某框架结构办公楼楼梯设计(18页).doc

-某框架结构办公楼楼梯设计-第 13 页 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计）题 目：某框架结构办公楼楼梯设计学习中心：奥鹏学习中心 层 次： 专升本 专 业： 土木工程 年 级： 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 201 年 月3日 内容摘要楼梯作为建筑物垂直交通设施之一，首要的作用是联系上下交通通行；其次，楼梯作为建筑物主体结构还起着承重的作用，除此之外，楼梯有安全疏散、美观装饰等功能。设有电梯或自动扶梯等垂直交通设施的建筑物也必须同时设有楼梯。在设计中要求楼梯坚固、耐久、安全、防火；做到上下通行方便，便于搬运家具物品，有足够的通行宽度和疏散能力。楼梯设计包括对梯段板、平台板以及平台梁的计算配筋，综合了运用力学和混凝土结构课程所学知识。利用计算结果画出了梯段板、平台板以及平台梁的配筋图。关键词：混凝土结构；楼梯设计；配筋；疏散；目 录内容摘要I引 言11钢筋混凝土楼梯的类型2楼梯分类2楼梯结构设计内容4楼梯构造设计要求42 设计的基本资料及任务62.1 设计资料62.2 设计要求及任务73 楼梯设计83.1 设计要点83.2 材料选择83.3 梯段板设计83.3.1 计算要点83.3.2 荷载计算93.3.3 内力计算103.3.4 配筋计算113.3.5 构造要求113.4 平台板设计113.4.1 荷载计算113.4.2 内力计算123.4.3 配筋计算123.4.4 构造要求123.5 平台梁设计12.1 荷载计算123.5.2 内力计算133.5.3 配筋计算133.5.4 构造要求134 施工图纸14参考文献16引 言框架结构的设计始于欧美，二十世纪后得到了世界各地大范围的使用，其结构建筑平面布置灵活，使用空间大，延性较好，其具有良好的抗震能力，对办公楼有重要建筑结构非常适用，能满足其较大的使用面积要求。建筑和结构设计的很多重要的方面，选择办公楼框架楼梯结构设计，从而掌握办公楼框架楼梯设计的基本原理，妥善解决其功能关系，满足使用要求。我国建筑行业发展进程越来越快，建筑技术不断更新，新材料、新技术层出不穷，从而质量要求越来越高，对建筑施工技术人员和材料要求更高。建筑工程结构工程设计作为我们现在混凝土结构的定型材料，保证建设工程质量与安全，因此在结构工程中占据重要的位置。框架楼梯结构工程的研究，对于建筑的荷载情况，分析其受力，采用不同的方法分别计算出各种荷载作用下的弯矩、剪力、轴力，然后进行内力组合，挑选出最不利的内力组合进行截面的承载力计算，保证结构有足够的强度和稳定性。在对竖向荷载的计算种采用了弯矩分配法，对水平荷载采用了门架法，对钢筋混凝土构件的受力性能，受弯构件的正截面和斜截面计算都有应用。本结构计算选用办公楼框架楼梯结构工程为计算单元，采用手算的简化计算方法，其中计算楼梯结构在竖向荷载下的内力，某框架结构办公楼楼梯设计梯段板的计算取1m板宽作为计算单元，首先根据梯段板的净跨以及上面作用的荷载等初步估计梯段板厚度，然后采用材料力学的方法求出板的内力，并根据混凝土规范求得梯段板的抗力，根据混凝土构件的设计原则和方法进行梯段板的设计。除此之外，还进行了平台板、平台梁的设计。最后根据计算结果，按照构造要求，绘制了施工图。 本设计的特点，综合了许多土木相关课程的相关理论和知识，以及熟悉设计规范的选用及使用，既是完成了楼梯的设计工作，同时又是对自己所学知识的综合和巩固的一个过程，特别主要通过工程实例来强化大学期间所学的知识，建立一个完整的设计知识体系，了解设计总过程，通过查阅大量的相关设计资料，提高自己的动手能力。本次设计是在指导老师的悉心教导下完成的，在此向你们表示衷心的感谢！