郑州图书馆新馆钢结构旋转楼梯施工方案研究

冯朝辉 吕伟锋

1 工程概况

郑州市图书馆新馆(市民文化中心)工程位于郑州市郑东新区民生路与客文一街交叉口西北角。建筑面积为72095 m2，地下1层，地上5层，地上分主楼和裙楼，裙房建筑高度16.2 m，地上2层，局部1层;主楼建筑高度为30.6 m，地上5层，主楼为上大下小的倒锥椭圆形，分两个结构单元(见图1)。其中钢结构工程部分有大堂采光顶、大堂两侧索网幕墙顶部支承桁架、大堂中部旋转楼梯、主入口雨罩、主楼裙房之间消防通道采光顶、主楼裙房之间连桥、主楼两塔芯部采光顶，钢结构总用钢量约1400 t，构件主要采用焊接箱形柱、H型钢骨柱、圆管柱及焊接H型钢梁、箱形钢桁架，构件材料材质主要为Q345B，Q345C级钢材。

本工程由郑州市政府投资兴建，本工程是建国以来郑州市投资规模最大的社会文化设施，是一所集文献典藏、检索咨询、学术交流、文化创意、教育培训、休闲娱乐等功能为一体的综合性现代化大型文化场馆，是郑州市的重点工程，更是郑州市的标志性建筑。

图1 郑州市图书馆新馆（市民文化中心）效果图

图2 旋转楼梯施工状况

2 钢结构旋转楼梯简介

钢结构旋转楼梯布置于大堂中庭内，总重量245 t，细化后单支构件最重为钢管立柱，为5.1 t。该旋转楼梯由钢管立柱、旋转梯梁、“L”形踏步板和顶部钢框架梁组成的1∶3的斜筒体(见图2)。由于钢结构旋转楼梯螺旋型的特性，故有其特有的制造难点:1)钢结构旋转楼梯的内侧梯板梁均是由螺旋线组成，由空间点来描述难以展开的平面，车间放样、下料、装配、焊接比较困难;2)由于钢结构旋转楼梯建立在立体空间上，各点空间位置及各部件相互定位困难;3)梯板梁压制成螺旋型较难，再加之焊接变形、运输变形等，不易保证楼梯的螺旋线型。设计蓝图的细化、构件的制作放样、现场的吊装、定位是该工程的重点，其中楼梯梁为曲面箱形钢梁，顶部钢框架为双曲面箱梁，其图纸细化、放样加工为本工程的难点。

3 钢结构旋转楼梯施工方案

3.1 设计蓝图细化

由于旋转钢楼梯施工蓝图只是对该旋转楼梯的起始标高、构件轴线、连接节点等做出标注，没有对旋转钢楼梯进行细部的链接设计，这样就增加了旋转钢楼梯的下料、制作的难度，为保证制作出精准尺寸的楼梯便于安装施工，就要根据施工蓝图将旋转钢楼梯进行细化，细化成能够满足制作要求的加工图。所以需要将施工蓝图细化成加工图，以确保旋转钢楼梯下料准确和提高施工精度。由此，公司组织设计部、技术部、工艺部共同组成难题攻克小组，将蓝图输入计算机，进行建模分析，细化分析模型图见图3。对计算机模型进行了钢管立柱、旋转梯梁、“L”形踏步板、钢框架梁的尺寸细化，同时对构件之间的链接尺寸进行细化，得到便于加工安装的旋转楼梯详图，技术部根据细化后的加工图的清单编制，并指导生产部门生产;工艺部编制生产工艺，便于顺利的加工合格产品。

图3 旋转楼梯细化分析模型

图4 按1：1搭建胎架制作

3.2 构件的放样制作

针对以上难点，我们采取了以下一些特有的措施:

1)制定系统的工艺程序，由每一步的精度控制来控制整个产品形位公差;2)压制采用压刀和圆柱面的母线的方法进行。根据设计图纸，确定内外梯板梁的螺旋升角θ=arctan{H/(3πD/4)}。将板料沿进刀平行线卷板一定弧度后，圆弧对内外板梁进行校核，以确认其角度是否正确，然后利用检验模板沿卷好后的内外梯梁上的检验线进行靠模看是否符合模板弧度，反复调整检验，直到合模为止;3)装配在1∶1的螺旋型胎架上进行，如图4所示，为保证梯板梁的螺旋线的空间位置，利用2.0mm厚钢板卷一个圆筒胎架，将圆柱体的柱身根据踏步板数量分成相应的等分母线，再在母线上划出每一踏步标高线及内梯梁的定位线，将板式内梯梁根据其位置线将其点焊在圆筒上，再根据螺旋升角求出的每一等分线的高度值定位外梯板梁空间位置，使其达到θ升角，下面用支撑临时将梯板梁固定到一定高度，将踏步板角钢和踏步板焊在与其高度线对应位置上，精确地保证了梯板梁和踏步的空间位置。

3.3 钢结构旋转楼梯施工方案

该旋转楼梯的主体结构为12支圆管柱，共分为四段，第一段钢柱自地下室基础开始，因此土建基础施工期间，需要进行基础锚栓的预埋工作，为上部钢结构旋转楼梯的施工做准备。钢结构施工分为两个阶段，第一阶段根据细化图纸，在地面定住中心点位置，为钢柱基础锚栓的预埋精准定位然后用起重设备对第一节钢柱进行吊装，吊装后将钢柱进行固定链接以确保后续顺利进行;第二阶段待土建结构五层完成后进行钢结构旋转楼梯剩余构件的施工及安装工程。

4 施工管理

本工程设计复杂，专业施工工种多且立体交叉作业多，安全施工实施难度大。如何做到忙而不混，科学有序地组织施工，确保施工人员的人身安全和生产设备、工程建设的安全尤为重要，为此，专门组建严格管理机构以确保施工质量的管理组织顺利地运转及操作。机构图如图5所示。

图5 项目组织机构

复杂工程的进度管理关系到工程如期竣工，建立完善的计划体系是掌握施工管理主动权、控制施工生产局面，保证工程进度的关键一环。本项目的计划体系将以日、周、月和总控计划构成的工期计划为主线，并由此派生出一系列技术保障计划、资金保障计划、物资保障计划、质量检验与控制计划、安全防护计划及后勤保障计划，在各项工作中做到未雨绸缪，使进度管理形成了层次分明、深入全面、贯彻始终的特色。

5 结语

钢结构旋转楼梯结构形势复杂，施工制造都具有很大难度，因此需要进行设计蓝图的细化、构件的制作放样、现场的吊装等工序，同时需要合理的进行施工管理，以确保各道工序之间的顺利衔接，最终顺利完成钢结构旋转楼梯的施工。

［1］ 斯莱瑟.当代楼梯设计典例［M］.詹艳辉，詹艳梅，张海涛，译.北京:中国水利水电出版社，2003.

［2］ 吴健生.圆柱间螺旋线杆件(螺旋楼梯)空间刚度、内力及变形的计算［J］.建筑结构学报，1981(6):93-95.

［3］ 黄剑源，谢 旭.薄壁空间螺旋形曲线梁的约束扭转理论分析及结构计算方法(第一部分:基本理论)［J］.工程力学，1995(4):53-54.

［4］ GB 50009-2001，建筑结构荷载规范［S］.

［5］ GB 50017-2003，钢结构设计规范［S］.

［6］ 《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册(上册)［M］.北京:中国建筑工业出版社，1989.