现浇混凝土与钢楼梯在全钢结构超高层建筑中的应用研究

黄铭圣 叶琳

0 引言

目前，全钢结构超高层建筑中钢楼梯的应用较为广泛。由于钢楼梯应用的效果明显，全钢结构建筑设计过程中往往直接选择钢楼梯方案。在部分建筑应用场景中，传统现浇楼梯存在明显优势，所以我们需要在结构受力、外观、成本、工程适用等多方面综合考虑分析，研究现浇混凝土楼梯在全钢结构超高层建筑中的应用。

1 概述

钢楼梯是工业时代的产物，以前在工厂厂房广泛应用，近几十年来，随着许多高技派风格建筑的出现，在高层建筑、高端艺术文化类建筑、全钢结构建筑、室内装饰中广泛运用。

钢结构楼梯主要特点：一是占地小；二是造型美；三是实用性强，钢结构采用铸钢管件，有无缝钢管、扁钢等多种钢材骨架；四是色彩亮，钢质骨架护手以黑白为主或漆以金铜色，能体现现代派的艺术风采。

钢结构楼梯的主要种类有：普通钢梯、屋面检修钢梯、吊车钢梯、中柱式钢螺旋梯、板式钢螺旋梯、住宅户内钢梯。

现浇混凝土楼梯为近些年来一直采用的结构形式，其具有取材容易、耐久性好、连接紧密等特点，在普通住宅建筑中普遍运用。本文主要通过同钢楼梯对比，讨论现浇混凝土楼梯在全钢结构的超高层建筑中应用的适用性。

2 方案对比

以下将通过楼梯型式、结构受力计算、外观、施工精度、施工方法、工期、成本、舒适度、工程适用性等方面进行比较分析，如表1 所示。经过对比，除却成本及舒适度因素，钢楼梯更适合全钢结构建筑。

表1

3 现浇混凝土楼梯施工常见问题

（1）施工周期长。楼梯构件现场浇筑，只能人工转运、浇筑，且长时间占用施工电梯用于混凝土运输，导致现场运输能力下降。在砌体、水电等多专业作业时，因垂直运输力不足导致工时浪费严重。

（2）施工安全隐患大。混凝土运输往往为了方便采用电动推车等工具，在施工升降机运输及倾倒混凝土时存在重大安全隐患。由于工人粗心大意，很容易发生施工升降机运输过程中电动推车冲出电梯笼、倾倒混凝土时高处坠落等安全事故。

（3）施工质量难保证。超高层楼梯多设置在核心筒位置，楼梯施工时梯段板施工缝无法正常留置在1/3 梯段位置，施工缝位置受力薄弱，需加强施工质量把控。且由于只能人工浇筑，滑动支座的施工方法困难，现场往往按刚性支座施工，严重影响结构安全。人工运输、浇筑受人为因素主观影响大，实际施工现场，工人疲劳作业后难以保证振捣质量。尤其首层二层往往层高超高，现浇楼梯施工难度大，质量难保证。

（4）与钢结构碰撞多。由于钢结构施工速度较快，平台钢梁提前安装，后续现浇楼梯施工时，存在钢梁错位、钢梁下净高不足、钢梁阻碍平台通行等问题。采用现浇混凝土楼梯时采用BIM 技术提前规避结构碰撞问题十分必要。

当然，现浇混凝土楼梯由于施工的简便性，面对设计变更或结构碰撞问题时可以迅速解决。相比钢楼梯深化→采购→加工→运输→安装的周期，现浇混凝土楼梯施工更灵活。

4 现浇混凝土楼梯应用重点

4.1 质量控制

4.1.1 模板质量控制

（1）除了考虑常规的施工荷载之外，由于混凝土倾倒时具有一定的冲击力，该部分内容应当加以考虑，楼梯模板必须具有足够的刚度、强度和稳定性。楼梯底模采用50mm×100mm木方做次楞，Φ48.3mm×3.6mm 双钢管做主楞，踏步侧模采用木板配制，外帮板内楞采用50mm×100mm 木方，外楞采用Φ48.3mm×3.6mm 钢管，并用钢管及U 型托撑水平顶紧加固，间距不大于1.0m，楼梯模板支撑体系如图1 所示。

图1 楼梯模板支撑体系示意图

（2）加强施工缝的处理，楼梯施工缝模板的做法采用后插板施工法，施工缝表面应剔凿清理干净，露出石子。接缝处浇水湿润，用混凝土配合比无石子砂浆细致振实，形成一体。

4.1.2 混凝土施工质量控制

（1）混凝土浇筑时应设置溜槽、串筒等，防止因混凝土倾落自由高度过高造成混凝土离析等问题。楼梯混凝土应当振捣密实，注意施工缝位置处理。浇筑完毕后12h 内对混凝土加以覆盖和浇水养护。冬季施工时混凝土应避免用水养护，浇筑完毕后应用塑料薄膜覆盖严密来保持水分。

（2）混凝土运输控制：除常规考虑混凝土搅拌站离施工现场距离所产生的运输时间外，还应重点考虑混凝土的垂直运输以及浇筑速度。当采用施工升降机运输及人工浇筑时，由于浇筑速度较慢。应适当调整混凝土的初凝时间，同时采用现场调配专梯用于混凝土浇筑，减少单次预拌混凝土供应量等方式，保证混凝土能在初凝之前完成浇筑。

4.2 安全管理

由于钢结构楼层层高较高，以及采用现浇混凝土所带来的不可避免的安全隐患。在楼梯混凝土浇筑前，必须对作业人员进行严格交底，检查安全防护措施是否配齐、正确使用；楼梯模板支设完毕后进行验收检查，对周边洞口水平防护、竖向防护必须设置合格。施工过程中，做好旁站监督，及时阻止工人的不安全行为，对可能发生的安全隐患及时采取措施予以消除。

4.3 同主体钢结构碰撞检查

在主体结构设计过程中，为施工方便，现浇楼梯的梯梁采用钢梁同主体结构一同施工，因此容易产生标高不一致、错位等问题。另外由于钢结构设计深化时钢梁钢柱位置的调整等情况，建筑设计时容易忽略钢梁实际高度等问题导致楼梯通道内净高、宽度无法满足要求，消防验收无法通过。所以在现浇混凝土楼梯的设计、施工时，应当采用BIM 技术对其提前建模，规避碰撞问题。

5 结束语

随着建筑技术的不断革新，钢楼梯在舒适度和施工上已有成熟的技术，传统现浇混凝土楼梯尽管成本低廉，但在超高层的全钢结构建筑中其施工质量安全和工期已无法满足快速建造的要求，且其结构受力上亦存在弊端。钢楼梯在全钢结构超高层建筑中的应用将更加广泛。