预制剪刀楼梯拆分设计方案对比分析

李 松，张海龙，刘 锐，胡银波，廖 聪

（中建三局集团有限公司工程总承包公司，湖北 武汉 430064)

伴随建筑工业化和住宅产业化的发展，预制楼梯的应用越来越普遍，常被列入首选的预制构件名单中。由于住宅建筑楼梯间的层高及平面尺寸具有通用性和重复性，所以预制楼梯是“部品构件产业化和通用化”中的重要一环，是住宅建筑中最可以标准化，最适合采用预制装配设计和施工的部分，对促进建筑工业化技术的快速推广具有积极的意义。

与传统的现浇楼梯相比，预制楼梯不仅质量和观感大大提升，而且生产精度高、安装操作简单、施工速度快，不仅在施工过程中省去了临时通道，还节省了后期二次抹灰的环节，同时预留了防滑凹线条、滴水线，既满足了功能需要，又有良好的装饰效果。但是预制剪刀梯构件的自重较大、造价较高、吊装困难，在塔机选型中往往起到决定性作用，如果仅仅因为预制楼梯构件过重而增加塔机选型，会大大增加项目成本。所以预制剪刀楼梯的拆分设计方案对项目显得尤为重要。

1 预制楼梯拆分设计方案

本文以某住宅楼项目为例，对常见的3 种预制剪刀楼梯的拆分设计方案进行对比分析。该楼栋采用装配整体式混凝土剪力墙结构，采用的预制构件有：预制剪力墙、预制非承重围护墙、ALC条板、叠合楼板、预制楼梯等，地上33 层，建筑高度95.6m，层高2.9m，2 梯3 户，楼梯间设计为剪刀梯，梯段采用预制混凝土梯段。

该项目每个楼梯间共设计有2 个剪刀楼梯梯段，每个梯段有17 个踏步，结合项目特点，预制楼梯的3 种拆分设计方案分别是：整体预制、纵向拆分、横向拆分。分别对上述3 种方案进行截面设计、计算和对比分析。预制楼梯不需要抹灰，恒载仅取自重，活载取3.5kNm2。

1.1 整体预制拆分设计方案

整体预制拆分设计方案是剪刀楼梯的梯段整体预制，预制梯段高度同层高2.9m，宽度1.2m，结构形式如图1 所示。该方案每层楼梯间有2 个预制梯段，需2 次吊装。

图1 整体预制拆分设计方案结构形式

该设计方案的优点是预制构件完整，不用在梯段中间设置梯梁、梯柱，不存在预制构件之间的接缝，每层楼梯间有2 个预制梯段，需2 次吊装，吊次少，梯段处现场不需要二次施工工序。缺点是预制构件重量偏大，对塔机起重能力要求较高。

该拆分设计方案梯段厚度取为0.21m，经计算，弯矩图和剪力图如图2 所示，挠度和裂缝如图3 所示。

图2 整体预制方案弯矩图和剪力图

图3 整体预制方案挠度图和裂缝图

由计算结果可知，梯板设计厚度为0.21m，底部实配钢筋为C14@130，预制梯段的截面、弯矩和剪力均满足要求；最大挠度fmax=26.18mm＜[f]=28.47mm，满足要求，裂缝验算结果ωmax=0.07mm ＜[ω]=0.30mm，满足要求。

1.2 纵向拆分设计方案

纵向拆分设计方案是预制剪刀楼梯在纵向从楼梯中间处把楼梯分为左右两半分别预制，然后进行现场拼装，预制梯段高度同层高2.9m，宽度0.59m，楼梯纵向分段设计结构形式如图4所示。该方案每层楼梯间有4 个预制梯段，需4 次吊装。

图4 纵向拆分设计方案结构形式

该设计方案的优点是不用在梯段中间设置梯梁、梯柱，降低结构施工成本。每层楼梯间有4个预制梯段，需4 次吊装，难点是预制生产、安装拼接精度要求高，纵向拼接缝处左右易产生高低差，纵向拼缝处易产生裂缝，影响美观。

该拆分方案支座条件和跨度与整体预制方案相同，因此梯段设计厚度同样取0.21m，经计算，弯矩图、剪力图、挠度图和裂缝图与整体预制方案相同，均满足要求。

1.3 横向拆分设计方案

横向拆分设计方案是预制剪刀楼梯从横向一分为二，分别预制，然后进行现场拼装，预制梯段高度为半层层高1.45m，宽度1.2m，结构形式如图5 所示。该方案每层楼梯间有4 个预制梯段，1 个预制梯梁，需5 次吊装。

