊腹板和頂底板焊接的可能性。
通過(guò)和制作方的討論，確定了如下的制作方案先將鋼板卷在圓柱模具上進(jìn)行端腹板的放樣和下料，然后根據設計尺寸搭設鋼模架并進(jìn)行底板的放樣和下料，最后蓋上頂板。
按此工藝過(guò)程，相應的各部分焊縫為兩端腹板和頂底板的連接采用坡口焊，坡口分別留設在頂板和底板上內部三塊腹板和底板的連接采用雙面角焊縫，和頂板的連接采用在頂板上的間斷開(kāi)槽塞焊。
這樣既符合制作加工的順序，又方便了焊接，保證了焊接的質(zhì)量。
作，并在工地現場(chǎng)拼裝焊接。
根據樓梯自身的形狀，將工地拼裝縫留設在螺旋段與平臺段的連接處。
然而，接頭的形式直接影響拼裝焊接可能性和整個(gè)結構的受力性能若將各制作段的面板腹板和底板接頭均留設在同一位置，勢必造成該處工地焊縫密集，從而使該處材質(zhì)硬化并產(chǎn)生過(guò)大的焊接應力，另外也使箱體內部三塊腹板的對接焊無(wú)法實(shí)現。
為解決這一問(wèn)題，設計方制作方和施工方進(jìn)行了詳細的討論研究和周密的分析計算，同時(shí)根據相應規范的要求，最終決定將各段在接頭處的腹板制作成長(cháng)短交錯狀，相鄰腹板錯平臺段面板在現場(chǎng)焊接（見(jiàn)圖這種接頭形式既方便了現場(chǎng)拼裝焊接，又保證了整個(gè)結構的受力性能，同時(shí)也滿(mǎn)足了相應規范的要求。
螺旋段與平臺段的現場(chǎng)連接由于本螺旋梯體量較大，因此在工廠(chǎng)分段制梁折角線(xiàn)圖螺旋段與平臺段的連接彈性豎向位移的預留螺旋梯安裝后在自重和活載的作用下必然出現豎向位移，該豎向位移會(huì )因施工工況的不同而有所變化（如安裝順序和支撐的設置情況等），且該豎向位移并非均勻。
根據計算，在螺旋梯上下端節點(diǎn)連接于混凝土主體的情況下，最大位移點(diǎn)出現在旋升至了的區域，最大位移約在旋升（即螺旋段與標高水平直線(xiàn)段的交點(diǎn)）處，位移約32.
參考《高層民用建筑鋼結構技術(shù)規程一第條和第條的規定，同時(shí)考慮到應盡量使標高的水平直線(xiàn)段在今后的使用過(guò)程中保持水平，制作時(shí)可將螺旋段在該處預留部分余量，使安裝時(shí)高于設計高度且將該預留量均布到各旋升高度。
同時(shí)，在施工時(shí)架設滿(mǎn)堂支撐，待整個(gè)螺旋梯安裝完畢后按一定的順序拆除支撐，并在拆撐過(guò)程中觀(guān)測螺旋梯的下沉量。
下轉第頁(yè)工程施工結構工期之間的數據傳輸。
首先，它將模型的屬性傳遞給分析模塊，分析完成后，再將分析結果傳遞給虛擬環(huán)境。
不論是模型屬性還是分析結果，其數據量都是很大的。
如何快速準確地進(jìn)行數據傳遞，是非常重要的。
通常，有兩種方法文本文件傳遞和內存傳遞。
文本文件傳遞方式即采用文本文件進(jìn)行模型數據和結果數據的傳遞。
因為一般的有限元軟件都具有文本文件輸人和輸出功能，因此，可以利用現有的有限元軟件來(lái)代替結構分析模塊，這樣，開(kāi)發(fā)的工作量比較少。
但是因為文件傳遞方式是對硬盤(pán)數據的讀寫(xiě)操作，其速度較慢，很難達到虛擬環(huán)境的速度要求。
內存傳遞方式即數據的交互完全在計算機內存中完成。
因其存取速度很快，完全可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)虛擬環(huán)境的要求。
但是，采用這種模式，必須自行開(kāi)發(fā)有限元分析模塊，因此，開(kāi)發(fā)的工作量比較大。
從兩種傳輸模式來(lái)看，因速度是影響虛擬環(huán)境性能的重要因素，采用內存傳遞模式無(wú)疑具有較高的適用性。
加快設計的進(jìn)度，使設計工作更人性化，更富有創(chuàng )造性，而且在目前的技術(shù)上是可行的。
隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，隨著(zhù)虛擬現實(shí)輸人和輸出設備的普及，虛擬現實(shí)技術(shù)在結構設計領(lǐng)域必將有更廣泛的應用前景。
參考文獻結論基于虛擬現實(shí)技術(shù)進(jìn)行結構設計不僅將大大王飛，王波，楊湘龍等。
上虛擬現實(shí)仿真的實(shí)現。
計算機工程，S郊隴似以婦多，目R以婦他嘆州似。
腸盯川腸呢壇t出犯t刃哪戮腸眼，郎，壓地塊比芍滬刀八門(mén)l鄧（上接第60頁(yè)結語(yǔ)參考文獻，I一，隨著(zhù)設計和施工水平的進(jìn)步，新型的鋼結構層出不窮，由于鋼結構自身的特點(diǎn)。
在設計和施工過(guò)程中常常出現相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。
在這種情況下，設計過(guò)程制作過(guò)程和施工過(guò)程三者相互滲透，這就要求設計方制作方和施工方緊密合作，根據具體的工程情況尋求安全合理技術(shù)可行的設計和施工方案，以保證整個(gè)工程的順利實(shí)施。
中華人民共和國國家標準。
鋼結構設計規范一中華人民共和國國家標準。
鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規范一中華人民共和國行業(yè)標準。
建筑鋼結構焊接技術(shù)規程（一中華人民共和國行業(yè)標準。
高層民用建筑鋼結構技術(shù)規程（一飛……
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