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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，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程中所遇到的技術難點問題及其解決方法，從中探討如何做到設計制作和施工過程的相互交融，并闡述了設計制作和施工人員緊密合作對于整個工程順利實施的重要性。
關健詞螺旋樓梯，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，對酒店的整體起到畫龍點睛的效果。
近年來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例。
人們在利用鋼材創(chuàng)造新的結構型式的同時，也在設計和施工領域中遇到了很多問題，設計和施工規(guī)范落后于實踐的現(xiàn)象常常出現(xiàn)。
在這種情況下，設計過程制作過程和施工過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(qū)域為預應力混凝土結構。
整個建筑正立面面向大海，主人口大堂兩側有兩座對稱布置的室外螺旋樓梯。
雖然僅為兩座樓梯，但由于位于整個建筑主立面的根據業(yè)主的要求，該螺旋樓梯先后進行了三次方案修改，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(wěn)定性，整個樓梯設置了一定數(shù)量的混凝土墻體作為豎向傳力構件，業(yè)主認為這些墻體會在一定程度上阻礙客人眺望大海的視野，從而影響整個建筑的通透性，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一段長的水平直線段連接于二層樓面，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。
為滿足業(yè)主的要求，取消了所有影響視線的墻體，僅將樓梯與一二層樓面的連接點作為支點。
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大，同樣存在通透性的問題，同時整個結構不夠輕盈，起不到畫龍點睛的作用，需進一步進行修改和優(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?，如圖所示。
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叻的8的工價co門千只鑫沈泛飛二二二二汀一~一氣、一舊鬢聳鄉(xiāng)一到X.門優(yōu)仁叱玉乙之乙魁鑷圖樓梯立面圖區(qū)乍卜甲習戶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問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(jié)點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，目前并沒有相關規(guī)范對于此類鋼結構的變形長細比和構造問題等作出詳細規(guī)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）計算模型整個螺旋樓梯采用多段直桿單元進行模擬，各桿單元之間采用剛性連接。
為了控制整個樓梯的豎向變形，上下端與混凝土結構連接處按剛接考慮，并在節(jié)點的設計中實現(xiàn)。
下端新建的混凝土梁兩端根據實際情況視為鉸接，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(jié)點應進行詳細的設計和驗算。
工程施工期作用，因此近似計算時可取出其中一段，將其幾何長度乘以后作為計算長度，由此得到的對弱軸方向的長細比約為參考鋼結構設計規(guī)范》一第條和第條對于容許長細比的規(guī)定是滿足的。
截面尺寸的細化圖計算模型位移經計算，箱形鋼梁的最大豎向位移為6.
參考《鋼結構設計規(guī)范》一中表第項的規(guī)定，樓梯梁的撓度允許值[.