图5 横向拆分设计方案结构形式

该设计方案的优点是楼梯踏步完整，同一踏步无纵向拼接缝，2 段均为独立安装，施工时控制中部梯梁的误差即可较好地完成对接，是预制楼梯分段技术中较常采用一种设计方法。但是该方法需在横向分段倍置处设置梯梁以支撑2 段预制楼梯，增设梯梁将增加一道工序及相应成本，同时会影响美观和拼接处的净高，需提前考虑。

该拆分设计方案梯段设计厚度为0.1m，经计算，弯矩图和剪力图如图6 所示，挠度和裂缝如图7 所示。

图6 横向拆分设计方案弯矩图和剪力图

图7 横向拆分设计方案挠度图和裂缝图

由计算结果可知，梯板设计厚度为0.1m，底部实配钢筋为C10@150，预制梯段的截面、弯矩和剪力满足要求；挠度fmax=11.97mm＜[f]=13.76mm，满足要求，裂缝验算结果ωmax=0.07mm ＜[ω]=0.30mm，满足要求。

2 方案对比分析

经计算分析，3 种拆分设计方案的预制构件种类、尺寸、数量、吊装次数和单个构件最大重量等设计参数如表1 所示。

2.1 单个构件最大重量对比分析

由表1 可知，整体预制方案由于预制梯段计算跨度较大，为满足承载力、挠度和裂缝的要求，梯板设计厚度为0.21m，宽度1.2m，单个构件达到4.94t。纵向拆分设计方案，预制梯段计算跨度与整体预制方案相同，梯板设计厚度0.21，宽度0.59m，单个构件重量2.43t。横向拆分设计方案，预制梯段计算跨度2.6m，跨度较前两种方案较小，梯板设计厚度较薄，取为0.1m，宽度1.2m，单个构件重量1.62t。

表1 3种拆分方案的参数对比

整体预制方案单个构件最大重量4.94t，本项目其余预制构件均在3.5t 以内，若采用整体预制方案，则需要增大塔机型号，大大增加成本。

纵向拆分设计方案或横向拆分设计方案，可以控制预制梯段重量在3t 以内，不必增大塔机型号，节省塔机费用。

2.2 钢筋含量对比

根据3 种拆分设计方案计算可知，整体预制方案和纵向拆分设计方案的梯板设计厚度0.21m，底部纵向配筋14@130，其余按构造配筋，钢筋含量约为112.24kgm3，横向拆分设计方案的梯板设计厚度0.1m，底部纵向配筋10@150，其余按构造配筋，钢筋含量约为118.83kgm3。

整体预制方案和纵向拆分设计方案由于计算跨度较大，梯板设计厚度较厚，预制构件体积较大，所用钢筋较多。横向拆分设计方案由于计算跨度较小，梯板较薄，预制构件体积较小，所用钢筋较少。整体而言，3 种拆分设计方案的单倍体积的钢筋含量基本一致。

2.3 施工成本对比

以该住宅楼项目为例，按照官方发布的预制构件的市场信息价：预制楼梯3 786 元m3，预制梁4 000 元m3，3 种拆分设计方案的构件成本对比如表2 所示。

表2 3种拆分设计方案的构件成本

由表2 可以看出，整体预制方案和纵向拆分设计方案由于计算跨度较大，梯板设计厚度较厚，所以预制构件总体积最大，构件总价也最高。

纵向拆分设计方案与整体预制方案的预制构件总体积基本相等，构件总价也基本相同。

横向拆分设计方案的计算跨度较小，梯板设计较薄，所以预制构件总体积最小，总价也最低。

综上所述，3 种拆分设计方案中，整体预制方案的与纵向拆分设计方案的构件总价基本一致，且施工成本均比横向拆分设计方案多40%左右。横向拆分设计方案的经济效益最好。

3 结语

1)整体预制方案单个构件最大重量最重，若采用整体预制方案，则可能需要增大塔机型号，大大增加成本。纵向拆分设计方案和横向拆分设计方案可以有效控制预制梯段重量，无须增加塔机费用。

2)整体预制方案和纵向拆分设计方案的预制构件体积较大，所用钢筋也较多。横向拆分设计方案预制构件体积较小，所用钢筋也较少。整体而言，3 种拆分设计方案的单倍体积钢筋含量基本一致。

3)整体预制方案的与纵向拆分设计方案的构件总价基本相同，且施工成本均比横向拆分设计方案多40%左右。横向拆分设计方案的经济效益最好。