装配整体单跑板式楼梯分段设计与施工技术

张瑜，刘习前，黄平，汪国辉，梁勇

（1重庆建工住宅建设有限公司，重庆 400015；2中煤科工集团重庆设计研究院有限公司，重庆 400016）

0 引言

装配式建筑从工厂、桥梁、住宅到高层建筑在我国建筑工程领域的应用越来越普及[1]，而深化设计、施工技术同构件的生产工艺一样非常重要[2-3]，在工程质量越来越重要的今天，愈发受到人们的关注[4]。房屋建筑楼梯设计平面通常为单跑及双跑楼梯间，楼梯分为单跑楼梯和双跑楼梯，预制装配式楼梯分为梁式楼梯和板式楼梯。目前重庆市高层和超高层住宅一般设计为单跑楼梯（剪刀楼梯），预制楼梯常用的是板式楼梯，但单跑的板式楼梯跨度为5m左右，设计的梯板厚度达到200mm左右，重量达到4～5t。由于重庆市目前常用的施工塔吊（QTZ63）在2倍率的情况下只能吊装3t，在4倍率的情况下离标准节20m的位置也只能吊装4t，无法满足预制单跑板式楼梯的吊装。本文以工程实例为基础，介绍了装配整体单跑板式楼梯分段深化设计、分段预制、分段吊装和分段安装技术在实际工程中的使用，为装配式建筑的施工技术提供有价值的补充和参考。

1 工程概况

协信·城立方一期I标段6#楼工程位于重庆市沙坪坝大学城科技学院斜对面。工程总建筑面积约16355m2，地下2层，地上26层，建筑总高度为78.00m，为高层住宅，标准层层高3.0m，设计为单跑剪刀形式的楼梯。工程采用了装配整体式单跑板式楼梯分段设计与施工技术，预制单跑板式楼梯深化设计时针对该工程楼梯的结构形式及施工现场实际塔吊吊装能力，把楼梯分成两个梯段，中部设置滑动支座，采用一端固定一端滑动的形式，缩短了构件长度，减轻了重量。楼梯构件预制前设计制作了分段预制整体楼梯的工具式台模，进行了楼梯段的预制和运输，并在现场采用常规塔吊进行分段吊装和楼梯构件分段安装、检测，以及后浇平台板混凝土施工。该技术在质量、安全、环保、经济效益等方面取得的效果显著。

2 装配整体式楼梯分段节点构造设计

2.1 钢筋混凝土现浇楼梯节点受力分析

（1） 设计依据：《混凝土设计规范》（GB 50010-2010）；《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）。

（2）设计示意图如图1所示（以板式楼梯为例）：

图1 现浇楼梯设计示意图

（3）弯矩示意图如图2所示：

图2 现浇弯矩示意图

（4）根据图1和图2我们可以看出，是以简支构件进行设计的，主要受力是下部1号钢筋，两端均按简支考虑，在端部钢筋即3号钢筋采用的是构造配筋。

图4 装配整体式楼梯分段节点构造详图

2.2 装配整体单跑板式楼梯分段节点构造设计及受力分析

图3 常规的装配式楼梯示意图

另一种是将预制梯板直接搁置在楼层平台处的梯横梁上，并将预制梯板预留在一端的钢筋与平台处的预留板筋连接，并后浇混凝土。而另外一段直接搁置在楼梯间中部的梯横梁上，并且在搁置端设置聚四氟乙烯板的滑动支座，同时在端部进行软连接处理，如填充聚苯板等方式，其目的是希望在此位置能够有一定的变形能力，提高抗震性能。该工程就是采取了图4这种方式对楼梯进行了深化设计，在梯段部分均采用预制，其余梯梁及平台板采用现场浇筑。

由于目前重庆高层和超高层住宅工程楼梯一般为3m层高的剪刀楼梯，为了减小梯板的计算跨度和梯板厚度（以减小预制梯段的结构重量），设计过程中在楼梯中部利用该部位的梯步做了一根梯梁作为上下梯段的支承梯梁，见图4的TL2梁。在楼梯间中部的支承梯梁设计上可以看出其处理方式与现浇楼梯有不同，为了支承预制梯板，也为了让楼梯间净高满足规范的要求，将该梯梁（TL2）做成L型的以达到支承和增加梯间净高的要求。由图4可以看出，设计中也将TL2梁顶部和挑耳部位作为滑动支座（聚四氟乙烯板的滑动支座）的方式处理，同时把两块预制梯板上下两端预留钢筋均与楼层平台板的预留钢筋连接，并采用后浇混凝土方式使梯板和平台板连接在一起。

