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【摘要】大跨度螺旋楼梯越来越多被采用，本文以珠海市晖翔涂料有限公司办公楼的270度螺旋楼梯为例，从截面选取、内力分析、钢筋配置、节点处理、关联构件的加强等方面详细介绍了大跨度螺旋楼梯的设计要点，总结了设计要遵循的原则方法。
【关键词】螺旋楼梯、内力、配筋、节点、支座
中图分类号： TU111.2文献标识码： A
1.工程简介
珠海市晖翔涂料有限公司办公楼位于珠海市金湾区高栏港经济区精细化工专区东荣路北，办公楼的大堂平面较大，而且高度跨两层，业主要求一个气派美观的螺旋楼梯，并且中间不设柱子。该楼梯中心展开线长达13.9米，平面图如附图一。
2.内力计算分析
由于该螺旋楼梯跨度大，挠度不易控制，螺旋楼梯需要足够的刚度来满足变形及抗扭要求，两端连接方式按固接设计，初步将板厚定为400mm，使用C30等级混凝土。为保证楼梯的计算准确，使用了TBSA及PKPM两套软件进行计算对比，并查阅了大量的相关书籍，参考齐志成的《螺旋楼梯计算方法》和《建筑结构静力计算使用手册》作手工计算复核。三套计算结果对比后，PKPM程序计算所得内力最大，并将其结果作为设计依据。
下面是PKPM计算所得的结果：
螺旋段线荷载:40.25(kN/m)
平台线荷载:33.64(kN/m)
梯板内力图如下：
上下梁承受的的内力设计值如下：
水平力(kN)竖向力(kN) 弯矩(kN.m) 扭矩(kN.m)
下梁:158.36263.22 -235.15-311.21
上梁:126.43319.28 -132.14 369.37
梯板的最大豎向位移为5.213mm。
由上面的计算结果可见，梯板的上、下两支座处的内力值较大，符合先前支座固接的预定条件。竖向变形值也不大，满足楼梯正常使用的舒适性要求，梯板厚度400mm的取值合适。计算结果符合概念分析的内力分布，下面的任务是对较大弯矩、剪力、扭矩的部位进行配筋计算，以及对节点处的细部处理，保证支撑梁的承受能力和梯板钢筋的妥善锚固，确保支座起到固接作用。
3.各段梯板的配筋值和施工图配筋
下螺旋段:
板上下筋 板外侧筋 板内侧筋 抗扭纵筋 剪扭箍筋 抗扭箍筋
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.24120.1 566.3
上螺旋段 :
板上下筋 板外侧筋 板内侧筋 抗扭纵筋 剪扭箍筋 抗扭箍筋
1467.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1467.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1467.00.0 1769.30.0 439.2 0.0
1467.0 1769.30.00.0 439.2 0.0
1467.0 1769.30.0 3388.2 439.2 0.0
1467.0 1769.30.0 3388.2 439.2 0.0
1467.0 1769.30.0 3388.2 439.2 0.0
1695.2 1769.30.00.0 439.2 0.0
1467.0 1769.30.0 3388.2 439.2 0.0
下直线段 :
板上下筋 板外侧筋 板内侧筋 抗扭纵筋 剪扭箍筋 抗扭箍筋
2849.3 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
2132.1 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.00.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
1498.00.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
1498.00.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
1498.00.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
上直线段:
板上下筋 板外侧筋 板内侧筋 抗扭纵筋 剪扭箍筋 抗扭箍筋
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1822.6 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
2488.4 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
3425.10.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
4066.70.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
4864.30.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
根据上面的计算结果，支座截面和跨中截面的配筋如下：
4.上、下支座的设计