鉴于水平有限，设计书中还存在不少缺点甚至错误，敬请老师批评和指正。1钢筋混凝土楼梯的类型楼梯是房屋的竖向通道，一般由梯段、平台和栏杆组成。楼梯的平面布置，梯段踏步尺寸以及栏杆等由建筑设计确定。楼梯按其所用材料可分为木楼梯、钢楼梯和钢筋混凝土楼梯。按施工方法可分为现浇整体式楼梯和预制装配式楼梯。按构件受力形式不同可分为板式楼梯、梁式楼梯、剪刀式（悬挑式）楼梯和螺旋式楼梯。（a）板式楼梯 （b）梁式楼梯 （c）剪刀式楼梯 （d）螺旋式楼梯图1.1.1 楼梯形式（1）板式楼梯板式楼梯由梯段、横梯梁和平台组成，梯板是一块斜板，整个梯段是一块斜放的板，板的两端支承在平台梁上（最下端的梯段可支承在横梁上，也可单独做基础）。板式楼梯是将楼梯作为一块板考虑，板的两端支承在休息平台的边梁上，休息平台支承在墙上。板式楼梯的梯段分别与两端的平台梁整浇在一起，由平台梁支承。梯段相当于是一块斜放的现浇板，平台梁是支座。梯段内的受力钢筋沿梯段的长向布置，平台梁的间距即为梯段板的跨度。从力学和结构角度要求，梯段板的跨度大或梯段上使用荷载大，都将导致梯段板的截面高度加大。所以板式楼梯适用于荷载较小、建筑层高较小（建筑层高对梯段长度有直接影响）的情况，如住宅、宿舍建筑。板式楼梯梯段的底面平整、美观，也便于装饰。为保证平台过道处的净空高度，可在板式楼梯的局部位置取消平台梁，形成折板式楼梯，此时板的跨度为梯段水平投影长度与平台深度之和。近年在公共建筑和庭园建筑的外部楼梯出现了一种造型新颖，具有空间感的悬臂板式楼梯，其特点是楼梯梯段和平台均无支承，完全靠上下梯段和平台组成的空间结构与上下层楼板共同受力。优点：板式楼梯外观美观，受力简单、施工方便的优点，下表面平整，施工支模方便。缺点：斜板较厚，当跨度较大时，材料用量较多。（2）梁式楼梯梁式楼梯是将梯段踏步板直接搁置在斜梁上，斜梁搁置在梯段两端的楼梯梁上,在楼梯斜板侧面设置斜梁，斜梁两端支承在横梯梁上，横梯梁支承在梯间墙上或柱上，就构成了梁式楼梯。现浇梁板式楼梯在楼梯段两侧设有斜梁，斜梁搭在平台梁上。荷载由踏步板经由斜梁再传到平台梁上，通过平台梁传给墙或柱。楼梯段由踏步板和斜梁组成，斜梁一般设两根，位于踏步板两侧的下部，这时踏步外露，称为明步。斜梁也可以位于踏步板两侧的上部，这时踏步被斜梁包在里面，称为暗步。斜梁有时只设一根，通常有两种形式：一种是在踏步板的一侧设斜梁，将踏步板的另一侧搁置在楼梯间墙上；另一种是将斜梁布置在踏步板的中间，踏步板向两侧悬挑。优点：梯段较长，相对经济，适用于荷载较大、层高较大的建筑，如教学楼、商场等。缺点：支模较复杂，外观笨重。（3）剪刀式楼梯剪刀式楼梯是整个楼梯由主体结构的边梁上挑出，剪刀式楼梯为消防楼梯属特种楼梯，每层有两个出入口实现可上又可下，等于是设计了两条楼梯，剪刀式楼梯的好处是输出量倍增，意外事件时逃生的通道是很重要的。剪刀式楼梯实际上是由两个双跑直楼梯交叉并列布置而形成的。它既增大了人流通行能力，又为人流变换行进方向提供了方便。适用于商场、多层食堂等人流量大，且行进方向有多向性选择要求的建筑中。优点：是首层休息平台和踏步下的空间可以较好的利用，外形美观轻巧。缺点：受力复杂。（4）螺旋式楼梯螺旋楼梯平面呈圆形，通常中间设一根圆柱，绕圆心旋转180°即可达到一个楼层高度的楼梯形式，它是由同一圆心的两条半径不同的线组成螺旋面分级用来悬挑支承扇形踏步板。由于踏步外侧宽度较大，并形成较陡的坡度，行走时不安全，所以这种楼梯不能用作主要人流交通和疏散楼梯，又称为观赏楼梯。优点：构造复杂，流线造型美观、典雅，节省空间。缺点：坡度较陡，行走不安全，且构造较复杂。楼梯的结构设计主要包括以下内容：（1）根据建筑要求和施工条件，确定楼梯的结构形式和结构布置。（2）根据建筑类别，按荷载规范确定楼梯的活荷载标准值。需要注意的是楼梯的活荷载往往比所在楼面的活荷载大。