鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯制作及安裝工藝

魯偉

摘要：旋轉(zhuǎn)樓梯流線造型美觀、優(yōu)美、典雅，在空間上比較節(jié)省，常用于樓層數(shù)不多的寫字樓、居民樓或者作為建筑小品布置在庭院或室內(nèi)。無柱鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯放樣復(fù)雜、雙曲梯梁加工難度大，但因其結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)線條優(yōu)美，在有限的空間內(nèi)既能滿足裝飾效果，又能滿足樓梯實(shí)用效果，所以備受大眾喜愛。也就因?yàn)檫@種矛盾的存在，稍有不慎，就會(huì)弄巧成拙。這種旋轉(zhuǎn)樓梯螺旋扭曲，需要在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、制作加工時(shí)完全把握控制尺寸誤差，才能在安裝的過程中完美銜接，成型之后達(dá)到建筑裝飾的目的。本文從旋轉(zhuǎn)樓梯施工實(shí)例出發(fā)，整體介紹鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯制作及安裝工藝。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);旋轉(zhuǎn)樓梯;制作安裝;精度控制;BIM技術(shù)

一、工程概況

蘭州萬達(dá)城旅游集散中心項(xiàng)目位于甘肅省蘭州市七里河區(qū)崔家大灘，總占地面積9455.9㎡，總建筑面積4181.24㎡，地上2層，地下1層，建筑高度15.2m，屋面為異形鋼結(jié)構(gòu)屋架、雙曲鋁板幕墻、玻璃采光頂組成，鋼結(jié)構(gòu)總工程量548噸。旅游集散中心在設(shè)計(jì)上以蘭州迥異起伏的山丘輪廓為空間符號(hào)，延續(xù)到室內(nèi)的曲線空間做法，流線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來細(xì)膩多變的空間光影，其中，旋轉(zhuǎn)樓梯的設(shè)計(jì)是整體建筑的點(diǎn)睛之筆，也是本工程鋼結(jié)構(gòu)施工難度最大的地方之一。

二、旋轉(zhuǎn)樓梯構(gòu)造

蘭州萬達(dá)城展示中心旋轉(zhuǎn)樓梯水平投影為規(guī)則圓形，自一層大廳地面540°旋轉(zhuǎn)而上至二層地面，該樓梯由旋轉(zhuǎn)梯段和鋼平臺(tái)組成，旋轉(zhuǎn)梯段又分為2段進(jìn)行制作安裝，樓梯結(jié)構(gòu)材料為Q235B，總重量為45t。旋轉(zhuǎn)樓梯高度為4.945m，踏步高度137mm，共計(jì)36踏。梯梁內(nèi)圓半徑為760mm，梯梁外圓半徑為1605mm，梯梁為380×200×10×10雙曲箱梁，兩梯梁之間由10mm的鋼板間隔連接，樓梯踏步浮于梯梁之上，踏步材料為6mm厚花紋鋼板，踏步寬度為1800mm，最外側(cè)755mm懸挑在梯梁外圓之外。為了現(xiàn)場(chǎng)安裝方便，“1旋轉(zhuǎn)梯段”、“2旋轉(zhuǎn)梯段”、“3樓梯平臺(tái)”在工廠分段加工，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后拼裝焊接。

三、旋轉(zhuǎn)鋼結(jié)構(gòu)樓梯

（一）鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯施工難點(diǎn)分析

1、旋轉(zhuǎn)樓梯的深化設(shè)計(jì)。詳圖深化設(shè)計(jì)時(shí)必須提供構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)安裝定位的關(guān)鍵坐標(biāo)控制點(diǎn)，這就需要對(duì)原設(shè)計(jì)提供的坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，加大了建模和詳圖轉(zhuǎn)化的難度。