由上面的内力图可以看出，较大的弯矩、剪力、扭矩出现在上下支撑梁上，上下支撑梁必须具有足够的刚度和强度，以满足抗弯、抗剪、抗扭、抗变形的要求，达到支座固接的效果。若刚度和强度不足，支座会过早屈服，出现塑性铰，扭转过大，螺旋楼梯也因此变形过大，不能满足正常使用的要求。考虑到上下支座（支撑梁）的重要性，下面就如何合理设计该楼梯的支座作一些介绍，从工程的实际情况分析该楼梯支座所处的位置，承受哪些力，與之连接的构件如何加强等。
（1）楼梯下部支座的的设计
该螺旋楼梯的下部，因一边有框架柱，另一边无框架柱，若楼梯的支撑梁一端连柱子，另一端不连柱子，会导致楼梯支座扭矩绝大部分传给有柱相连的一端，该支撑梁受破坏的风险比较大，而且如此大的扭矩集中传给侧边的柱子，对柱子的影响也是举足轻重的，为避免这种情况，考虑将下支撑梁用次梁来担当，该支撑次梁截面尺寸取500x1000mm，纵向筋、箍筋、抗扭筋均比计算值加大20%，并将该梁向左右各延伸一跨，保证该梁与地板面稳固的咬合。再者，承受此次梁的两侧的主梁，加大截面至400x1100mm，并将主梁的实际配筋值比计算值加大20%，以保证有足够的富余。另外，楼梯的支撑梁两侧的楼板加厚至250mm，双层双向加大配筋。通过以上的措施，可以保证螺旋楼梯的下支座具有足够的刚度作为固接支座。
（2）楼梯上部支座的的设计
楼梯上部支撑梁只有一边有楼板，梁高也限制在800mm高，客观条件来看是比下支座更为不利的。为了弥补这个先天不足，尽量减少上支座的扭转变形，起到固接的效果，支撑梁截面取600x800mm，纵向筋、箍筋、抗扭筋均比计算值加大20%，楼板厚度取300mm，双层双向加大配筋。经过详细计算，上部支撑梁扭转变形1.25度，转角较小，可以认为是固接支座，也完全满足楼梯使用的舒适性要求。
5.梯板钢筋在支座处的锚固
该螺旋楼梯的自重大，受力大，内力复杂，配筋也大，其钢筋在节点处锚固的重要性不言而喻，也成为工程成败的关键所在。节点处，梯板钢筋与支撑梁钢筋交汇重叠，相当紧密，绑扎操作难度较大，应将钢筋进行较合理的编排，走向顺畅及锚固牢靠。本工程楼梯上、下支座节点的锚固示意如下附图二、附图三。
6 结论
该工程的螺旋楼梯已经建好并已投入使用，使用效果还不错，多人在楼梯重步行走，并不感觉到有明显的震动，说明梯板厚度及支座的设计是合理的，安全可靠的。
综上所述，大跨度螺旋楼梯的设计，首先应对楼梯进行整体的概念判断，选择合适的受力模型。其次，采用多种计算软件进行计算分析，并且手工复核计算，各种计算结果对比分析，相差不大可判断计算比较准确，最后采用较大的一组结果作为施工图设计依据。再者，支座的设计要充分保证计算模型的假定，支撑梁及相连板要有足够的刚度和配筋，以抵抗螺旋楼梯传来的弯矩、剪力及扭矩。最后，节点处钢筋的锚固设计要合理牢靠，施工方便，关键的防线要绝对保证。螺旋楼梯设计的各阶段环环相扣，才能设计出合理、安全、适用的楼梯。
参考文献：
齐志成.螺旋楼梯的计算方法；北京，建筑结构学报，1981年01期
建筑结构静力计算实用手册；北京，中国建筑工业出版社，2009
混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；北京，中国建筑工业出版社，2010
【关键词】螺旋楼梯、内力、配筋、节点、支座
中图分类号： TU111.2文献标识码： A
1.工程简介
珠海市晖翔涂料有限公司办公楼位于珠海市金湾区高栏港经济区精细化工专区东荣路北，办公楼的大堂平面较大，而且高度跨两层，业主要求一个气派美观的螺旋楼梯，并且中间不设柱子。该楼梯中心展开线长达13.9米，平面图如附图一。
2.内力计算分析
由于该螺旋楼梯跨度大，挠度不易控制，螺旋楼梯需要足够的刚度来满足变形及抗扭要求，两端连接方式按固接设计，初步将板厚定为400mm，使用C30等级混凝土。为保证楼梯的计算准确，使用了TBSA及PKPM两套软件进行计算对比，并查阅了大量的相关书籍，参考齐志成的《螺旋楼梯计算方法》和《建筑结构静力计算使用手册》作手工计算复核。三套计算结果对比后，PKPM程序计算所得内力最大，并将其结果作为设计依据。
下面是PKPM计算所得的结果：
螺旋段线荷载:40.25(kN/m)
平台线荷载:33.64(kN/m)
梯板内力图如下：
上下梁承受的的内力设计值如下：
水平力(kN)竖向力(kN) 弯矩(kN.m) 扭矩(kN.m)
下梁:158.36263.22 -235.15-311.21
上梁:126.43319.28 -132.14 369.37
梯板的最大豎向位移为5.213mm。
由上面的计算结果可见，梯板的上、下两支座处的内力值较大，符合先前支座固接的预定条件。竖向变形值也不大，满足楼梯正常使用的舒适性要求，梯板厚度400mm的取值合适。计算结果符合概念分析的内力分布，下面的任务是对较大弯矩、剪力、扭矩的部位进行配筋计算，以及对节点处的细部处理，保证支撑梁的承受能力和梯板钢筋的妥善锚固，确保支座起到固接作用。
3.各段梯板的配筋值和施工图配筋
下螺旋段:
板上下筋 板外侧筋 板内侧筋 抗扭纵筋 剪扭箍筋 抗扭箍筋
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1489.00.0 1769.3 3388.24120.1 566.3
上螺旋段 :
板上下筋 板外侧筋 板内侧筋 抗扭纵筋 剪扭箍筋 抗扭箍筋
1467.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1467.00.0 1769.3 3388.2 439.2 0.0
