李 松，張海龍，劉 銳，胡銀波，廖 聰

（中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司，湖北 武漢 430064)

伴隨建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，預(yù)制樓梯的應(yīng)用越來(lái)越普遍，常被列入首選的預(yù)制構(gòu)件名單中。由于住宅建筑樓梯間的層高及平面尺寸具有通用性和重復(fù)性，所以預(yù)制樓梯是“部品構(gòu)件產(chǎn)業(yè)化和通用化”中的重要一環(huán)，是住宅建筑中最可以標(biāo)準(zhǔn)化，最適合采用預(yù)制裝配設(shè)計(jì)和施工的部分，對(duì)促進(jìn)建筑工業(yè)化技術(shù)的快速推廣具有積極的意義。

與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆樓梯相比，預(yù)制樓梯不僅質(zhì)量和觀感大大提升，而且生產(chǎn)精度高、安裝操作簡(jiǎn)單、施工速度快，不僅在施工過(guò)程中省去了臨時(shí)通道，還節(jié)省了后期二次抹灰的環(huán)節(jié)，同時(shí)預(yù)留了防滑凹線條、滴水線，既滿足了功能需要，又有良好的裝飾效果。但是預(yù)制剪刀梯構(gòu)件的自重較大、造價(jià)較高、吊裝困難，在塔機(jī)選型中往往起到?jīng)Q定性作用，如果僅僅因?yàn)轭A(yù)制樓梯構(gòu)件過(guò)重而增加塔機(jī)選型，會(huì)大大增加項(xiàng)目成本。所以預(yù)制剪刀樓梯的拆分設(shè)計(jì)方案對(duì)項(xiàng)目顯得尤為重要。

1 預(yù)制樓梯拆分設(shè)計(jì)方案

本文以某住宅樓項(xiàng)目為例，對(duì)常見(jiàn)的3 種預(yù)制剪刀樓梯的拆分設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析。該樓棟采用裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，采用的預(yù)制構(gòu)件有：預(yù)制剪力墻、預(yù)制非承重圍護(hù)墻、ALC條板、疊合樓板、預(yù)制樓梯等，地上33 層，建筑高度95.6m，層高2.9m，2 梯3 戶，樓梯間設(shè)計(jì)為剪刀梯，梯段采用預(yù)制混凝土梯段。

該項(xiàng)目每個(gè)樓梯間共設(shè)計(jì)有2 個(gè)剪刀樓梯梯段，每個(gè)梯段有17 個(gè)踏步，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，預(yù)制樓梯的3 種拆分設(shè)計(jì)方案分別是：整體預(yù)制、縱向拆分、橫向拆分。分別對(duì)上述3 種方案進(jìn)行截面設(shè)計(jì)、計(jì)算和對(duì)比分析。預(yù)制樓梯不需要抹灰，恒載僅取自重，活載取3.5kNm2。

1.1 整體預(yù)制拆分設(shè)計(jì)方案

整體預(yù)制拆分設(shè)計(jì)方案是剪刀樓梯的梯段整體預(yù)制，預(yù)制梯段高度同層高2.9m，寬度1.2m，結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示。該方案每層樓梯間有2 個(gè)預(yù)制梯段，需2 次吊裝。

圖1 整體預(yù)制拆分設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)形式

該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)制構(gòu)件完整，不用在梯段中間設(shè)置梯梁、梯柱，不存在預(yù)制構(gòu)件之間的接縫，每層樓梯間有2 個(gè)預(yù)制梯段，需2 次吊裝，吊次少，梯段處現(xiàn)場(chǎng)不需要二次施工工序。缺點(diǎn)是預(yù)制構(gòu)件重量偏大，對(duì)塔機(jī)起重能力要求較高。

該拆分設(shè)計(jì)方案梯段厚度取為0.21m，經(jīng)計(jì)算，彎矩圖和剪力圖如圖2 所示，撓度和裂縫如圖3 所示。

圖2 整體預(yù)制方案彎矩圖和剪力圖

圖3 整體預(yù)制方案撓度圖和裂縫圖

由計(jì)算結(jié)果可知，梯板設(shè)計(jì)厚度為0.21m，底部實(shí)配鋼筋為C14@130，預(yù)制梯段的截面、彎矩和剪力均滿足要求；最大撓度f(wàn)max=26.18mm＜[f]=28.47mm，滿足要求，裂縫驗(yàn)算結(jié)果ωmax=0.07mm ＜[ω]=0.30mm，滿足要求。