2、雙曲箱型梯梁加工精度的控制。根據(jù)在以往工程雙曲構(gòu)件制作經(jīng)驗(yàn)，采用專用軟件對(duì)構(gòu)件進(jìn)行整體建模，然后對(duì)壁板展開放樣，根據(jù)模型標(biāo)定出構(gòu)件的組裝定位坐標(biāo)點(diǎn)，在加工詳圖和裝配時(shí)必須嚴(yán)格控制關(guān)鍵點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X、Y、Z）以確保雙曲箱梁的裝配精度。根據(jù)構(gòu)件特點(diǎn)，分別從壁板彎扭成型、空間坐標(biāo)定位、裝配焊接順序等方面制定專門的加工制作方案。

3、焊接變形控制。在箱梁拼裝時(shí)，由于箱梁內(nèi)部未設(shè)置隔板，焊接變形的控制是影響構(gòu)件尺寸的重要因素之一。

4、旋轉(zhuǎn)樓梯組裝、焊接。內(nèi)外圓雙曲箱梁的上翼板、下翼板分別組成上下兩個(gè)旋轉(zhuǎn)梯面，每一個(gè)樓梯踏步要保證在一個(gè)水平面上，梯梁的構(gòu)件組裝尺寸直接影響到旋轉(zhuǎn)樓梯的舒適度和外形美觀。

（二）鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯深化出圖要求

1、雙曲箱梁主體余量加放要求：

（1）翼板、腹板長(zhǎng)度方向余量規(guī)定：根據(jù)長(zhǎng)度和彎曲的程度在在長(zhǎng)度方向增加余量。

（2）翼板、腹板寬度方向余量規(guī)定：主體焊縫為熔透焊縫時(shí)，要求腹板寬度減去兩側(cè)焊接間隙之和M，即實(shí)際下料寬度為H-M，翼板寬度方向不需加減余量，如下圖所示;當(dāng)主體焊縫為部分熔透時(shí)，翼板、腹板寬度方向不需加減余量（若主體為斷續(xù)熔透、部分熔透時(shí)，則要求統(tǒng)一按熔透要求減去焊接間隙）。

2、對(duì)于主體的零件圖，要求下翼板、兩側(cè)腹板的內(nèi)表面朝上（為噴粉劃線做準(zhǔn)備），而且要求在下翼板、腹板內(nèi)表面以及上翼板外表面明確標(biāo)示卷圓基線、端頭余量線。展開圖兩點(diǎn)（如A1-A2、B1-B2）之間的距離為400mm，上下兩邊編號(hào)數(shù)相同，零件圖上的點(diǎn)位必須與裝配圖中一致。圖例如下。

（三）雙曲箱型梯梁的加工

1、下料要求

對(duì)于主材板件應(yīng)采用帶有噴粉裝置的數(shù)控切割機(jī)下料，正式切割前需對(duì)板件內(nèi)表面進(jìn)行卷圓基準(zhǔn)線、加工余量線的噴粉劃線，噴粉劃線位置與在深化圖中相對(duì)應(yīng)，畫好線后要求打好樣沖眼。在下料的后續(xù)工序中注意噴粉劃線的保護(hù)。

2、板件的成形加工

板件為彎扭弧形，需要根據(jù)旋轉(zhuǎn)樓梯的內(nèi)圓和外圓半徑分別進(jìn)行卷圓成形，采用卷圓機(jī)多次卷制。參照放樣在鋼板上的卷圓基線，保證卷圓的精度，局部卷圓不合格部位將采用火工校正工藝進(jìn)行加工。

3、胎架搭設(shè)

根據(jù)旋轉(zhuǎn)樓梯胎架圖，在已鋪設(shè)完成的鋼板操作平臺(tái)上放樣樓梯的投影線。分別在內(nèi)圓和外圓箱型雙曲箱梁投影線上設(shè)置門字支撐，胎架應(yīng)焊接牢靠，保證胎架穩(wěn)固不變形，胎架空間位置精度滿足要求。胎架材料應(yīng)根據(jù)旋轉(zhuǎn)樓梯的重量選擇，既要滿足整體剛度的要求，又要經(jīng)濟(jì)合理。

