一种无柱旋转楼梯结构及其施工方法与流程

1.本发明属于建筑工程技术领域，特别是一种无柱旋转楼梯结构及其施工方法。


背景技术：

2.某项目东侧设置有一双曲面“凹”字形箱形截面免装饰钢结构旋转楼梯。该钢结构旋转楼梯位于本工程30~32轴，h~1/l轴。楼梯标高范围
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6.050~19.00，外形整体呈螺旋状且空间构造关系复杂，属于空间结构。结构外皮直径4.15m，梯段外皮宽度1.8m。该项目中的旋转楼梯结构体系采用钢板焊接的“凹”字形箱形截面，在进行该旋转楼梯施工时，若采用传统的方法则容易出现如下问题：旋转楼梯的安装进度较慢、旋转楼梯的加工和定位安装精度无法保证以及旋转楼梯的施工质量无法保证。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种无柱旋转楼梯结构及其施工方法，要解决传统的旋转楼梯施工时安装进度较慢，旋转楼梯的加工、定位，安装精度以及施工质量均无法保证的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
5.一种无柱旋转楼梯结构，设置在建筑物的外部；包括有旋转楼梯；所述旋转楼梯的整体呈螺旋状，在旋转楼梯的底部设置有楼梯基础；所述旋转楼梯的下端设置有竖向连接段，竖向连接段通过底部连接件与楼梯基础连接；所述旋转楼梯的上端设置有水平连接段，水平连接段通过顶部连接件与建筑物对应楼层的楼层梁连接；所述旋转楼梯在对应建筑物楼层间的位置处断开、形成通道口；所述通道口的位置处设置有层间连接段，层间连接段通过层间连接件与建筑物对应楼层的楼层梁连接；所述旋转楼梯包括有一组旋转楼梯段，且相邻旋转楼梯段之间焊接连接；所述旋转楼梯段包括有外弯扭侧壁、内弯扭侧壁、底板和踏步板；所述外弯扭侧壁和内弯扭侧壁均为箱形结构；所述底板连接在外弯扭侧壁与内弯扭侧壁的底部之间；所述踏步板连接在外弯扭侧壁与内弯扭侧壁的下部之间，且在踏步板与底板之间的空间中设置有水平支撑板和竖向支撑板；所述底部连接件包括有第一埋板和第一埋筋； 所述第一埋板埋设在楼梯基础的顶部，且与竖向连接段的下端焊接连接；所述第一埋筋有一组，间隔埋设在楼梯基础内，并且一组第一埋筋的上端与第一埋板连接；所述顶部连接件包括有第一侧部连接板和第一中间连接板；所述第一侧部连接板有两块，分别夹持在水平连接段的两侧，并且第一侧部连接板的一端插入楼层梁中、与楼层梁焊接连接，第一侧部连接板的另一端与水平连接段的侧板焊接连接；所述第一中间连接板设置在两块第一侧部连接板之间的位置处，并且第一中间连接板一端插入楼层梁中、与楼层梁焊接连接，第一中间连接板的另一端插入水平连接段中、与设置在水平连接段内部的第一加强板通过第一连接螺栓连接；所述层间连接段包括有第二侧部连接板和第二中间连接板；所述第二侧部连接板有两块，分别夹持在层间连接段的两侧，并且第二侧部连接板的一端与楼层梁焊接连接，第二侧部连接板的另一端与层间连接段的侧板焊接连接；所述第二中间连接板
设置在两块第二侧部连接板之间的位置处，并且第二中间连接板一端与楼层梁焊接连接，第二中间连接板的另一端插入层间连接段中、与设置在层间连接段内部的第二加强板通过第二连接螺栓连接。
6.优选的，所述旋转楼梯的高度为20m~30m，旋转楼梯的直径为4m~5m，旋转楼梯的宽度为1.8m~2m。