针对梯梁TL2，由于上下两个梯段均把力作用在上面，并且左右两段楼梯的作用位置不同，在设计过程中，在其相交部分的L型段做了一定延伸的加强处理，同时增加了梯梁内腰筋的数量，以保证该部分梯梁的抗剪和抗扭能力，如图5所示。

图5 楼梯中部TL2构造详图

因为楼梯间对框架结构的整体刚度影响较大，所以在装配整体式楼梯设计时需要将楼梯间对结构的刚度、强度的影响考虑进去。高层和超高层住宅工程通常采用剪力墙结构，剪力墙的整体抗侧刚度大，楼梯间影响有限。滑动支座的作用是将楼梯间的预制梯板与楼梯间中部的梯横梁脱开，避免梯板在侧向力作用下形成斜撑，影响结构的刚度和强度。当然装配整体式楼梯用在什么结构中，应该根据实际情况具体分析，不能一概而论。

3 施工工艺流程及要点

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图6所示：

图6 施工工艺流程图

图7 吊装验算模型

3.2 装配整体单跑板式楼梯分段预制模具制作及安装

装配整体式楼梯分段预制模具应严格按照模具设计进行制作，模具设计应考虑混凝土浇筑、脱模、翻转、起吊的强度、刚度和稳定性要求[6]，且便于支、拆模板、钢筋安放及混凝土浇筑。模具表面应平整、光滑，不应有划痕、生锈、氧化层脱落等现象[6]，并应充分考虑防腐防锈措施。

模具安装前应清洁所有与混凝土的接触面，以及与尺寸有关的碰口面。若模具内壁附有杂物，应使用风枪吹净，大块杂物需用手拣出，若尺寸有偏差，需重新安装模具并检查是否符合要求。模具安装后检查是否牢固，是否拼缝严密，如有螺丝漏装，必须重新加螺丝固定。若组装好的模具有缝隙，应用密封胶条或双面胶密封，注意胶条不得进入混凝土内。

3.3 预制楼梯预埋吊钉施工

吊钉按设计吊点的位置准确安装，钢筋与预埋吊钉需绑扎牢固，吊钉尾部采用2根“V”字型直径为12mm的HRB400钢筋进行加强。吊钉与模板交界的碗口里采用碗型苯乙烯一丁二烯橡胶填充。

2) 平衡密封环有2个反向的U型金属膨胀环(弹簧)，如图1所示，开口方向1个向上、1个向下，该设计能确保介质无论从阀前还是阀后进入，平衡密封环都能起到很好的密封作用。密封原理： 当高压介质进入U型环内时撑开U型环密封，确保2个U型环中有1个能起到密封作用。

3.4 混凝土构件养护

梯段采用蒸汽养护，使其12h内达到拆模强度和起吊强度。同条件养护的混凝土试块平均抗压强度达到15MPa以上就可脱模[6]，梯段模拆除后吊运至堆场浇水养护，保持潮湿4d以上，使其强度正常发展，在达到设计安装强度后才能进行运输和安装[6]。

3.5 预制楼梯吊装验算

吊点位置的确定应遵循正、负弯矩相等的原则。梯板折算厚度为250mm，宽度为1220mm，平放时长度为3287mm（平放时弯矩最大），取动力系数为1.5，计算模型如图7所示：

钢筋混凝土容重取2.5x10-6N/mm3，等效均布荷载，一半分析q=1.5x250x25x10-6x0.5x1220=5.72N/mm，最大弯矩MD=0.5qL2=0.5x5.72x6502=1.21x106N·mm，梯板计算高度h0=250=20=230mm，钢筋面积As=236mm2（10@200），由《混凝土结构设计规程》7.1.4条受拉钢筋应力25.6N/mm2，三级钢筋f=yk400N/mm2，由 《混凝土结构工程施工规范》9.2.3条4款验算σs=25.6N/mm2≤0.7fyk=280N/mm2，满足要求。

楼梯自重G=25x0.645x1.22=19.67kN，每个吊钉的允许载重是2.5t（24.5kN），吊装动力系数取1.5，按最不利状况（仅两个吊钉受力）考虑，1.5x0.5G=14.5kN≤24.5kN，吊钉是安全的。