4、雙曲箱型梯梁裝配

（1）下翼板放置胎架支撐上，先使板上的控制點(diǎn)與支撐點(diǎn)吻合，然后檢測(cè)其余的控制點(diǎn)，允許偏差±2.0mm，對(duì)大于允許偏差的點(diǎn)，采用火工矯正，使其余點(diǎn)也能與支撐上的點(diǎn)吻合。

（2）為減小焊接變形，在組立腹板時(shí)根據(jù)實(shí)際情況在箱梁四角增加斜撐，如圖十二;然后將下翼板和兩側(cè)腹板點(diǎn)焊定位。組裝過程中采用火工矯正的方法輔助調(diào)整精度，對(duì)鋼構(gòu)件的變形校正采用火焰加機(jī)械校正，加熱溫度需嚴(yán)格控制在600℃～800℃之間，但最高不超過900℃;

（3）下翼板和兩側(cè)腹板弧度調(diào)整完成后組裝上翼板，依據(jù)腹板上邊緣線定位上翼板位置，組裝完成后的雙曲箱型梯梁必須仔細(xì)檢查校正。

（四）雙曲箱型梯梁的焊接

1、焊接方法的選擇

根據(jù)梯梁焊縫多數(shù)呈曲線起伏形的特點(diǎn)，參照各種焊接方法的焊接質(zhì)量、焊接速度、操作方便程度、全位置焊接性能等諸多因素，選擇半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊為現(xiàn)場(chǎng)的主要焊接方法（焊縫質(zhì)量好和成型好），手工電弧焊為輔助焊接方法。

2、主體焊縫焊接順序

（1）雙曲箱梁焊接采用兩名焊工同時(shí)焊接，如下圖：先進(jìn)行兩道焊縫1的焊接，然后進(jìn)行兩道焊縫2的焊接。

（2）箱梁鋼板厚度為10mm，造型為螺旋雙曲結(jié)構(gòu)，所以控制焊接變形是重中之重。為了減少焊接變形，保證雙曲構(gòu)件的流線順暢，將箱梁的焊縫在長(zhǎng)度方向分為了三段（每段長(zhǎng)度為1000mm～3000mm），并采取跳焊的順序進(jìn)行焊接，每次焊接的長(zhǎng)度為200mm～400mm，以此類推，分段跳焊，兩側(cè)同步進(jìn)行，如下圖。

（五）旋轉(zhuǎn)樓梯組裝

（1）梯梁焊接完成校正后，按照深化圖紙?zhí)萘哼B接板間距要求，將梯梁連接板焊接在內(nèi)外梯梁之間，使梯梁連接成為整體。

（2）定位好懸挑梁、加強(qiáng)角鋼的安裝位置，裝配時(shí)需要根據(jù)深化圖紙的空間定位對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行準(zhǔn)確校核，將懸挑梁、加強(qiáng)角鋼焊接在外圓梯梁之上。

（3）梯梁的安裝精度，直接影響到踏步的安裝，踏步安裝要保證平整度要求。安裝踏步時(shí)應(yīng)嚴(yán)格安裝施工圖和零件圖，防止零件安裝錯(cuò)位，最后進(jìn)行樓梯封邊。

（4）提升樓梯的外觀質(zhì)量關(guān)鍵在于打磨，樓梯組裝完成后要進(jìn)行外表打磨處理，如鋼板表面的劃傷、較大的飛濺產(chǎn)生的熱量在母材表面形成的引弧劃傷、零部件組裝采用的臨時(shí)加固裝置去除后留下的疤痕等。

（5）加工廠組裝完成后分段運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)安裝。

四、結(jié)語

本文以蘭州萬達(dá)城展示中心項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯為案例，描述了從深化設(shè)計(jì)到制作安裝的全過程，通過項(xiàng)目實(shí)踐探索，重點(diǎn)解決旋轉(zhuǎn)樓梯深化設(shè)計(jì)、精度控制、焊接變形方面的問題。鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯的制作及安裝工藝的逐漸成熟標(biāo)志著大曲率鋼構(gòu)件制作精度控制技術(shù)方面的進(jìn)一步提高，同時(shí)也通過實(shí)踐為工藝鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的加工提供了新思路。

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