生产车间楼梯的活荷载可按实际情况确定，但不宜小于3.5kN/m（按水平投影面计算）。除以上竖向荷载外，设计楼梯栏杆时应按规定考虑栏杆顶部水平荷载0.5 kN/m（对于住宅、医院、幼儿园等）或1.0 kN/m（对于学校、车站、展览馆等）。（3）进行楼梯各部件的内力计算和截面设计。（4）绘制施工图，特别应注意处理好连接部位的配筋构造。1.3楼梯构造设计要求1）确定楼梯的主要尺寸 1踏步尺寸和踏步数量 (1) 根据建筑物的性质和楼梯的使用要求，确定楼梯的踏步尺寸。通常公共建筑楼梯的踏步尺寸(适宜范围)为：踏步宽度280-300mm；踏步高度150-160mm。可先选定踏步宽度，踏步宽度应采用15M的整数倍数，由经验公式b+2h=600mm(b为踏步宽度，h为踏步高度)可求得踏步高度，各级踏步尺寸应相同。 (2) 根据建筑物的层高和初步确定的楼梯踏步高度计算楼梯各层的踏步数量，即踏步 数量=层高踏步高度。若得出的踏步数量不是整数，可调整踏步高度。为使构件统一，以便减化结构和施工，平行双跑楼梯各层的踏步数量宜取偶数。 2梯段尺寸 (1) 根据楼梯间的开间和楼梯形式，确定梯段宽度，即梯段宽度=(楼梯间净宽梯井 宽)2，梯段宽度应采用1M或12M的整数倍数。 (2) 确定各梯段的踏步数量。对平行双跑楼梯，通常各梯段的踏步数量为各层踏步数量的一半，因底层中间平台下做通道，为满足平台净高要求(平台净高2000mm)，需调整底层两个梯段的踏步数量。 (3) 根据踏步尺寸和各梯段的踏步数量，确定梯段长度和梯段高度。即梯段长度：(该梯段的踏步数量1)×踏步宽度，梯段高度=该梯段的踏步数量×踏步高度。 3平台深度和栏杆扶手高度 (1) 平台深度不应小于梯段宽度。 (2) 栏杆扶手高度不应小于900m。 2）确定楼梯的结构形式和构造方案 1现浇整体式钢筋混凝土楼梯 根据梯段跨度按结构要求，确定楼梯的结构形式。当梯段跨度不大时(一般不超过3m)，可采用板式梯段，当梯段跨度或荷载较大时，宜采用粱式楼梯。若选用梁式楼梯，应确定梯粱的布置形式。 3）绘制楼梯平面图和剖面图 根据楼梯尺寸和结构、构造方案，绘制楼梯平面图和剖面图。绘图时应注意以下几点： (1) 栏杆扶手在平台转弯处的高差处理。 (2) 楼地层、室外台阶或坡道、雨篷等只画出，不标注做法和尺寸。 (3) 楼梯上行和下行指示线是以各层楼面(或地面)标高为基准进行标注的，所标注的踏步数量分别为上行楼层和下行楼层的楼梯踏步数量。 4）楼梯细部构造 选择有代表性的构造节点进行楼梯细部设计，如栏杆与梯段的连接、栏杆与扶手的连接、顶层水平栏杆扶手与墙的连接、踏面防滑处理等。2 设计的基本资料及任务2.1 设计资料某框架结构办公楼，楼梯间平面图如下。.1 首层平面面图.2 二层平面图综合考虑楼梯间的建筑尺寸和经济因素，采用板式楼梯的结构形式。进行楼梯构件结构计算时主要参考设计规范如下：建筑结构荷载规范（GB50009-2012）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）03G101-2平法表示楼梯2.2 设计要求及任务根据建筑方案确定楼梯结构形式，本论文中统一采用钢筋混凝土板式楼梯。1.根据给定设计资料和规范选择材料（混凝土强度和钢筋型号等）。2.计算出斜板、中间平台板和中间平台梁的配筋。3.绘制楼梯结构图及配筋图，用平法标注方式绘制楼梯配筋图。3 楼梯设计3.1 设计要点板式楼梯一般由梯段板、平台梁和平台板组成，梯段斜板两端支撑在平台梁上，板式楼梯荷载的传递路径是：斜板平台梁楼梯间墙（或柱）。为保证梯段板具有一定的刚度，梯段板的厚度一般可取（为梯段板水平方向的跨度），常取。平台板厚度，弯矩系数可为或。平台梁的截面高度，。3.2 材料选择混凝土等级：C25商砼；钢筋： HRB335级，箍筋为HPB300级；楼梯面构造：50mm厚大理石地面，30mm厚水泥砂浆；楼梯底面：20厚板底抹灰。