箱式钢结构模块楼梯的护栏扶手设计与安装

箱式钢结构模块楼梯的护栏扶手设计与安装

陈义祥

中集模块化建筑投资有限公司   529144

摘要：国外某养老公寓项目采用箱式钢结构集成模块体系建造，所包含的楼梯护栏也体现了预制化、部件化、装配式等特点。总结出了护栏节点设计及安装技术的特点及难点。

关键词：住宅；装配式建筑；箱式钢结构；楼梯护栏

目前各式各样的以工业化、标准化、周期短为代表性特点的装配式建筑技术，在国内以及世界各地蓬勃发展。作为装配式建筑的一个分支，箱式钢结构模块体系已能实现建筑的多种功能，也广泛应用于国内外酒店、公寓、过渡房、应急隔离医疗所、学校、商业建筑等市场领域。该体系是将完成率高达90%以上的建筑模块单元运输到项目现场，再将各模块单元类似于堆积木的方式安装连接起来，以实现建筑的主体安装。该体系也将预制化、模块化、装配式等特点引入到了维护结构领域，楼梯模块的护栏扶手就是其中一例。本文以中集模块化公司（MBS）近期的国外某养老公寓项目为例，从预制化、模块化、装配式等角度来阐述模块化护栏扶手的设计与安装。

1. 工程信息
   1. 工程概况

项目为养老公寓，建筑面积8745平方米，10层楼高，第一层一侧为混凝土结构，另一侧为模块化建筑，2~10层为钢结构模块化建筑（如图1、图2示）。由226间建筑模块组成，包含189间客房，9间接待室和9间办公、储藏多功能室和19间楼梯电梯房。模块部分由中集MBS提供，其中也包含19套楼梯模块内护栏扶手，以及1套混凝土楼梯（现场建造）的护栏扶手。

图1 建筑效果图                         图2 典型楼层平面图

1.2.符合标准及要求

项目采用英国标准设计。栏杆顶部的水平荷载取1.0KN/m。梯段处护栏不低于 1000mm（此为项目要求，标准要求为900mm），平台处护栏不低于1100mm，栏板各栅格之间净空不超过100mm。相邻护栏立柱中心距不超过1200mm。护栏扶手材质采用牌号S30408不锈钢，符合标准GB/T 4237，GB/T 14975，GB/T 1220。材料屈服强度取205MPa。栏杆栏板靠墙（或柱）的一端与建筑结构主体做固定式连接。楼梯栏杆栏板的起始端增加大柱或增加立柱，使扶手转折90°角。靠墙扶手延伸至窗附近时，应弯折以避免干涉窗净空。施工要求则包括：所有立柱、栏杆栏板、扶手表面应平滑、无尖角和毛刺，所有扁钢杆件均需抛光处理。所有焊缝要求满焊，并打平磨光。

1.3.楼梯护栏结构设计

楼梯护栏主要承受水平力，水平力通过护栏扶手传递至护栏立柱，再通过立柱连接板传递至钢结构模块上（楼梯模块）。项目楼梯有现场建造混凝土样式、模块预制钢结构样式（双跑和三跑），以及工厂预制钢梯段再在现场安装样式。项目护栏设计考虑匹配了各梯段样式。选取一套典型的双跑楼梯护栏加以展开说明，图3是安装后的状态；图4是安装过程的爆炸图示。

护栏主要构件截面：护栏立柱 方管口4x40x40；护栏扶手 圆管Φ40x2；栏板横梁 平板10x40；栏板竖杆 方管口3x20x20，未注长度单位为mm。

护栏立柱强度复核：护栏立柱 方管口4x40x40；护栏立柱计算长度取1.05m；相邻柱中心距离取1.2m。护栏扶手作用按1KN/m。护栏立柱与钢梯段按刚性连接考虑。

柱顶作用力 F=1.2x1.0=1.2KN

最大弯矩 Mmax=1.2x1.05=1.26KN*m

截面抵抗矩 W=（BH^3-bh^3）/(6H) =6.3cm^3

弯曲正应力 σ=M/W=200MPa <205MPa，合格。

图3 典型模块护栏安装后图示   图4 典型模块护栏安装爆炸图

2. 节点设计与安装技术的特点及难点
   1. 护栏设计成片式

基本上一个梯段或平台对应一片护栏。护栏设计的荷载取值及构件截面选用在符合标准要求的前提下，也可参考传统建筑楼梯钢护栏的做法。护栏宜布置在梯段侧板外侧，以便获得更大的行走净空，同时也避免干涉到梯段踏步的装修层。片式护栏，设计时尽可能减少部件种类，便于批量生产，各部件都在分包工厂预制好，在MBS工厂组装，从而大大减少了现场需要安装的零部件数量，减少了现场工作量。片式护栏比较重，为降低现场劳动强度和安全考虑，设计有安装时支撑用的牛腿，用于临时支撑护栏，牛腿带有向上翻折边，限制护栏滑出，如图5所示。