1.2 縱向拆分設(shè)計(jì)方案

縱向拆分設(shè)計(jì)方案是預(yù)制剪刀樓梯在縱向從樓梯中間處把樓梯分為左右兩半分別預(yù)制，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝，預(yù)制梯段高度同層高2.9m，寬度0.59m，樓梯縱向分段設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。該方案每層樓梯間有4 個(gè)預(yù)制梯段，需4 次吊裝。

圖4 縱向拆分設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)形式

該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是不用在梯段中間設(shè)置梯梁、梯柱，降低結(jié)構(gòu)施工成本。每層樓梯間有4個(gè)預(yù)制梯段，需4 次吊裝，難點(diǎn)是預(yù)制生產(chǎn)、安裝拼接精度要求高，縱向拼接縫處左右易產(chǎn)生高低差，縱向拼縫處易產(chǎn)生裂縫，影響美觀。

該拆分方案支座條件和跨度與整體預(yù)制方案相同，因此梯段設(shè)計(jì)厚度同樣取0.21m，經(jīng)計(jì)算，彎矩圖、剪力圖、撓度圖和裂縫圖與整體預(yù)制方案相同，均滿足要求。

1.3 橫向拆分設(shè)計(jì)方案

橫向拆分設(shè)計(jì)方案是預(yù)制剪刀樓梯從橫向一分為二，分別預(yù)制，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝，預(yù)制梯段高度為半層層高1.45m，寬度1.2m，結(jié)構(gòu)形式如圖5 所示。該方案每層樓梯間有4 個(gè)預(yù)制梯段，1 個(gè)預(yù)制梯梁，需5 次吊裝。

圖5 橫向拆分設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)形式

該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是樓梯踏步完整，同一踏步無(wú)縱向拼接縫，2 段均為獨(dú)立安裝，施工時(shí)控制中部梯梁的誤差即可較好地完成對(duì)接，是預(yù)制樓梯分段技術(shù)中較常采用一種設(shè)計(jì)方法。但是該方法需在橫向分段倍置處設(shè)置梯梁以支撐2 段預(yù)制樓梯，增設(shè)梯梁將增加一道工序及相應(yīng)成本，同時(shí)會(huì)影響美觀和拼接處的凈高，需提前考慮。

該拆分設(shè)計(jì)方案梯段設(shè)計(jì)厚度為0.1m，經(jīng)計(jì)算，彎矩圖和剪力圖如圖6 所示，撓度和裂縫如圖7 所示。

圖6 橫向拆分設(shè)計(jì)方案彎矩圖和剪力圖

圖7 橫向拆分設(shè)計(jì)方案撓度圖和裂縫圖

由計(jì)算結(jié)果可知，梯板設(shè)計(jì)厚度為0.1m，底部實(shí)配鋼筋為C10@150，預(yù)制梯段的截面、彎矩和剪力滿足要求；撓度f(wàn)max=11.97mm＜[f]=13.76mm，滿足要求，裂縫驗(yàn)算結(jié)果ωmax=0.07mm ＜[ω]=0.30mm，滿足要求。

2 方案對(duì)比分析

經(jīng)計(jì)算分析，3 種拆分設(shè)計(jì)方案的預(yù)制構(gòu)件種類、尺寸、數(shù)量、吊裝次數(shù)和單個(gè)構(gòu)件最大重量等設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示。

2.1 單個(gè)構(gòu)件最大重量對(duì)比分析

由表1 可知，整體預(yù)制方案由于預(yù)制梯段計(jì)算跨度較大，為滿足承載力、撓度和裂縫的要求，梯板設(shè)計(jì)厚度為0.21m，寬度1.2m，單個(gè)構(gòu)件達(dá)到4.94t。縱向拆分設(shè)計(jì)方案，預(yù)制梯段計(jì)算跨度與整體預(yù)制方案相同，梯板設(shè)計(jì)厚度0.21，寬度0.59m，單個(gè)構(gòu)件重量2.43t。橫向拆分設(shè)計(jì)方案，預(yù)制梯段計(jì)算跨度2.6m，跨度較前兩種方案較小，梯板設(shè)計(jì)厚度較薄，取為0.1m，寬度1.2m，單個(gè)構(gòu)件重量1.62t。

