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多圖詳解!預制混凝土樓梯在公共建筑中的選型設計

2020-12-11

模數協調和標準化設計是實現裝配式建筑發展的前提條件,由于建筑類型眾多,各類規范體系不一,很多建筑仍是“定制設計”。以公共建筑中預制混凝土樓梯為研究對象,通過裝配式設計實踐,對調研案例進行總結,整理形成一套具有普遍適應性的預制樓梯選型系統。

一、調研對象

首先要確定公共建筑的類型。公共建筑功能多樣化,按照GB 50352—2005《民用建筑設計通則》的定義,一般是指供人們進行各種公共活動的建筑。公共建筑包括幼兒園、大中小學校、電影院、劇場、體育場、商場、醫院、酒店、辦公等其他類民用建筑。每種功能類型的建筑對建筑層高、樓梯的要求均有所區別。

影響公共建筑樓梯的要素眾多,在調研過程中并不需要將所有要素進行整理,而是要提取重點,以符合公共建筑的使用要求及預制樓梯的加工要求,包括樓梯類型、層高、樓梯間寬度、梯井寬度、梯段寬度、踏步數、踏步寬度、踏步高度、梯板厚度等要素(見圖1)。


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圖1 影響樓梯選型的要素

二、調研結果

通過調研150個已歸檔項目,其中包括100個2000年以前的項目,以及50個2000年至今的項目,從公共建筑樓梯相關參數的變化趨勢可總結出以下特點。

1.建筑類型

綜合、辦公、文教類建筑占比約85%,基本覆蓋了絕大多數公共建筑類型。

2.結構類型

框架-剪力墻結構占比約76%,框筒結構占比約14%,框架結構占比約8%;框架公共樓梯在高層公共建筑中主要集中在高層裙房。另外,由于北京為8度抗震設防區,所以在多層公建中,框架-剪力墻結構較為普遍,剪力墻多設置在樓梯兩側或一側。

3.樓梯類型

兩跑樓梯的占比逐漸升高,由2000年前的82%升至2000年后的94%;2000年前出現的三跑或四跑樓梯基本消失,但在高層建筑裙房層,經常因為層高較高,出現三跑或四跑樓梯。

4.標準層層高

2000年以前的標準層主流層高依次為:3.6,3.3,3.0m;2000年以后的標準層主流層高依次為:4.2,3.9,3.6m。原因是人們對舒適度要求逐年提高,以及滿足規范修訂及設備系統要求。

5.梯井寬度

2000年以后,100mm寬的梯井占比約62%,200mm寬的梯井占比約為22%;其中100mm寬的梯井多用于高層建筑核心筒內樓梯,僅作為消防疏散使用,200mm寬的梯井多用于多層公共建筑,為人員經常使用的樓梯,一般較為舒適。

6.梯段寬度

2000年以后,1.3m以內梯段寬度的占比約為66%,1.5m及以上梯段寬度的占比約為24%。僅用作疏散樓梯的寬度一般為1.2~1.3m,人員經常活動的公共樓梯寬度一般為1.5m及以上。

7.踏步寬度

2000年以后,260mm踏步寬度占比約為42%,280mm踏步寬度占比約為40%。公共建筑樓梯的踏步寬度集中在260mm和280mm,260mm用于消防疏散樓梯,280mm用于人員經常活動的公共樓梯。

8.踏步高度

根據層高、踏步數、踏步寬度確定,一般為160~170mm。

三、調研分析

1.建筑類型

各種類型公共建筑中,首先排除層數較低的幼兒園、小學校等樓梯。對于人員密集場所的樓梯,因需根據人流量計算疏散寬度,每個建筑的樓梯寬度均不相同,也排除在外。重點研究對象集中在最容易實現標準化、模數化的辦公類其他建筑樓梯,此類建筑樓梯的布置是以疏散出口為主、疏散寬度為輔,預制樓梯完全滿足其要求。

2.建筑層高

確定建筑功能以后,又對辦公等其他類建筑的層高進行調研,此類建筑的層高多集中在3.3~4.5m。其中,3.3~4.0m的建筑層高以100mm為模數遞增,4.0~4.8m建筑層高以200mm或300mm為模數遞增,常見層高為4.2m和4.5m。

3.梯段凈寬

根據規范要求,公共建筑的疏散樓梯凈寬一般不低于1.2m,考慮扶手及墻面抹灰因素,樓梯寬度一般以1.3m為宜。如果公共建筑選用較為舒適的樓梯,增加每股人流0~0.15m的人體擺幅,或增加人流股數,樓梯寬度會相應增加,對于此類樓梯,可對現有梯段進行調整加寬,使之符合設計要求。通過實際項目調研也得出相應結果。

4.梯段類型

在工程項目中,4.2m及4.5m層高建筑的樓梯,由于使用功能要求,部分會選擇三跑樓梯形式,調研中也進行了選擇,作為樓梯形式的補充。更高層高的樓梯在項目中較為少見,由于可采取雙跑樓梯梯段復制的方式組合,故不列入預制樓梯選型范圍。

根據以上分析認為,預制樓梯可采用兩跑樓梯為主、三跑樓梯為輔的結構形式,根據不同建筑層高、梯段寬度總結了12種常用樓梯,在建筑方案設計階段可進行選用,如表1所示。


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從表1可看出,公共建筑預制樓梯的踏步寬度統一為260mm,踏步高度最/高為175mm,與現行民用建筑設計通則有部分矛盾。經過與新的通則編制組專家溝通得知,公共建筑疏散樓梯的踏步高度已調整為175mm。同時也充分考慮了標準化設計,比如不同層高的預制樓梯,保證2個梯段的踏步數及踏步高度完全一致,便于預制構件廠實現批量生產。

公共建筑中的預制混凝土樓梯與住宅建筑不同,大多數公共建筑為框架結構或框架-剪力墻結構,樓梯平臺及梯段處均需設計梯柱以滿足抗震規范要求,在設計選型過程中,也考慮到梯梁及梯柱布置,使預制樓梯尺寸能夠滿足所有選型范圍內公共建筑的要求(見圖2)。

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圖2 兩跑及三跑樓梯尺寸

四、預制樓梯節點設計

預制樓梯設計屬于預制構件設計,與傳統設計不同點在于設計過程中具有流程精細化、設計模數化、構件標準化、技術信息化等特點。落實到具體設計中,除需滿足前文中提到的標準化設計,還需在設計過程中注意預制樓梯的節點設計。

在預制樓梯設計圖紙中,各專業應配合將樓梯欄桿扶手預留洞定位準確,該部分將影響未來樓梯(成品)欄桿安裝的精/確度、梯井寬度、樓梯凈寬和樓梯的現場施工。同時,預留洞的定位也需與結構配筋及其他預留條件相配合(見圖3,4)。


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圖3 預制樓梯模板平面


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圖4 預制樓梯模板立面

在預制樓梯的深化設計中可采用BIM等信息化設計方法,提前在模型中確定標準化設計內容、統計用量及經濟核算(見圖5)。


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圖5 預制樓梯信息化模型

五、結語

裝配式建筑的發展離不開預制構件的標準化設計,設計理念的變化植根于建造技術的升級。在公共建筑的設計創作中,通過設計合理的建筑層高及平面尺寸,選取合適的預制樓梯,對建筑師是很小的工作量,但對于裝配式建筑,則可較大程度地提升建筑質量、提高生產效率、減少資源浪費。


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