3.3 梯段板设计3.3.1 计算要点计算梯段板时，可取1m宽板带或以整个梯段板作为计算单元。计算简图梯段板在内力计算时，可简化为两端简支的斜板。荷载包括活荷载、斜板及抹灰层自重等。其中活荷载是沿竖直方向分布的，而斜板及抹灰层自重则是沿板的倾斜方向分布的，为了使计算方便，一般应将其换算成沿竖直方向分布的荷载后再进行计算。内力计算如图（a）所示的简支板可简化为图c所示的水平板计算，计算跨度按斜板的水平投影长度取值，斜板自重可化作沿斜板的水平投影长度上的均布荷载。 (a) (b)（c）图3.3.1 梯段板的内力计算在荷载及水平跨度都相同时，简支斜梁（板）在竖向均布荷载下（沿水平投影长度）的最大弯矩与相应的简支水平梁的最大弯矩是相等的，即而简支斜梁（板）在竖向均布荷载作用下的最大剪力为：式中，、分别为作用于梯段板上的沿水平投影方向的永久荷载及可变荷载设计值；、分别为梯段板的计算跨度及净跨的水平投影长度。但在配筋计算时，考虑到平台梁对梯段斜板有弹性约束作用这一有利因素，故计算时取设计弯矩为对竖向荷载在梯段板内引起的轴向力，设计时不予考虑。3.3.2 荷载计算某办公室楼梯结构布置下图所示。层高2.17m，踏步尺寸155mm×300mm，板采用HRB335钢筋、梁纵筋采用HRB335钢筋，箍筋采用HPB300钢筋，混凝土等级为采用C25商砼（fc=N/mm2, ft= mm2），HRB335钢筋（=300N/mm2），踏步面层为20mm厚混合砂浆抹灰，试设计此板式楼梯。表1 梯段板的荷载荷载种类荷载标准值（KN/m2）恒荷载20厚板底抹灰0.38100板厚2.79三角形踏步30厚水泥砂浆0.650厚大理石小计7.045活荷载1) 梯段板按斜放的简支梁计算，它的正截面是与梯段板垂直的，楼梯的活荷载按水平投影面计算，计算跨度取平台梁间的斜长净距l0，设l0为梯段板的水平净跨长。2) 梯段板厚约为梯段板水平长度1/251/35：板厚取：h=1/35=1/35×3900100mm ，取一个踏步宽1m为计算单元。板倾斜度：tg=155/302；cosa=300/1552+300295。3) 恒荷载设计值（荷载分项系数为1.2）：×95kN/m2100板厚:×95=2.79kN/m2三角形踏步:×0.3×5×25/0.3kN/m230厚水泥砂浆：30*0.02=0.6KN/m250厚大理石： 5×28 KN/m3=KN/m2活荷载设计值: 2.5kN/m2 ×7.045×2.5=11.95KN/m2×7.045××2.5=11.96N/m2总荷载取值：P=11.96kN/m2 3.3.3 内力计算板的水平计算跨度3.6m，考虑到梯段板与平台梁整浇,平台对斜板的转动变形有一定的约束作用,故计算板的跨中正弯矩和支座最大剪力时常取：弯矩设计值：M中=1/10(g+q) l02=11.96×3.62/10=15.5KNM最大剪力：Vmax=1/2(g+q) l0=0.5*11.96*3.6=21.53KN3.3.4 配筋计算板的有效高度h0=h-as=120mm。as=M/（1fcbh02）=15.5×106××1000×1202) =0.09s=(1+1-2as)/2=(1+1-2*0.09)/2=5A s=M/sfyh0=15.5*106/5*300*120=453mm2实际配钢筋12100，在垂直于受力钢筋方向按构造设置分布筋，分布筋每级踏步1根10，放置在受力筋的内侧，梯段配筋详见施工图。 验算：p=453/1000*100=4.5300%，满足最小配筋率要求。梯段板抗剪验算，因0.7 ftbh0=0.7*1.27*1000*100=88.9KN> Vmax=21.53KN满足抗剪要求。3.3.5 构造要求梯段斜板配筋可采用弯起式或分离式。采用弯起式配筋时，一半钢筋伸入支座，一半靠近支座处弯起，支座截面负筋的用量一般可取与跨中截面相同。