馮朝輝 呂偉鋒

1 工程概況

鄭州市圖書館新館(市民文化中心)工程位于鄭州市鄭東新區(qū)民生路與客文一街交叉口西北角。建筑面積為72095 m2，地下1層，地上5層，地上分主樓和裙樓，裙房建筑高度16.2 m，地上2層，局部1層;主樓建筑高度為30.6 m，地上5層，主樓為上大下小的倒錐橢圓形，分兩個結構單元(見圖1)。其中鋼結構工程部分有大堂采光頂、大堂兩側索網幕墻頂部支承桁架、大堂中部旋轉樓梯、主入口雨罩、主樓裙房之間消防通道采光頂、主樓裙房之間連橋、主樓兩塔芯部采光頂，鋼結構總用鋼量約1400 t，構件主要采用焊接箱形柱、H型鋼骨柱、圓管柱及焊接H型鋼梁、箱形鋼桁架，構件材料材質主要為Q345B，Q345C級鋼材。

本工程由鄭州市政府投資興建，本工程是建國以來鄭州市投資規(guī)模最大的社會文化設施，是一所集文獻典藏、檢索咨詢、學術交流、文化創(chuàng)意、教育培訓、休閑娛樂等功能為一體的綜合性現代化大型文化場館，是鄭州市的重點工程，更是鄭州市的標志性建筑。

圖1 鄭州市圖書館新館（市民文化中心）效果圖

圖2 旋轉樓梯施工狀況

2 鋼結構旋轉樓梯簡介

鋼結構旋轉樓梯布置于大堂中庭內，總重量245 t，細化后單支構件最重為鋼管立柱，為5.1 t。該旋轉樓梯由鋼管立柱、旋轉梯梁、“L”形踏步板和頂部鋼框架梁組成的1∶3的斜筒體(見圖2)。由于鋼結構旋轉樓梯螺旋型的特性，故有其特有的制造難點:1)鋼結構旋轉樓梯的內側梯板梁均是由螺旋線組成，由空間點來描述難以展開的平面，車間放樣、下料、裝配、焊接比較困難;2)由于鋼結構旋轉樓梯建立在立體空間上，各點空間位置及各部件相互定位困難;3)梯板梁壓制成螺旋型較難，再加之焊接變形、運輸變形等，不易保證樓梯的螺旋線型。設計藍圖的細化、構件的制作放樣、現場的吊裝、定位是該工程的重點，其中樓梯梁為曲面箱形鋼梁，頂部鋼框架為雙曲面箱梁，其圖紙細化、放樣加工為本工程的難點。

3 鋼結構旋轉樓梯施工方案

3.1 設計藍圖細化

由于旋轉鋼樓梯施工藍圖只是對該旋轉樓梯的起始標高、構件軸線、連接節(jié)點等做出標注，沒有對旋轉鋼樓梯進行細部的鏈接設計，這樣就增加了旋轉鋼樓梯的下料、制作的難度，為保證制作出精準尺寸的樓梯便于安裝施工，就要根據施工藍圖將旋轉鋼樓梯進行細化，細化成能夠滿足制作要求的加工圖。所以需要將施工藍圖細化成加工圖，以確保旋轉鋼樓梯下料準確和提高施工精度。由此，公司組織設計部、技術部、工藝部共同組成難題攻克小組，將藍圖輸入計算機，進行建模分析，細化分析模型圖見圖3。對計算機模型進行了鋼管立柱、旋轉梯梁、“L”形踏步板、鋼框架梁的尺寸細化，同時對構件之間的鏈接尺寸進行細化，得到便于加工安裝的旋轉樓梯詳圖，技術部根據細化后的加工圖的清單編制，并指導生產部門生產;工藝部編制生產工藝，便于順利的加工合格產品。

圖3 旋轉樓梯細化分析模型

圖4 按1：1搭建胎架制作

3.2 構件的放樣制作

針對以上難點，我們采取了以下一些特有的措施:

