轻型预制楼梯的研究

谭贻导　欧阳浩　范永晶　陈刚　彭俊瑞

【摘要】目前建筑行业应用比较广泛的预制楼梯是板式钢筋混凝土预制楼梯，此类楼梯重量较大，重量过大导致施工塔吊的起重吨位增大，其存放、运输、吊装的成本较高。而肋梁折板式轻型预制楼梯的结构性能、耐火性能、连接方式均符合国家标准。肋梁折板式轻型预制楼梯比板式楼梯重量更轻，其材料用量减少，相应的生产、存放、运输成本均有所降低。楼梯的重量小，施工中使用的塔吊型号减小;吊装用电量减小;提高吊装效率。

【关键词】轻型预制楼梯;重量轻;受力性能;经济效益

国家大力推进装配式建筑的建设，目标到 2020年，全国装配式建筑占新建建筑的比例达15%以上，其中重点推进地区达到 20%以上[1]。”其目的是为了使建筑行业达到绿色，安全和高效的水准[2]。另一方面也推动了装配式行业的评价标准，设计与施工技术的不断创新与完善。对整个建筑行业的从业人员提出了更高的专业要求，与时俱进，为创建更高水平的建筑而砥砺前行[3]。

随着装配式的发展，《装配式混凝土结构技术规程》、《装配式混凝土建筑技术标准》、《装配式混凝土建筑施工规程》等标准和《装配式混凝土结构连接节点构造》、《装配式混凝土结构住宅建筑设计示例》等图集应运而生，使其具有更广泛的适用性，整体性和完善性，同时与时俱进地将设计与施工相结合，对装配式的节点连接等也做了更规范化的要求。力求达到设计标准化，生产工业化，施工装配化[4]。

楼梯是建筑中不可或缺的一部分，起到垂直交通的作用。目前，住宅楼梯主要采用现场浇筑的形式。由于楼梯形状不规则，其模板制作复杂，增加了材料及人工成本。现浇楼梯湿作业多，脏乱、工序繁多，成型质量难以保证，并且需要现场养护，整体施工周期较长，难以适用现代建筑绿色施工及环保工艺要求。预制楼梯的应用减少了现场施工工序，提高了生产效率，且预制楼梯在构件厂按标准生产，质量得到有效提升。

但是，目前预制楼梯在运用上也存在较多的问题。主流标准板式楼梯重量偏大，而大部分以现浇体系为主要施工对象的建筑企业，其主要施工塔吊的远端起吊能力大多数不能吊运相对重量较轻的双跑楼梯，更不敢奢望吊运更重的剪刀梯了。重量大导致生产成本增加、运输成本增加、吊运成本增加，导致预制楼梯综合单价增加，造成预制楼梯难以大规模运用。针对此类问题，中建四局联合清华大学设计院、中国建材总院、玛纳公司设计研发了“肋梁折板式轻型预制楼梯”，有效解决了预制楼梯过重及成本高的问题。

1、主要研究内容

1.1结构减重设计

肋梁折板式轻型预制楼梯（如图1）主要由梯梁、踢面板、踏步板组成，踢面板与踏步板组成折板，折板最小厚度可达65mm，折板内采用HRB400直径为6mm的钢筋，混凝土型号为C30，与普通板式钢筋混凝土楼梯相比，减重效果能达到40%以上。可根据项目要求及实际情况，对预制楼梯进行设计减重，对国标《15G367-1》板式预制楼梯而言，理论上减重可达到50%。也可根据需要采用双拼设计，重量更轻，方便吊运。

1.2连接方式

肋梁折板式轻型预制楼梯上下端预留有连接孔位，连接部分的梯形肋，增加了楼梯与结构梁的受力面积。肋梁折板式轻型预制楼梯的连接方式符合《15G367-1》“预制钢筋混凝土板式楼梯”要求，采用销键连接，上端支承处为固定铰支座，下端支承处为滑动铰支座[5]。

