張兆鳳

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030001)

1 概述

過去，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員常用的鋼筋混凝土板式樓梯設(shè)計(jì)(以下簡(jiǎn)稱為“樓梯設(shè)計(jì)”)軟件為PKPM中的LTCAD;最近幾年，隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的多元化，許多小程序逐漸被設(shè)計(jì)人員了解并運(yùn)用到樓梯設(shè)計(jì)工作中，比如TSSD(探索者)、世紀(jì)旗云、MorGain(摩根)和理正。尤其是TSSD(探索者)，由于它是內(nèi)嵌于CAD的設(shè)計(jì)軟件，不僅高效實(shí)用，而且充分考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的繪圖習(xí)慣，所以使用起來非常方便快捷，深受設(shè)計(jì)人員的青睞。下面就通過一個(gè)樓梯設(shè)計(jì)實(shí)例，將PKPM和探索者這兩種設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行一次詳細(xì)的比較。

2 對(duì)比分析

2.1 樓梯設(shè)計(jì)實(shí)例簡(jiǎn)介

山西某煤集團(tuán)某煤業(yè)有限公司調(diào)度綜合樓，結(jié)構(gòu)形式為多層框架結(jié)構(gòu)。該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g。本工程樓梯混凝土標(biāo)號(hào)為C30，受力鋼筋采用三級(jí)鋼。樓梯斜板厚度暫定為t1=100 mm，樓梯平臺(tái)板厚度為t2=100 mm，樓梯梁截面尺寸250×400，樓梯裝修荷載為2.0 kN/m2，活荷載為3.5 kN/m2。樓梯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

2.2 程序操作對(duì)比

圖1 樓梯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

就程序操作而言，PKPM相對(duì)繁瑣，具體操作大概分為以下幾步:1)進(jìn)入LTCAD中的普通樓梯設(shè)計(jì)界面，從主菜單中選擇主信息命令，輸入繪圖參數(shù)、荷載、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、受力主筋級(jí)別、樓梯尺寸和保護(hù)層厚度等基本參數(shù);2)選擇新建樓梯工程命令，輸入樓梯文件名;3)選擇樓梯間命令，確定樓梯開間、凈深及層高，還可以畫軸線、墻線及梁線等;4)選擇樓梯布置命令，再進(jìn)一步選擇樓梯布置中的對(duì)話輸入，這一步是所有步驟中最重要的一步，在這一步中，首先選擇樓梯類型，然后詳細(xì)輸入計(jì)算樓梯所需參數(shù)，并布置各個(gè)構(gòu)件;5)選擇豎向布置命令，可進(jìn)行樓梯標(biāo)準(zhǔn)層的刪除、插入、替換等命令，并進(jìn)行全樓組裝;6)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查;7)選擇鋼筋校核命令，可以通過對(duì)話框進(jìn)行鋼筋修改，還可以生成計(jì)算書、施工圖、鋼筋表等;8)選擇施工圖命令，將生成的各個(gè)施工圖進(jìn)行合并，還可以選擇樓梯平法繪圖;9)進(jìn)入LTCAD中的圖形編輯、打印及轉(zhuǎn)換界面，將后綴為t的施工圖文件轉(zhuǎn)換為dwg文件。

而對(duì)于探索者來說，操作步驟要簡(jiǎn)單得多，只需一步就可搞定。具體操作如下:在CAD界面下，打開下拉菜單中的板式樓梯計(jì)算對(duì)話框，在此對(duì)話框中，即可輸入計(jì)算樓梯所需的所有參數(shù)，并能同時(shí)生成詳細(xì)的WORD計(jì)算書，最為方便的是，還可直接生成樓梯配筋詳圖。

通過以上對(duì)兩種程序操作的簡(jiǎn)單介紹以及對(duì)程序的實(shí)際操作，可以發(fā)現(xiàn)兩者主要有以下幾點(diǎn)不同之處:

1)不難看出，最大的不同就是PKPM的操作步驟繁多，若要選擇另外一個(gè)命令，必須先從當(dāng)前命令返回才能繼續(xù)選擇新的命令，來回切換得非常麻煩;如果修改了某個(gè)參數(shù)，必須重新進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查、鋼筋校核、施工圖生成合并、圖形轉(zhuǎn)換等命令。而探索者簡(jiǎn)潔明了，操作起來很方便，只需在一個(gè)對(duì)話框中就可以完成所有命令;若是修改了其中的一個(gè)參數(shù)，計(jì)算書和施工圖都會(huì)相應(yīng)自動(dòng)變化。2)在輸入樓梯裝修荷載時(shí)，PKPM是把所有裝修荷載折算成均布荷載輸入，而且只需輸入一個(gè)數(shù)值，對(duì)于以上樓梯設(shè)計(jì)實(shí)例，即輸入2.0 kN/m2。而在探索者中，需要輸入兩個(gè)數(shù)值，一個(gè)是面層荷載1.0 kN/m2，另一個(gè)是欄桿線荷載1.0 kN/m，而抹灰荷載則由程序另行自動(dòng)計(jì)算。3)PKPM可以進(jìn)行全樓組裝，可以計(jì)算所有樓層的樓梯板、休息平臺(tái)板、樓梯梁，生成的圖形類型也比較豐富，包括各層樓梯平面圖、全樓的樓梯剖面圖、配筋詳圖、鋼筋表，另外還可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的需要選擇樓梯平法繪圖。而探索者計(jì)算比較單一，只能計(jì)算單跑樓梯板，生成的圖形也只有單跑樓梯板的配筋詳圖，也沒有平法繪圖這項(xiàng)功能。4)PKPM中并未計(jì)算樓梯板的撓度和裂縫，而探索者則對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算。5)PKPM生成的樓梯計(jì)算書相對(duì)簡(jiǎn)單，只簡(jiǎn)單羅列出計(jì)算簡(jiǎn)圖、荷載計(jì)算公式、荷載計(jì)算參數(shù)等，而且只給出了計(jì)算結(jié)果而沒有計(jì)算過程，另外生成的計(jì)算書需專門導(dǎo)出。而探索者生成的計(jì)算書則非常詳細(xì)，首先是完整的基本資料，包括示意圖、依據(jù)規(guī)范、幾何參數(shù)、荷載標(biāo)準(zhǔn)值、材料信息等;然后是計(jì)算過程，包括荷載、彎矩、配筋、撓度、裂縫等的計(jì)算，所有計(jì)算過程都給出了明確的公式并將數(shù)據(jù)代入;另外探索者在CAD界面下就可直接生成WORD計(jì)算書，無需另外導(dǎo)出。6)PKPM生成的施工圖文件是后綴為t的圖形文件，雖然也可以直接在PKPM界面下進(jìn)行編輯打印，但許多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員都習(xí)慣于將圖形先轉(zhuǎn)換為dwg格式的文件，再進(jìn)行后續(xù)操作。而探索者生成的樓梯配筋詳圖則已經(jīng)是現(xiàn)成的dwg格式，非常人性化。