3.6 装配整体单跑板式楼梯分段吊装与安装

1）楼梯安装时旋转角度计算：由于楼梯间空间较小（梯梁间距仅2120mm），楼梯安装时需要旋转后才能吊装入位。经测量，YZTB1以下底边为旋转中心顺时针旋转33°，此时楼梯最宽2010mm。YZTB2以下底边为旋转中心顺时针旋转30°，此时楼梯最宽2090mm。

2）楼梯构件的吊装应使用吊梁，调整活动吊点使挂于同一处的链条夹角小于60°，起吊接驳器与链条使用方法见图8，过程中要特别注意人员安全，重物禁止从人员正上方经过。

图8 起吊接驳器与链条使用方法

3）主体结构施工时，对梯梁面和梯梁挑耳的施工质量重点控制，标高误差控制在±5mm以内，表面平整度误差控制在3mm内。当钢筋混凝土梯梁和梯梁挑耳表面标高或平整度不满足要求时，对于高出设计标高的地方进行剔打，并用找平材料（水泥：细鱼米石的比例为1：1）进行找平。如低于设计标高3mm以上时，应用找平材料（水泥：细鱼米石的比例为1：1）进行找平。

4）表面找平3d后才可安装聚四氟乙烯 （Poly tetra fluoroethylene，PTFE）滑动支座。把PTFE板切割成合适大小 （b=250mm，l=1200mm），并在PTFE板上按设计要求标注间隔尺寸，用钻头（d=8mm）进行钻孔。接着把钻孔处理的PTFE板分别安放在楼梯中部的梯梁和挑耳上，并在梯梁面和挑耳面相应的钻孔位置进行醒目标记，然后进行钻孔，钻孔深度h=100mm。钻好孔后用高压风枪吹净孔内的杂物，并用植筋胶填满孔洞空隙，将PTFE板重新安放在梁面上，应保持PTFE板和相应梁面的孔位置对齐，然后仍用植筋胶填满PTFE板孔洞空隙。最后，如图9所示，用不锈钢平头螺钉（l=70mm，d=4mm）钉入钻好的孔内，螺帽与PTFE板表面平齐，多余的植筋胶应清干净，用大于5kg的重物将PTFE板和平头螺钉压住，等待24h后植筋胶强度达到后再把重物移开。

图9 不锈钢平头螺钉钉入钻好的孔内

图10 塔吊把梯段下落至安装位置

5）现场应根据塔吊设备的吊装参数确定构件起吊位置、施工楼层中的堆放位置，以及塔吊小车移动范围[5]。吊装机械设备与吊具选用应经计算确定，取最大单体构件重量，即不利状况的取值标准计算，确保吊装安全。经计算最重的楼梯构件T1为1.975t，根据现场实际安装的50m臂长QTZ63塔吊起重性能表，在距塔吊根部27m处可以吊3t，而现场楼梯段堆放的位置和安装的位置均在27m以内，完全满足楼梯构件吊装要求。如图10、图11所示，梯段吊装和安装采用塔吊与手拉葫芦结合。预制梯段角度到位后，塔吊把梯段下落到安装位置面以上50～100mm处，根据测设的控制线用手拉葫芦进行细微调整，使梯段准确安装到控制线上。

6）安装完成后对楼梯的梯步、净空、预埋件等尺寸、位置进行复查，合格后采用加工好的旧模板对楼梯踏步进行保护，防止墙和梁混凝土浇筑时对安装好的预制梯段造成污染，以及转运建筑材料时对楼梯踏步造成损坏。

图11 吊装葫芦微调安装和校正楼梯

4 结语

本文结合实际工程介绍了装配整体单跑板式楼梯深化设计时把梯段设计成两个梯段，中部设置滑动支座，采用一端固定一端滑动的形式，缩短构件长度，减轻重量，便于常规塔吊吊装。楼梯预制时设计制作了工具式台模进行梯段的分段预制。梯段吊装前安装PTFE滑动支座，梯段吊装和安装时采用塔吊与手拉葫芦结合，保证梯段吊装安全及安装质量。该技术指导性较强，操作易于控制，能有效保障施工质量，缩短施工工期。安装使用常规的塔吊，符合现阶段重庆市施工现场的实际情况，有利于装配整体式楼梯在高层及超高层住宅工程中的推广使用。当然，该技术相对于装配整体单跑板式楼梯，分成了两个梯段，增加了吊装的工程量，设置了滑动支座，增加了一道施工工序的时间，延长了工期，有一定的缺陷。