图5 临时支撑用牛腿

2.2.护栏扶手弯头

设计成活动弯头。平行梯段（平台处）一般不设大柱，设置两活动弯头分别承接上下梯段扶手，两弯头之间用直段连接，弯头与扶手采用凹凸配合，弯头设置凸块，与扶手圆管配合，扶手圆管端附近焊有带螺纹孔版，上下梯段扶手端部、直段应设置至少5mm的修边量，便于现场安装和调节。扶手及弯头放置到位后，采用长螺丝将弯头固定到扶手上。如图6所示。弯头处需要安装螺丝，所以弯头外圆角不宜过大，也可采用45°斜接，斜接缝打磨圆滑。三跑楼梯的折形梯段处不设置大柱，折角处下梯段扶手端部做转角竖直，上下梯段扶手通过两弯头加直段衔接，然后上螺丝固定。

图6 平台处护栏

2.3.平台处护栏

平台处护栏尺寸较小，又需要衔接上下跑护栏，该处栏板和扶手为独立散件，前面已描述了此处直段扶手的安装。而栏板则是螺栓连接到上下跑护栏柱上的。护栏柱上预焊有带圆孔耳板，平台栏板也含有四块耳板，上排两个孔为水平槽孔，下排两个孔为竖向槽孔，便于现场安装栏板。如图6所示。

2.4.护栏立柱连接板

其与钢梯段侧板螺栓连接，如图5所示。柱连接板应离折弯踏步较远，以便获得宽松的安装螺栓空间，连接板孔设置成标准的螺栓连接孔。因柱板孔较多，梯段侧板上预钻孔难以保证螺栓孔都能对齐，所以采用试装护栏，在MBS车间配钻梯段侧板孔的方式，来保证护栏与梯段的匹配安装。

2.5.堆箱后试装护栏

按设计要求的连接件布置及层高控制值，采用由下层及上层的顺序连贯衔接试装。第一套护栏按设计位置落位，一般是以护栏首尾水平段高度位置及首端端面位置为定位点，辅以扶手中间斜段高度为参考值来确定护栏位置，后续护栏以前一套护栏为基准，首端水平端与前一套尾端对齐，依此类推。受限于场地条件和堆高器械作用范围限制，以最多堆三层模块为例，堆好一二三层楼梯模块，即可安装一二三层模块护栏，再以第三层模块为基准，堆三四五层模块，以第三层模块下一跑护栏为基准，安装上跑护栏及四五层模块护栏。护栏分为箱内护栏与跨箱护栏，受箱单元运输尺寸限制，跨箱护栏超出了限制范围，不能以安装状态运输，所以试装后需要拆卸下来，另外打包发运。试装的目的是模拟出现场堆箱安装的情况，找到并配钻各护栏对应的孔，箱内护栏不用拆。拆下来的跨箱护栏编好号，与其它所需配件一起打包在对应箱内，随箱运输。这样能最大限度的减少现场工作量，提高现场作业效率。图7所示为护栏发运清单的一部分，里面显示了护栏各部件编号、是否安装在箱内、规格等，编号能对应出该部件所属哪台箱的哪个位置，便于现场区分。

图7 护栏发运清单（部分）

3. 难点和不足

试装的必要性由两点决定：护栏连接节点设计决定了必须要试装才能配钻出螺栓孔；钢梯段的制造误差、护栏部件的制造误差，以及安装误差需要在工厂通过试装解决误差带来的问题。试装需要花费较多的人力、物力及时间。

护栏尺寸较大，重量在80kg左右，在箱内作业，一般的起重器械作用范围涵盖不到，又是临边安装，增加了劳动强度，对安全防护也提出了很高要求。

跨箱护栏试装后，还得拆下来，有很多不可避免的返工量。

4. 结束语

本文基于具体项目实践，描述了一种比较全面的适于箱式钢结构楼梯的护栏设计和安装解决方案，强调了主要的节点设计及安装技术，指明了此方案的难点和不足。希望能带给朋友们在解决同类问题时一定的参考价值，也希望能为改进解决方法起到一定的推动作用。

参考文献：

[1] The Building Regulations 2010-for use in England。

[2] BS EN 1991-1-1:2002 (Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-1: General actions)。

[3] PD 6688-1-1:2011。

[4] 15J403-1 楼梯 栏杆 栏板（一）。