一种楼梯栏杆隐藏式侧装创新技术研究应用

丁传奇

北京建工集团有限责任公司 北京 100055

在目前城市土地资源极为紧张的状态下，高层住宅项目成为建筑项目当中重要的构成之一。在高层住宅项目的国家标准和行业标准中，为人民生命财产安全和公共利益方面而制定的工程建设标准强制性条文越来越多。因此，对于消防安全管理标准的强制实施显得越来越重要，尤其是对公共位置的楼梯栏杆的强制性标准。中国人民大学集体宿舍楼工程在项目装饰装修阶段施工，按照原设计图纸进行楼梯栏杆安装施工时，部分楼梯的梯段净宽度不满足现行的工程建设标准强制性的条文的要求。针对既定的现场施工技术难题，通过开展现场科技创新和技术创效的“双创”技术活动，实施并应用了一种楼梯栏杆隐藏式侧装创新技术，最终使楼梯栏杆安装满足标准要求。

目前，通过查阅现行的施工图集和设计、验收规范的有关楼梯侧装的相关内容，结合专家学者的研究理论和实践现状，总结分析如下：

1）在设计理论研究和分析方面，建筑设计和结构设计的研究者，关注对楼梯栏杆侧装的预埋件选型和规格进行设计结构验算，对楼梯栏杆的侧装造型进行设计，追求楼梯栏杆也要与周围环境相适应的设计理念和设计做法。

2）在实践应用和施工技术分析方面，专家学者关注楼梯栏杆的施工工艺和做法，突出强调在满足施工功能的前提下，保证安装的牢固性，同时兼顾经济和美观性。

3）在目前的楼梯栏杆侧装项目中，侧装形式多出现在追求现代时尚生活的家装项目中，特别是在楼梯栏杆双侧面安装，能够实现在满足使用功能的前提下，更加突出新颖个性造型和彰显美观精致。

4）目前现行推广应用的施工图集中表述的楼梯栏杆侧装仅仅适用在结构期间的楼梯栏杆侧板预留孔道或者预留钢板，在装饰装修期间，通过L形立柱与预埋件焊接，最终再采用混凝土灌实，形成侧装形式的楼梯栏杆安装方式。

1 工程概况

中国人民大学教学科研楼（东南区综合楼）及集体宿舍（留学生宿舍）工程由中国人民大学投资建设，为大型的高校公共建筑和住宅建筑的组合体，总建筑面积10.259万 m2，2栋楼地下3层成贯通布局，地上部分通过设置变形缝断开。其中，中国人民大学集体宿舍楼工程为高级专家和留学生公寓，建筑高度64.50 m，地上19层，地上建筑面积为3.04万 m2，容纳约2 500人，标准层高2.95 m。集体宿舍楼设置5部电梯（其中2部消防电梯）＋3处走道楼梯，其中B3～19层的S-1#、S-2#两处楼梯，楼梯结构板厚100 mm，踏步板宽270 mm，高150 mm。原设计图纸剪力墙结构完成面距楼梯栏杆立柱中心1.2 m，在装饰装修阶段按照原设计图纸安装楼梯栏杆，通过测量放线确认楼梯的梯段净宽不满足现行的工程建设标准强制性条文[1]要求，即：楼梯门、楼梯及走道总宽度应按每层通过人数每100人不小于1 m计算，且梯段净宽不应小于1.20 m，楼梯平台宽度不应小于楼梯梯段净宽。图1为原设计楼梯栏杆详图。

图1 楼梯栏杆原设计与施工示意

2 背景分析

建设单位追求高层建筑项目使用面积最大化，在设计前期便提出最大限度减少流通空间，实现住宅建筑物最经济条件下的平面设计布置。设计单位在建筑设计中往往追求公共空间的设计紧凑，以便有效提升室内使用面积，导致未充分依据验收规范标准，同时未能综合考虑装修做法厚度增加和施工现场条件以及管理水平的影响；施工单位在上述位置的楼梯栏杆结构梯板施工过程中，对梯板一侧的剪力墙结构混凝土施工质量控制不严，造成剪力墙结构墙体厚度出现较大的正偏差。

综合考虑以上各个因素的共同影响，使得上述位置楼梯栏杆按照原设计要求安装后[2]，难以满足现行的工程建设标准验收强制性的要求。因此，必须通过技术难题攻关，在满足验收强制性标准的同时，实现楼梯栏杆的使用功能。

