赵昱：钢结构箱梁式玻璃楼梯施工工艺设计与技术研究

钢结构箱梁式玻璃楼梯施工工艺设计与技术研究

赵昱

 

摘要：有“西北第一高楼”之称的陕西信息大厦位于十三朝古都——西安市的碑林区，毗邻陕西国际展览中心、省体育场、省图书馆、西安博物馆等，是西安文体科技的中心所在。陕西信息大厦总体定位为五星级综合性酒店大厦，由主楼、裙楼及地下停车场组成。大厦的地下一层至二十五层为西安皇冠假日酒店。赵昱作为技术总负责人，主持了该酒店VI标段的室内装饰施工，并实现了一项国家级的行业科技创新成果。

关键词：室内装饰施工；箱梁式；钢结构；玻璃楼梯施工

 

皇冠假日为国际著名的五星级酒店连锁品牌，定位高端，而且酒店大堂是顾客进入酒店的第一个视觉焦点,也是客流量的疏通枢纽,大堂装饰效果的好坏对酒店内部的整体装饰效果有很大的影响。

在大堂一层至地下一层采用了钢结构箱梁式玻璃发光楼梯作为主要连接通道，作为科技创新的重要成果，其外观时尚大气，现代感强，但相应技术含量高，施工难度大，多项技术具有首创性。

玻璃属于脆性材料，具有很高的强度，能承受较大荷载。由于其自重轻，截面小，轻盈通透，装饰性强，因而受到设计师的青睐，常常被使用于室内装饰中。在本工程中，楼梯所在位置为主要进出口通道，若采用混凝土楼梯会采用产生自重大、视觉效果差等问题，根据现场实际情况，结合工程造价等因素，采用了全钢箱梁作为主结构梁、预制不锈钢驳接件作为点支承构件、钢化夹胶玻璃作为踏步和栏板的施工方案。

一、设计深化

箱梁式玻璃楼梯主要是由两侧矩形的钢箱梁、内钢架结构、玻璃踏板的不锈钢驳接件、结构加强支撑梁、31块面层蚀刻防滑的钢化夹胶玻璃踏板、2块扇形钢化夹胶休息平台玻璃、热弯钢化夹胶玻璃栏板及柚木实木扶手所构成。

 

图1：楼梯平面图

 

结构的稳定与安全是深化设计的首要考虑因素。为了确保安全，方便施工，同时满足装饰效果要求，采用100×200×10镀锌矩形管作为内钢架结构柱，与锚固钢板焊接固定。矩形箱梁位于楼梯两侧，通过锚固钢板和内钢架与主体结构固接，优美的弧度和光亮的不锈钢饰面在视觉效果上极为突出。为了提高整体结构的稳定性，在休息平台、楼梯上行段和下行段分别设置了结构加强支撑箱梁，焊接固定于钢箱梁上。休息平台处采用Φ200×10镀锌钢管作为立柱。钢架结构示意图见图2。

 

图2：钢架结构示意图

 

踏板采用15+1.14+19+1.14+15钢化夹胶玻璃，为了提高防滑性，增强观感效果，采用了面层蚀刻雕花工艺。每块踏板玻璃经由两端的304不锈钢驳接件与箱梁焊接。踏板下方安装304不锈钢卡槽，以安装暗藏灯带。踏板连接节点大样见图3。

二、承载力验算

承载力验算主要对楼梯主梁、平台梁，立柱进行验算。楼梯层高为5.178m，踏步高为161.8mm，主要结构：主梁100×400×10矩形箱梁，平台梁为100×450×10矩形箱梁，立柱为Φ200×10钢管。

1、计算依据及荷载组合

本次验算根据国家现行规范如下：

《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2006）

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

《钢筋混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

研究对象的安全等级为二级。

荷载组合为：S=γ_GS_GK+γ_QIS_QIK ；    （式1）

γ_G =1.35，γ_QI=1.4，S_GK为自重，S_QIK人群荷载取3.5kN/㎡。

其中玻璃取25kN/m³，柚木取7 kN/m³，不锈钢钢材取78.5m·kN/m³。

2、计算简图

由于此种楼梯为多次超静定空间结构，内力分析复杂繁琐，手算计算量巨大且不够精确，故采用计算机计算，并忽略局部加强的构造以及以直代曲来简化，采用空间梁单元建模。

3、应力计算结果

需要把握主要不利部位构建的强度作为控制因素。楼梯主梁、平台梁、立柱计算如图所示。计算结果表明：在承载能力组合下，楼梯100×400×10矩形箱梁最大应力为51MPa，平台梁100×450×10矩形箱梁最大应力为37Mpa，立柱Φ200×10应力为26Mpa，均满足要求且富余较大。

4、抗扭计算结果

钢主梁扭转计算：

100×400×10矩形主梁扭矩计算结果如图最大扭矩为5kN·m.其中扭转剪应力为7.1Mpa，与之前的弯矩正应力按照第三强度理论计算，其结果也是富余较大。

τ=

 =7.1 Mpa

 

5、验算结论

   根据本楼梯结构形式求得的应力都能满足要求，并且富余较大。

 

三、安装施工

1、放线定位

本工程的踏板、栏板都是以内弧、外弧钢箱梁为基础固定的，而箱梁的安装则是以内钢架结构和锚固钢板位置而定，故锚固钢板、内钢架和箱梁安装的准确直接关系到楼梯后续部分的安装进度。放线的重点是锚固钢板的定位、箱梁的定位和梁上玻璃踏板固定点的定位。施工放线时采用空间三维放线的方式，通过高精度经纬仪找到各个关键点的坐标位置，在通过线坠把各个点映射至混凝土楼板上。确定弧形双梁的外形位置后，用角钢做出靠模，再以靠模为基准在工厂进行预安装，逐步调整，并不断修正加工部件，直至完全符合要求。

2、安装及检验

根据放线的定位点，先固定好锚固钢板和内钢架结构，然后将预制成型的钢箱梁焊接于钢板和内钢架上。用经纬仪和水准仪复核箱梁位置是否准确。复核无误后，以箱梁为基准线放出每块玻璃踏板的固定点位置，将不锈钢驳接件焊接在钢箱梁上。玻璃踏板两端的固定点，需采用经纬仪边安装边检测，确保安装精度。玻璃栏板立柱和固定点的放线和安装同上。将玻璃踏板、玻璃栏板根据已定孔位安装完毕并校验无误后，最后安装柚木扶手。

3、焊接与防护

所有现场施焊处，必须手工除锈，并立即刷氟碳底漆，且在所有底漆破坏处，必须补刷底漆。所有以上工序完成后，按顺序进行以下工序：刷中间漆——薄型防火涂料（防火极限1.5h）——氟碳面漆。

 

四、其它注意事项

1、施焊时必须及时消除焊接应力，保证位置精度。

2、放线定位时，是按照锚固钢板——内钢架——弧形双梁——玻璃踏板固定点的顺序进行，因此必须及时复核校验，避免误差累积；

3、玻璃踏板和玻璃栏板在安装是，定位精度一定要准确，否则玻璃在安装后会残留较大的应力，容易导致玻璃破裂。

五、结语

   本玻璃发光楼梯的构造形式新颖独特，受力合理，美观大方，可以说是西安皇冠假日酒店大堂装饰的一个点睛之作。酒店开业已有多年的时间，上下通行依然平稳，受到了业主及设计师的肯定和赞扬。在全国建筑工程装饰奖的评选过程中，陕西信息大厦VI标段受到专家组的一致赞赏。该项目荣获全国建筑工程装饰奖。