1.3结构性能

肋梁折板式楼梯受力方向为：载荷-踏板-梯梁-主体结构，踏板受力后，能将力均匀传递到两端的梯梁上，并且自重轻，比板式楼梯承受更大的载荷，更安全。

图2    预制楼梯底部连接部分

图3    预制楼梯连接剖面图

根据GB/T 50152-2012标准规定的方法进行肋梁折板式轻型预制楼梯结构性能加载试验。本次试验楼梯实测尺寸（长X宽X高）为4793mmX1158mmX2804mm，混凝土型号为C30，构件自重为2.73T，折板内采用HRB400直径为6mm的钢筋。楼梯上设置7个测量点位，在长达10个小时的持续荷载作用下，记录7个测量点的位移量。按照规范规定程序进行分级加载并持荷，加载至3.20Fd时，楼梯构件出现承载力标志[5]。本次试验所检测的肋梁折板式轻型预制楼梯的裂缝宽度、挠度及承载力等项目检验结构均满足GB/T 50152-2012规范规定。卸载后，楼梯裂缝宽度及挠度变形均有所恢复。

1.4耐火性能

在住宅项目中，要求楼梯构件要达到一定的防火等级。为检测肋梁折板式轻型预制楼梯的耐火性能，我们按照GB/T9978.1-2008标准要求送检的样品尺寸（长X宽X高）为500mmx500mmx65mm，混凝土强度为C35。经过长达90min高温试验，试件背火面未出现持续达10s或10s以上火焰，棉垫未着火，缝隙碳棒不可以穿过。试验表明试件的耐火完整性符合要求。

2、效益分析

2.1混凝土用量减少

从设计角度出发，在不改变表面结构尺寸及使用功能的前提下，普通板式预制楼梯一梯段体积为1.61m?，肋梁折板式预制楼梯一梯段体积为1.13m?。构件体积减少了29.81%，每个梯段减少0.48m?混凝土用量。

2.2钢筋用材调整，降低棒材损耗

普通板式预制楼梯含钢量为104.35kg/m?，肋梁折板式楼梯含钢量为140.77kg/m?。

每个梯段的钢筋用量统计如表1所示。

设计上表面看似含钢量上升，实际上每梯段钢筋用量降低了5.316%，并且提高了线材钢筋的用量，降低了棒材钢筋的用量及损耗。

2.3自身重量降低，提高运输效率

板式楼梯1梯段的自重为4吨，1次运输只能供应8个梯段;肋梁折板式楼梯1个梯段的自重为2.8吨，1次运输则可供应11个梯段。预制楼梯的运输效率提升了37.5%。

2.4构件造价减少，项目造价降低

将肋梁折板式楼梯与广州地区某项目的板式楼梯的生产成本進行对比（如表2），每梯段的成本造价可降低15.74%。优化前的板式楼梯一个梯段是1.61m?、造价是4844.22元/梯段;优化成肋梁折板式楼梯后一个梯段是1.13m?、造价是4081.66元/梯段;每一个梯段方量减少0.48m?、造价降低762.56元。

目前1套楼梯模具生产周转次数在每天1次，装配式建筑施工速度平均每4-6天一层，1套模具可应用在三栋同时开工且用同一型号楼梯的标准化装配式建筑中，实际正常理论周转次数在180次以内。

结语：

肋梁折板式轻型预制楼梯具有重量轻、载重大、受力性能好、通用性强等特点。其重量较轻，在项目中可以选择小吨位的塔吊，且吊转安装方便;其载重、受力性能都满足了国家相应标准;与普通板式楼梯相比，其混凝土用量、钢筋用量、运输成本、吊装成本、构件造价等均有减小。

参考文献：

[1]《散装水泥》编辑部.住建部印发《“十三五”装配式建筑行动方案》[J].建筑技术开发，2017（7）：161-161.

[2]秦占辉.基于绿色建筑理念的建筑节能方法探讨[J].工程技术：全文版：00035-00035.

[3]李湘琳.旧建筑改造中的节能设计策略与技术研究[D].2010.

[4]万成兴，沈丹.保障性住房的工业化设计建造工程实践——沈阳地铁丽水新城公共租赁住房项目设计汇报[J].中国住宅设施，2012（3）：18-21.

[5]张明海，丁小民.地下车站预制楼梯标准化设计与应用研究[J].中国市政工程，2018， 201（06）：70-73+112.