3 创新方案

3.1 背景分析

结合现场S-1#和S-#两处的楼梯栏杆安装出现的技术难题，项目部迅速开展技术攻关。通过对楼梯栏杆图集应用研究，首先提出引用图集中的楼梯栏杆侧装方案，如图2栏杆侧装剖面。经过对引用施工图集侧装方案分析，施工图集中的栏杆侧装应用的前提是在梯板结构期间必须提前预埋钢板或者预留后浇混凝土孔道，而在实际施工过程中，并无预留钢板或者预留孔的基础条件。

图2 图集栏杆侧装剖面示意

3.2 创新优化设计效果图

基于上述中引用楼梯栏杆施工图集不适用情况的分析，并结合施工图集侧装剖面节点的深化设计方案，本工程在常见的栏杆侧装节点中，创新提出一种楼梯栏杆后置膨胀螺栓，隐藏式侧装节点固定装置，如图3、图4所示。

图3 三维整体效果图

图4 三维透视图和隐藏式效果图

3.3 创新优化设计内容

结合楼梯栏杆后置膨胀螺栓，隐藏式侧装节点固定装置的整体三维效果图，明确了具体优化深化设计相关内容的设计参数。参照上述楼梯栏杆侧装施工图集中深化设计参数，并最终形成设计单位确认的参数标准深化文件，明确楼梯栏杆侧装节点的构造参数设计，具体内容如下：

1）立柱：材质采用与栏杆同材质，规格尺寸50 mm×50 mm×2.5 mm。

2）方钢连接件：材质采用与栏杆同材质，规格截面尺寸50 mm×20 mm×2.5 mm，长度150 mm，通过焊接实现一侧与立柱连接成一体，另一侧通过膨胀螺栓实现与基层固定，工厂化预制加工。

3）膨胀螺栓：规格M10，长度150 mm，按照设计要求满足抗拉拔前提下，上、下各设置一个。

4）工艺孔：工艺孔直径20 mm，上、下各设置一个，同时满足套筒安装工艺要求的活动空间下，通过工艺孔实现膨胀螺栓完美隐藏在方钢连接件内。

5）固定孔：膨胀螺栓通过固定孔将方钢连接件固定在踏步侧边，上下各设置一个。

6）上、下封口件：材质采用与栏杆同材质，规格50 mm×25 mm×2.5 mm，方钢连接件上、下外露口采用同立柱材质断焊接处理。

3.4 可靠性验算

以已有的现行国家技术标准为基础，对比建筑栏杆有关现行国家标准对其力学性能检测的规定[3]，依据工程建设标准强制性条文规定：最薄弱处，防护栏杆承受的水平推力不小于1.5 kN/m。按照创新深化优化方案的要求，立柱间距按1 m（大于实际间距0.9 m）进行考虑，栏杆扶手高度距离膨胀螺栓1.2 m，膨胀螺栓M10（长度150 mm）的设计拉力≥18 kN，经现场实体拉拔试验验证，远远满足设计拉力值的要求。理论和试验相结合的方式，证明采用的侧装方式连接可靠。

3.5 侧装节点固定装置的特点

一种后置膨胀螺栓，隐藏式侧装节点固定装置的显著特点为：通过创新地提出一种简单可行的楼梯栏杆侧面固定装置，能通过后置入式膨胀螺栓将楼梯栏杆立柱与梯段结构侧面进行机械固定安装，再通过安装的方钢连接件将膨胀螺栓完美地隐藏在内，整体上实现可靠连接且外观简洁美观，使得楼梯栏杆整体上协调一致。

4 创新优化方案实施

4.1 实施过程

通过创新性地提出了一种楼梯栏杆后置膨胀螺栓、立柱侧装方式，并总结形成一种楼梯栏杆隐藏式侧装创新技术。由总承包部单位组织召开专题会议，形成专题讨论。原设计单位对栏杆和扶手尺寸规格最终确认后，专业分包按照设计变更程序提交具体施工技术处理方案并由总承包部单位项目技术负责人审核确认，报监理单位总监理工程师审核确认后，上报建设单位并交由原设计单位审核签字盖章深化图，最终由建设单位、设计单位、监理单位和总承包单位的四方签字盖章确认后实施。

创新技术的主要施工工艺流程为：BIM三维效果展示→深化设计→楼板侧面装饰验收完成→立柱定位→膨胀螺栓安装→方钢连接件固定→方钢连接件上、下封口处理→立柱侧连方钢连接件→立柱相互连接，如图5所示。