表1 3種拆分方案的參數(shù)對(duì)比

整體預(yù)制方案單個(gè)構(gòu)件最大重量4.94t，本項(xiàng)目其余預(yù)制構(gòu)件均在3.5t 以內(nèi)，若采用整體預(yù)制方案，則需要增大塔機(jī)型號(hào)，大大增加成本。

縱向拆分設(shè)計(jì)方案或橫向拆分設(shè)計(jì)方案，可以控制預(yù)制梯段重量在3t 以內(nèi)，不必增大塔機(jī)型號(hào)，節(jié)省塔機(jī)費(fèi)用。

2.2 鋼筋含量對(duì)比

根據(jù)3 種拆分設(shè)計(jì)方案計(jì)算可知，整體預(yù)制方案和縱向拆分設(shè)計(jì)方案的梯板設(shè)計(jì)厚度0.21m，底部縱向配筋14@130，其余按構(gòu)造配筋，鋼筋含量約為112.24kgm3，橫向拆分設(shè)計(jì)方案的梯板設(shè)計(jì)厚度0.1m，底部縱向配筋10@150，其余按構(gòu)造配筋，鋼筋含量約為118.83kgm3。

整體預(yù)制方案和縱向拆分設(shè)計(jì)方案由于計(jì)算跨度較大，梯板設(shè)計(jì)厚度較厚，預(yù)制構(gòu)件體積較大，所用鋼筋較多。橫向拆分設(shè)計(jì)方案由于計(jì)算跨度較小，梯板較薄，預(yù)制構(gòu)件體積較小，所用鋼筋較少。整體而言，3 種拆分設(shè)計(jì)方案的單倍體積的鋼筋含量基本一致。

2.3 施工成本對(duì)比

以該住宅樓項(xiàng)目為例，按照官方發(fā)布的預(yù)制構(gòu)件的市場(chǎng)信息價(jià)：預(yù)制樓梯3 786 元m3，預(yù)制梁4 000 元m3，3 種拆分設(shè)計(jì)方案的構(gòu)件成本對(duì)比如表2 所示。

表2 3種拆分設(shè)計(jì)方案的構(gòu)件成本

由表2 可以看出，整體預(yù)制方案和縱向拆分設(shè)計(jì)方案由于計(jì)算跨度較大，梯板設(shè)計(jì)厚度較厚，所以預(yù)制構(gòu)件總體積最大，構(gòu)件總價(jià)也最高。

縱向拆分設(shè)計(jì)方案與整體預(yù)制方案的預(yù)制構(gòu)件總體積基本相等，構(gòu)件總價(jià)也基本相同。

橫向拆分設(shè)計(jì)方案的計(jì)算跨度較小，梯板設(shè)計(jì)較薄，所以預(yù)制構(gòu)件總體積最小，總價(jià)也最低。

綜上所述，3 種拆分設(shè)計(jì)方案中，整體預(yù)制方案的與縱向拆分設(shè)計(jì)方案的構(gòu)件總價(jià)基本一致，且施工成本均比橫向拆分設(shè)計(jì)方案多40%左右。橫向拆分設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)效益最好。

3 結(jié)語(yǔ)

1)整體預(yù)制方案單個(gè)構(gòu)件最大重量最重，若采用整體預(yù)制方案，則可能需要增大塔機(jī)型號(hào)，大大增加成本?？v向拆分設(shè)計(jì)方案和橫向拆分設(shè)計(jì)方案可以有效控制預(yù)制梯段重量，無(wú)須增加塔機(jī)費(fèi)用。

2)整體預(yù)制方案和縱向拆分設(shè)計(jì)方案的預(yù)制構(gòu)件體積較大，所用鋼筋也較多。橫向拆分設(shè)計(jì)方案預(yù)制構(gòu)件體積較小，所用鋼筋也較少。整體而言，3 種拆分設(shè)計(jì)方案的單倍體積鋼筋含量基本一致。

3)整體預(yù)制方案的與縱向拆分設(shè)計(jì)方案的構(gòu)件總價(jià)基本相同，且施工成本均比橫向拆分設(shè)計(jì)方案多40%左右。橫向拆分設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)效益最好。