受力钢筋的弯起点位置。在垂直受力钢筋方向仍应按构造配置分布钢筋8150，并要求每一个踏步下至少放置一根钢筋。3.4 平台板设计3.4.1 荷载计算平台板厚h=90mm，取1m宽板带作为计算单元表2 平台板的荷载荷载种类荷载标准值（KN/m2）恒荷载20厚板底抹灰×90板厚0.09×25=2.2530厚水泥砂浆50厚大理石小计4.59活荷载×4.59×2.5=9KN/m2×4.59××2.5=8.65KN/m2总荷载取值：q=9kN/m2 3.4.2 内力计算平台板的计算跨度l0=2m弯矩设计值：M=Pl02/10=9×2*2/10=3.6N·m最大剪力：Vmax=1/2(g+q) l0=0.5*9*=4.05KN 3.4.3 配筋计算h0=90-20=70mmas=M/（1fcbh02）=×106××1000×702) =0.062s=(1+1-2as)/2=(1+1-2*0.062)/2=0.96As=M/sfyh0=3.6*106/0.96*300*70=179mm2实际配钢筋12100，分布筋10200。验算：p=179/1000*70=0.26300=0.2%，满足最小配筋率要求。抗剪验算，因0.7 ftbh0=0.7*1.27*1000*70=62.2KN>Vmax=4.05KN,满足抗剪要求。3.4.4 构造要求平台板与平台梁相接处及嵌固在墙内部分，考虑到支座处有负弯矩或墙对板部分嵌固作用，在靠近支座的板面上应配置构造负钢筋。工程中常采用分离式配筋，构造负钢筋一般为10200，伸出支座边缘ln/4。图3.4.1 平台板与平台梁构造图3.5 平台梁设计3.5.1 荷载计算设平台梁截面尺寸为为300 mm×400mm表3 平台梁的荷载荷载种类荷载标准值（KN/m2）恒荷载梁自重25×0××1.2=梁侧粉刷×（0.3-0.07）×2×平台板传来×梯段板传来×小计活荷载×总荷载取值：P总kN/m23.5.2 内力计算计算跨度：l0=1.05(截面按倒L形计算:bf=300mmh0=400-35=365 mm弯矩设计值：M=Pl02/10=38.88×4.41*4.41/10=75.61KN·m最大剪力：Vmax=1/2(g+q) l0=0.5*38.88*4.5=87.48KN 3.5.3 配筋计算as=M/（1fcbh02）=38.88×106××300×3652) =0.082s=(1+1-2as)/2=(1+1-2*0.207)/2=0.96As=M/sfyh0=38.88*106/0.96*300*365=370mm2实际配钢筋214+314，分布筋10200。验算：p=370/265*365=0.32300=0.2%，满足最小配筋率要求。××300×365×300×2××365/400=77.65 KN>63.36KN,满足抗剪要求。3.5.4 构造要求计算要点 平台梁一般支承在梯间横墙上或柱上，计算简图如图所示。内力计算时可不考虑上、下梯段板之间的空隙，荷载按全跨满布考虑，按简支梁计算。平台梁截面高度可取hlo/12（lo为平台梁计算跨度），截面宽度可取b=h/3h/2。平台梁与平台板为整体现浇，配筋计算时按倒L形截面计算。图3.5.1 楼梯平台梁计算简图4 施工图纸参考文献1混凝土结构设计规范GB5001020022 叶列平编著, 混凝土结构上册，北京：清华大学出版社，2002.3 藤智明, 混凝土结构及砌体结构（上），北京：中国建筑工业出版社，2003.4 彭少民, 混凝土结构（下），武汉：武汉理工大学出版社,2009.5 张誉, 混凝土结构基本原理，北京：中国建筑工业出版社，2000.  6 张岩,混凝土工程施工质量控制与防范措施J.辽宁经济：2007,(03). 7 李涛,浅谈建筑工程钢筋工程施工技术-科技致富向导,2012年20期.