图5 侧装方式三维效果图

在实施过程中，主要安装技术和质量控制要点如下：

1）严格把控膨胀螺栓锚固在侧面梯板结构内的深度，满足深化设计要求以及通过膨胀螺栓的拉拔试验，验算立柱的牢固可靠性。

2）方钢连接件的组合焊接须在工厂焊接完成，有效保证拼装片的焊接质量。

3）以立柱的位置确定方钢连接件的具体位置，避免出现方钢连接件与立柱错台。

4）严格控制立柱与方钢连接件的焊缝质量，满足焊接饱满度和顺直度要求。

5）严格控制方钢连接件与立柱及上、下封口位置断焊焊缝质量。

6）方钢连接件的外侧面工艺孔定位准确，开孔大小能使套筒灵活进入，保证套筒紧固膨胀螺栓所需操作空间。

4.2 实施效果

在实施过程中，基于BIM的三维深化效果，分别从深化优化设计方案、材料选型、预制加工运输和现场安装等的全过程，进行楼梯栏杆侧装施工技术的质量控制。最终实施S-1#和S-2#的楼梯栏杆立柱中心距离一侧剪力墙装饰建筑做法完成面的水平净空为1.28 m，满足梯段净宽不应小于1.2 m的验收强制性规范要求。事先按照深化设计方案，进行实体样板施工，包括建设方、设计方和监理方在内的参建各方一致认为，一种楼梯栏杆隐藏式侧装创新技术，技术先进、安全可靠、经济适用且外观效果简洁美观，与项目整体的设计风格协调一致。

4.3 创新技术应用优势

一种楼梯栏杆隐藏式侧装创新技术是对楼梯栏杆侧装节点形式的创新，相比较常见的立柱安装在踏步板及预留钢板或者预留孔方式的侧装节点形式，在适用性、可靠性、美观性、绿色文明施工、建筑使用空间等方面均有很大的提高，具有显著的实施效果：

1）简洁美观，安装牢固可靠。应用一种后置膨胀螺栓，隐藏式侧装节点固定装置，通过安装的方钢连接件能够将膨胀螺栓完美地隐藏在内，整体上实现美观，同时经过可靠性验算，符合设计拉力标准和要求。

2）安装简便，高效灵活。采用膨胀螺栓固定的方式，方钢连接件尺寸标准化，工厂化加工，能直接在楼梯踏步完成后安装，完全不依靠上道工序，安装更加高效灵活。

3）侧装工艺，增加使用空间。楼梯栏杆侧装的安装方式，能够充分利用梯井空间，在满足设计要求和验收的标准前提下，提高建筑使用空间面积。

4）减少焊接、湿作业，有利于文明施工。采用膨胀螺栓固定的方式，不必现场预留钢板或预留孔，有效避免现场再次焊接或者后浇混凝土，有利于现场绿色文明施工。

5）适用范围广泛，可推广性强。应用的一种楼梯栏杆隐藏式侧装创新技术采用的是一种后置膨胀螺栓的后置式安装方法，不必预先预埋钢板或者预留混凝土孔洞，具有广泛的适用性和显著的可推广性。

5 结语

一种楼梯栏杆隐藏式侧装创新技术作为本项目申报北京市建筑业新技术应用示范工程验收的一项核心自主创新技术，得到验收专家委员会的一致认可。目前，项目已经通过由北京市住房和城乡建设委员会组织的北京市建筑业新技术应用示范工程的验收，工程整体推广应用《建筑业10项新技术》中的9大项32子项，《北京市建设领域百项重点推广项目》中的24项，其他自主研发技术8项，社会和经济效益显著。新技术应用整体达到国内领先的水平。

一种楼梯栏杆隐藏式侧装创新技术的研究，以施工现场出现的技术难题为课题攻关的出发点，通过大量的技术研讨和重点攻关，并以实际应用效果验证，有效地解决了施工现场出现的在已完成的梯板结构上按照原立柱安装于踏步上的方式，梯段净宽不满足验收标准要求的施工技术难题，同时为创新技术应用示范工程的攻关和应用提供一种很好的范例。作为一种自主研发的创新技术，在高层住宅类建筑项目中应用一种楼梯栏杆侧装技术，能够在满足建筑公共流通区域最小化的前提下，有效提升了建筑的使用面积，具有显著的推广应用价值。