1467.00.0 1769.30.0 439.2 0.0
1467.0 1769.30.00.0 439.2 0.0
1467.0 1769.30.0 3388.2 439.2 0.0
1467.0 1769.30.0 3388.2 439.2 0.0
1467.0 1769.30.0 3388.2 439.2 0.0
1695.2 1769.30.00.0 439.2 0.0
1467.0 1769.30.0 3388.2 439.2 0.0
下直线段 :
板上下筋 板外侧筋 板内侧筋 抗扭纵筋 剪扭箍筋 抗扭箍筋
2849.3 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
2132.1 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.00.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
1498.00.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
1498.00.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
1498.00.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
上直线段:
板上下筋 板外侧筋 板内侧筋 抗扭纵筋 剪扭箍筋 抗扭箍筋
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1498.0 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
1822.6 1706.20.0 3367.3 446.4 0.0
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4864.30.0 1706.2 3367.3 446.4 0.0
根据上面的计算结果，支座截面和跨中截面的配筋如下：
4.上、下支座的设计
由上面的内力图可以看出，较大的弯矩、剪力、扭矩出现在上下支撑梁上，上下支撑梁必须具有足够的刚度和强度，以满足抗弯、抗剪、抗扭、抗变形的要求，达到支座固接的效果。若刚度和强度不足，支座会过早屈服，出现塑性铰，扭转过大，螺旋楼梯也因此变形过大，不能满足正常使用的要求。考虑到上下支座（支撑梁）的重要性，下面就如何合理设计该楼梯的支座作一些介绍，从工程的实际情况分析该楼梯支座所处的位置，承受哪些力，與之连接的构件如何加强等。
（1）楼梯下部支座的的设计
该螺旋楼梯的下部，因一边有框架柱，另一边无框架柱，若楼梯的支撑梁一端连柱子，另一端不连柱子，会导致楼梯支座扭矩绝大部分传给有柱相连的一端，该支撑梁受破坏的风险比较大，而且如此大的扭矩集中传给侧边的柱子，对柱子的影响也是举足轻重的，为避免这种情况，考虑将下支撑梁用次梁来担当，该支撑次梁截面尺寸取500x1000mm，纵向筋、箍筋、抗扭筋均比计算值加大20%，并将该梁向左右各延伸一跨，保证该梁与地板面稳固的咬合。再者，承受此次梁的两侧的主梁，加大截面至400x1100mm，并将主梁的实际配筋值比计算值加大20%，以保证有足够的富余。另外，楼梯的支撑梁两侧的楼板加厚至250mm，双层双向加大配筋。通过以上的措施，可以保证螺旋楼梯的下支座具有足够的刚度作为固接支座。
（2）楼梯上部支座的的设计
楼梯上部支撑梁只有一边有楼板，梁高也限制在800mm高，客观条件来看是比下支座更为不利的。为了弥补这个先天不足，尽量减少上支座的扭转变形，起到固接的效果，支撑梁截面取600x800mm，纵向筋、箍筋、抗扭筋均比计算值加大20%，楼板厚度取300mm，双层双向加大配筋。经过详细计算，上部支撑梁扭转变形1.25度，转角较小，可以认为是固接支座，也完全满足楼梯使用的舒适性要求。
5.梯板钢筋在支座处的锚固
该螺旋楼梯的自重大，受力大，内力复杂，配筋也大，其钢筋在节点处锚固的重要性不言而喻，也成为工程成败的关键所在。节点处，梯板钢筋与支撑梁钢筋交汇重叠，相当紧密，绑扎操作难度较大，应将钢筋进行较合理的编排，走向顺畅及锚固牢靠。本工程楼梯上、下支座节点的锚固示意如下附图二、附图三。
6 结论
该工程的螺旋楼梯已经建好并已投入使用，使用效果还不错，多人在楼梯重步行走，并不感觉到有明显的震动，说明梯板厚度及支座的设计是合理的，安全可靠的。
综上所述，大跨度螺旋楼梯的设计，首先应对楼梯进行整体的概念判断，选择合适的受力模型。其次，采用多种计算软件进行计算分析，并且手工复核计算，各种计算结果对比分析，相差不大可判断计算比较准确，最后采用较大的一组结果作为施工图设计依据。再者，支座的设计要充分保证计算模型的假定，支撑梁及相连板要有足够的刚度和配筋，以抵抗螺旋楼梯传来的弯矩、剪力及扭矩。最后，节点处钢筋的锚固设计要合理牢靠，施工方便，关键的防线要绝对保证。螺旋楼梯设计的各阶段环环相扣，才能设计出合理、安全、适用的楼梯。
参考文献：
齐志成.螺旋楼梯的计算方法；北京，建筑结构学报，1981年01期
建筑结构静力计算实用手册；北京，中国建筑工业出版社，2009
混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；北京，中国建筑工业出版社，2010