“瑤海旭輝售樓部”鋼結構旋轉樓梯淺析摘要：采用有限元軟件3D3S對合肥市瑤海旭輝售樓部大堂鋼結構旋轉樓梯進行了受力分析，拋棄傳統鋼結構箱型截面，采用純鋼結構板作為主受力構件，以達到輕盈，通透的建筑藝術效果。關鍵詞：鋼結構；180°旋轉樓梯；自振頻率；峰值加速度近年來隨著綜合國力的提升與去產能等大環境的影響，我國鋼結構方面的設計和施工已日趨成熟,各種形式和結構體系的鋼結構都有許多工程實例。旋轉樓梯與普通樓梯不同，最大的特點是其螺旋式上升的體型，具有很強的動態美感。因其造型美觀，占地少等優點，在公共建筑中得到越來越多的使用。對360°鋼結構旋轉樓梯而言，選用鋼板利用其自身擁有平面內與平面外剛度，以實現輕盈，通透等建筑效果而被廣泛應用。而180°鋼結構旋轉樓梯則無法完全通過鋼板自身平面外剛度來滿足建筑效果。隨著建筑材料和建造技術特別是現代建筑結構計算技術的迅猛發展,鋼旋轉樓梯將給予人們更大的想象余地和創造空間,研究180°鋼結構旋轉樓梯將有利于設計工作的開展,具有實際意義。1工程概況旭輝瑤海E1805地塊項目位于合肥市瑤海區，甲方對售樓部展示要求較高，應客戶要求在一層大堂入戶處預留跨度約22m，層高4.5m，旋轉弧度180°的展示樓梯。為了凸顯此項目為精品工程，展示跨中不能設置梯柱等可顯性支點，以實現輕巧，美觀，通透，現代化的建筑構思，從而對售樓部的整體起到“畫龍點睛”之筆。這對結構設計帶來巨大的挑戰。2結構方案確定根據建筑方案構思，其樓梯建筑風格主要應提現其輕盈，現代化。若采用常規現澆混凝土板式或梁式樓梯，因施工難度大，外形無法實現建筑效果要求。因此拋棄混凝土樓梯方案，采用材質較輕，強度較大，承載能力高，易施工等優點明顯的鋼結構形式進行設計。在鋼材選用上，采用Q345B鋼，強度足夠滿足設計，兩側梯梁采用550mm高，25mm厚鋼板。在接近旋轉樓梯跨中處，從主體混凝土結構柱上增設隱藏式550x25x18箱型截面懸挑鋼梁，以減少計算跨度且滿足建筑效果。為了增加其自身剛度與舒適度要求，在兩側梯梁中部繼續增設400mm高，25mm厚鋼板，最后在每處踏步下設置300x150x10mm截面矩管將此三塊板焊接形成統一整體。3有限元分析計算目前市面上有多種國內外的有限元分析計算程序，其計算原理均采用基于變分、插值為基礎的有限元發。對于計算鋼結構旋轉樓梯內里只要有結構靜力分析，動力分析，非線性彈塑性分析，穩定性分析等功能即可。因此采用空間結構建?？焖偾疫\行穩定的同濟大學研究的3D3S14.0.1有限元軟件進行建模分析。3.1計算模型計算采用同濟大學出品3D3S14.0.1有限元軟件，有限元模型如圖一所示。圖一展示樓梯有限元模型截面數據及荷載取值：三塊鋼板截面采用箱型截面550x30x12.5x25mm、400x30x12.5x25mm進行等效替代鋼板建模（截面慣性矩及塑性抵抗矩相近）?？紤]后期裝修荷載較大，樓梯板面恒荷載取4.0kN/m2，活荷載取3.5kN/m2。兩側梯梁輸入1.0kN/m欄桿線荷載。材料性能數據:構件的材料均為國產Q345B鋼,材料為各向同性,C：≤0.20%，Si≤0.50%，Mn：≤1.70%，P≤0.035%，S：≤0.035%，Nb≤0.07%，V：≤0.15%，Ti≤0.20%，Cr≤0.30%，Ni：≤0.50%，Cu：≤0.30%，N：≤0.012%，Mo：≤0.10%。E=2.06×105MPa，μ=0.3,σB=215MPa，ρ=7.85×10-9kg/mm3。邊界條件：樓梯踏步起始與終止處與主體結構連接均為剛接假定。3.2計算結果1）應力：鋼板應力最大值為148MPa(懸挑梁處），滿足規范要求[1]。2）位移：變形量是結構安全的重要標準，當結構變形較大時，穩定性較差，容易破壞，且不滿足舒適性要求在荷載設計值作用下，最大向下位移為12.6mm（出現在第一段旋轉樓梯外側跨中鋼板處），滿足《鋼結構設計規范》結構構件變形允許值要求[1]。3）舒適度：自振頻率4.77HZ≥4HZ，峰值加速度0.137m/s2≤0.15m/s2，滿足規范要求[2]。4工程展示在整個施工過程中我們將始終把質量管理放在首位，要求每一道工序、每一個部位都必須是上道工序為下道工序提供精品，把質量責任分解到各個崗位、各個環節、各個工種，做到凡事有章可循，凡事有據可查，凡事有人負責。針對施工中較常見的質量通病，特定一系列預防措施，防患于未然。鋼材及焊接材料的品種，規格，性能必須符合現行國家產品標準和設計要求。焊工必須經過考試合格，并取得合格證書，持證焊工必須在其考試合格項目及其認可范圍內施焊。涂料、涂裝厚度、涂層厚度應符合設計要求。圖二工程展示5結語旋轉樓梯由于內外弧長不同，導致內外側鋼板剛度差異較大，且180°旋轉樓梯平面外無法通過自身剛度滿足計算需求。設計中應通過多增設鋼板與加強鋼板與鋼板間的連接，從而提高其對剛度、承載力、位移、自振頻率的貢獻結果表明，在靜力荷載作用下樓梯各結構最大應力及結構最大位移均滿足設計規范要求[3]。此次設計鋼材強度利用率較低，最大時僅為44%。此旋轉樓梯豎向位移以及強度不起控制作用，主要受舒適度控制。因此鋼材可以采用強度較低的Q235B級鋼進行設計以節省成