2.3 計(jì)算結(jié)果比較

2.3.1 彎矩和配筋

PKPM的計(jì)算結(jié)果為彎矩13.27 kN·m，配筋面積634 mm2，配筋結(jié)果為直徑10，間距120;探索者的計(jì)算結(jié)果為彎矩16.44 kN·m，配筋面積689 mm2，配筋結(jié)果為直徑10 mm，間距110 mm。經(jīng)過比較可以看出，兩種軟件計(jì)算結(jié)果相差不明顯，探索者稍大些。通過查看計(jì)算書，又經(jīng)過反算，不難發(fā)現(xiàn)PKPM中樓梯板的計(jì)算跨度L0取值為2.8 m，并未考慮支座寬度，顯然不合理;而探索者中計(jì)算跨度則考慮了支座寬度，并進(jìn)行了明確的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為 L0=3.05 m。

2.3.2 撓度和裂縫

按照規(guī)范要求，混凝土構(gòu)件應(yīng)計(jì)算撓度和裂縫，但PKPM并未計(jì)算。根據(jù)我國幾十年的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié):對(duì)于一般的樓梯，只要梯板厚度的取值滿足(1/25～1/30)L0，通?？刹豢紤]撓度和裂縫;但是對(duì)于跨度大于4 m的樓梯，則應(yīng)進(jìn)行撓度和裂縫的驗(yàn)算。對(duì)于本文中的設(shè)計(jì)實(shí)例，樓梯板厚取值為100，即板跨的1/28，按照經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，是滿足要求的。通過查看探索者生成的計(jì)算書，我們發(fā)現(xiàn)，計(jì)算最大裂縫寬度為0.15 mm，完全可以滿足規(guī)范要求;但對(duì)于撓度來說，限值為15.25 mm，計(jì)算結(jié)果為26.79 mm，顯然遠(yuǎn)不能滿足要求，而且計(jì)算過程中已經(jīng)考慮了三角踏步對(duì)梯板撓度的影響。

那么，對(duì)于一般樓梯，究竟是否應(yīng)該考慮撓度和裂縫，眾所周知，樓梯間在地震發(fā)生時(shí)是唯一的逃生通道更是救援通道。新抗震規(guī)范中，無論是對(duì)磚混結(jié)構(gòu)，還是對(duì)多層和高層混凝土結(jié)構(gòu)的樓梯間，都提出了新的構(gòu)造措施要求，可見樓梯的重要性。既然規(guī)范中明確要求混凝土構(gòu)件應(yīng)計(jì)算撓度和裂縫，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員就應(yīng)對(duì)樓梯板的撓度和裂縫進(jìn)行驗(yàn)算，而不應(yīng)單憑經(jīng)驗(yàn)取值。

通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，裂縫很容易滿足要求，關(guān)鍵就是撓度問題。解決撓度超限問題，一般有兩種辦法，加大配筋或是增加板厚。但是如果配筋過大，會(huì)使構(gòu)件地震時(shí)鋼筋未屈服而混凝土壓碎，導(dǎo)致脆性破壞，所以不能一味地加大配筋。另一方面，如果梯板越厚，樓梯剛度就越大，相應(yīng)吸收的地震力也會(huì)越大，而且因?yàn)榘搴竦脑黾?，配筋反而?huì)減少，更容易導(dǎo)致破壞，所以盲目地增加板厚也是不合理的。所以，采取折中的方法，既加大配筋又增加板厚應(yīng)該是不錯(cuò)的選擇。

對(duì)于本文中的設(shè)計(jì)實(shí)例，當(dāng)前板厚為100 mm，配筋為直徑10 mm，間距110 mm。經(jīng)過試算，將板厚調(diào)整為110 mm，將配筋調(diào)整為直徑12 mm，間距100 mm，撓度計(jì)算結(jié)果為14.11 mm，可以滿足要求。此時(shí)，板厚大約為跨度的1/25，配筋率也較合理。因此，折中的方法還是可取的。

3 結(jié)語

通過比較分析，兩種樓梯設(shè)計(jì)軟件在樓梯設(shè)計(jì)方面都有各自的優(yōu)、缺點(diǎn)。總的來說，探索者還是比較實(shí)用的，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算、繪圖、計(jì)算書的一體化，大大提高了工作效率。但是，設(shè)計(jì)人員并不應(yīng)采用單一的設(shè)計(jì)軟件，而是應(yīng)采用多種設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合的辦法，取長補(bǔ)短，多比較，多分析。

［1］GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［3］GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.