甩而實際樓梯的長度為按此計算的最大豎向位移僅為同時參考該規(guī)范第條的規(guī)定，該位移量并不影響結構的正常使用和觀感。）長細比整個樓梯的軸力分布為標高一段和一段受壓，其余各段受拉，各段的長度約為從整個結構的形狀來看，相鄰的各段之間起到了部分的相互支撐巡叫設計時考慮與箱形鋼梁上下表面垂直的截面高度為但放樣時發(fā)現(xiàn)該截面并不是一個平面。
事實上，由于梁體軸線是一空間的螺旋線，而梁本身有一定的寬度（因此在旋升某一角度后，處于同一輻射線上的各點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是不同的半徑越大，弧長就越長。
由此可見，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說是不可能的。
為了解決這一間題，在制作加工時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垂直于水平面的截面尺寸和腹板二和處）每的展開尺寸，如圖所示。
酬一仍一囚8仍一胃工絲一NS門一共李亡二1二沿輻射線垂直于水平面的截面尺寸侶呂中門或/多呂甲團。
NS的98仍廿寸卜門90的甲寸二）腹板展開圖（每圖放樣參考圖眼山梁體的制作和工廠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程和焊接施工的可行性，尤其應注意內部三塊腹板和頂?shù)装搴附拥目赡苄浴?p>通過和制作方的討論，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行底板的放樣和下料，最后蓋上頂板。
按此工藝過程，相應的各部分焊縫為兩端腹板和頂?shù)装宓倪B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，保證了焊接的質量。
作，并在工地現(xiàn)場拼裝焊接。
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，從而使該處材質硬化并產生過大的焊接應力，另外也使箱體內部三塊腹板的對接焊無法實現(xiàn)。
為解決這一問題，設計方制作方和施工方進行了詳細的討論研究和周密的分析計算，同時根據相應規(guī)范的要求，最終決定將各段在接頭處的腹板制作成長短交錯狀，相鄰腹板錯平臺段面板在現(xiàn)場焊接（見圖這種接頭形式既方便了現(xiàn)場拼裝焊接，又保證了整個結構的受力性能，同時也滿足了相應規(guī)范的要求。
螺旋段與平臺段的現(xiàn)場連接由于本螺旋梯體量較大，因此在工廠分段制梁折角線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(xiàn)豎向位移，該豎向位移會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(jié)點連接于混凝土主體的情況下，最大位移點出現(xiàn)在旋升至了的區(qū)域，最大位移約在旋升（即螺旋段與標高水平直線段的交點）處，位移約32.
參考《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程一第條和第條的規(guī)定，同時考慮到應盡量使標高的水平直線段在今后的使用過程中保持水平，制作時可將螺旋段在該處預留部分余量，使安裝時高于設計高度且將該預留量均布到各旋升高度。
同時，在施工時架設滿堂支撐，待整個螺旋梯安裝完畢后按一定的順序拆除支撐，并在拆撐過程中觀測螺旋梯的下沉量。
下轉第頁工程施工結構工期之間的數(shù)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(shù)據量都是很大的。
如何快速準確地進行數(shù)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?zhèn)鬟f。
文本文件傳遞方式即采用文本文件進行模型數(shù)據和結果數(shù)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(xiàn)有的有限元軟件來代替結構分析模塊，這樣，開發(fā)的工作量比較少。
但是因為文件傳遞方式是對硬盤數(shù)據的讀寫操作，其速度較慢，很難達到虛擬環(huán)境的速度要求。
內存?zhèn)鬟f方式即數(shù)據的交互完全在計算機內存中完成。
因其存取速度很快，完全可以滿足實時虛擬環(huán)境的要求。
但是，采用這種模式，必須自行開發(fā)有限元分析模塊，因此，開發(fā)的工作量比較大。
從兩種傳輸模式來看，因速度是影響虛擬環(huán)境性能的重要因素，采用內存?zhèn)鬟f模式無疑具有較高的適用性。
加快設計的進度，使設計工作更人性化，更富有創(chuàng)造性，而且在目前的技術上是可行的。
隨著計算機技術的發(fā)展，隨著虛擬現(xiàn)實輸人和輸出設備的普及，虛擬現(xiàn)實技術在結構設計領域必將有更廣泛的應用前景。
參考文獻結論基于虛擬現(xiàn)實技術進行結構設計不僅將大大王飛，王波，楊湘龍等。
上虛擬現(xiàn)實仿真的實現(xiàn)。
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l鄧（上接第60頁結語參考文獻，I一，隨著設計和施工水平的進步，新型的鋼結構層出不窮，由于鋼結構自身的特點。
在設計和施工過程中常常出現(xiàn)相關的技術問題。
在這種情況下，設計過程制作過程和施工過程三者相互滲透，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可行的設計和施工方案，以保證整個工程的順利實施。
中華人民共和國國家標準。
鋼結構設計規(guī)范一中華人民共和國國家標準。
鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范一中華人民共和國行業(yè)標準。
建筑鋼結構焊接技術規(guī)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規(guī)程（一飛……
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