1)制定系統(tǒng)的工藝程序，由每一步的精度控制來控制整個產品形位公差;2)壓制采用壓刀和圓柱面的母線的方法進行。根據設計圖紙，確定內外梯板梁的螺旋升角θ=arctan{H/(3πD/4)}。將板料沿進刀平行線卷板一定弧度后，圓弧對內外板梁進行校核，以確認其角度是否正確，然后利用檢驗模板沿卷好后的內外梯梁上的檢驗線進行靠模看是否符合模板弧度，反復調整檢驗，直到合模為止;3)裝配在1∶1的螺旋型胎架上進行，如圖4所示，為保證梯板梁的螺旋線的空間位置，利用2.0mm厚鋼板卷一個圓筒胎架，將圓柱體的柱身根據踏步板數量分成相應的等分母線，再在母線上劃出每一踏步標高線及內梯梁的定位線，將板式內梯梁根據其位置線將其點焊在圓筒上，再根據螺旋升角求出的每一等分線的高度值定位外梯板梁空間位置，使其達到θ升角，下面用支撐臨時將梯板梁固定到一定高度，將踏步板角鋼和踏步板焊在與其高度線對應位置上，精確地保證了梯板梁和踏步的空間位置。

3.3 鋼結構旋轉樓梯施工方案

該旋轉樓梯的主體結構為12支圓管柱，共分為四段，第一段鋼柱自地下室基礎開始，因此土建基礎施工期間，需要進行基礎錨栓的預埋工作，為上部鋼結構旋轉樓梯的施工做準備。鋼結構施工分為兩個階段，第一階段根據細化圖紙，在地面定住中心點位置，為鋼柱基礎錨栓的預埋精準定位然后用起重設備對第一節(jié)鋼柱進行吊裝，吊裝后將鋼柱進行固定鏈接以確保后續(xù)順利進行;第二階段待土建結構五層完成后進行鋼結構旋轉樓梯剩余構件的施工及安裝工程。

4 施工管理

本工程設計復雜，專業(yè)施工工種多且立體交叉作業(yè)多，安全施工實施難度大。如何做到忙而不混，科學有序地組織施工，確保施工人員的人身安全和生產設備、工程建設的安全尤為重要，為此，專門組建嚴格管理機構以確保施工質量的管理組織順利地運轉及操作。機構圖如圖5所示。

圖5 項目組織機構

復雜工程的進度管理關系到工程如期竣工，建立完善的計劃體系是掌握施工管理主動權、控制施工生產局面，保證工程進度的關鍵一環(huán)。本項目的計劃體系將以日、周、月和總控計劃構成的工期計劃為主線，并由此派生出一系列技術保障計劃、資金保障計劃、物資保障計劃、質量檢驗與控制計劃、安全防護計劃及后勤保障計劃，在各項工作中做到未雨綢繆，使進度管理形成了層次分明、深入全面、貫徹始終的特色。

5 結語

鋼結構旋轉樓梯結構形勢復雜，施工制造都具有很大難度，因此需要進行設計藍圖的細化、構件的制作放樣、現場的吊裝等工序，同時需要合理的進行施工管理，以確保各道工序之間的順利銜接，最終順利完成鋼結構旋轉樓梯的施工。

［1］ 斯萊瑟.當代樓梯設計典例［M］.詹艷輝，詹艷梅，張海濤，譯.北京:中國水利水電出版社，2003.

［2］ 吳健生.圓柱間螺旋線桿件(螺旋樓梯)空間剛度、內力及變形的計算［J］.建筑結構學報，1981(6):93-95.

［3］ 黃劍源，謝 旭.薄壁空間螺旋形曲線梁的約束扭轉理論分析及結構計算方法(第一部分:基本理論)［J］.工程力學，1995(4):53-54.

［4］ GB 50009-2001，建筑結構荷載規(guī)范［S］.

［5］ GB 50017-2003，鋼結構設計規(guī)范［S］.

［6］ 《鋼結構設計手冊》編輯委員會.鋼結構設計手冊(上冊)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1989.