7.优选的，所述外弯扭侧壁包括有第一外皮板、第一内皮板和第一隔板；所述第一外皮板与第一内皮板平行间隔设置，且第一外皮板与第一内皮板之间的间距为120mm~150mm；所述第一隔板水平连接在第一外皮板与第一内皮板之间；所述内弯扭侧壁包括有第二外皮板、第二内皮板和第二隔板；所述第二外皮板与第二内皮板平行间隔设置，且第二外皮板与第二内皮板之间的间距为120mm~150mm；所述第二隔板水平连接在第二外皮板与第二内皮板之间。
8.优选的，所述水平连接段、竖向连接段以及层间连接段的两侧侧壁均为箱形结构；所述水平连接段与旋转楼梯的上端一体成型，在水平连接段与旋转楼梯的过渡位置处设置有第一肋板；所述层间连接段与旋转楼梯的通道口处一体成型，在层间连接段与旋转楼梯的过渡位置处设置有第二肋板；所述竖向连接段与旋转楼梯的下端一体成型，在竖向连接段外表面上设置有素混凝土层。
9.优选的，所述第一连接螺栓有一组，呈矩阵状布置在第一中间连接板和第一加强板上；横向相邻第一连接螺栓之间的间距为70mm~90mm，竖向相邻第一连接螺栓之间的间距为170mm~190mm；所述第二连接螺栓有一组，呈矩阵状布置在第二中间连接板和第二加强板上；横向相邻第二连接螺栓之间的间距为70mm~90mm，竖向相邻第二连接螺栓之间的间距为170mm~190mm。
10.优选的，当楼层梁位于地面以下时，所述楼层梁为钢筋混凝土梁；所述楼层梁的内部、对应层间连接段的位置处预埋有连接组件；所述连接组件包括有第二埋板和第二埋筋；所述第二埋板有两块，分别埋设在楼层梁的两侧面上；所述第二埋筋有一组，间隔设置在楼层梁内，并且第二埋筋的两端分别与两侧的第二埋板连接；所述层间连接件与连接组件焊接连接。
11.优选的，当楼层梁位于地面以上时，所述楼层梁为型钢梁；所述楼层梁的截面呈工字形，所述顶部连接件或者层间连接件的一端插接在对应楼层的楼层梁的上翼缘板与下翼缘板之间，且楼层梁穿过腹板；所述顶部连接件或者层间连接件与楼层梁焊接连接。
12.一种无柱旋转楼梯结构的施工方法，包括步骤如下。步骤一，确定旋转楼梯的分段位置以及吊装中吊耳的连接点位。
13.步骤二，找准旋转楼梯的外轮廓线型，审核后开始建模。
14.步骤三，采用建模软件进行三维建模和图纸输出。
15.步骤四，加工出旋转楼梯段的外弯扭侧壁、内弯扭侧壁、底板和踏步板：包括构件的放样、下料，构件的矫平、矫直，弯扭板的加工和旋转楼梯段的装焊。
16.步骤五，标记、测量、验收：划出各分段间的对合标记，焊缝位置设置现场安装对合线；现场定位时，根据对合线进行定位，保证整体的定位和安装精度。
17.步骤六，采用三维扫描技术对旋转楼梯段的加工制作进行精度分析和误差纠偏，确保加工精度。
18.步骤七，进行旋转楼梯段的安装，待安装完毕后施工结束。
19.优选的，步骤三中进行三维建模时严格控制旋转楼梯与建筑物衔接位置的精度及各旋转楼梯段之间的连接精度；在出图前，精准提供旋转楼梯弯扭段各控制点的坐标，提供外弯扭侧壁、内弯扭侧壁、底板、踏步板、水平支撑板和竖向支撑板的展开图、制作样箱的线框模型及坐标控制点图。
20.优选的，在构件的放样、下料前，将旋转楼梯段拆分成一组半圆管分段和一组弯扭板，通过各个构件的加工精度来保证整体的精度，弯扭构件采用计算机精确放样，而后采用数控排版、切割；规则形状的构件采用数控直条机进行切割；非规则形状的构件采用等离子切割机进行切割，构件的坡口采用半自动切割机进行切割，切割后打磨光滑。
21.与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
22.1、本发明请的无柱旋转楼梯结构呈双曲面“凹”字形箱形截面钢结构旋转楼梯，其造型新颖，简洁美观，兼顾疏散的同时；另外，本发明通过箱形截面的结构及旋转楼梯的整个结构造性的设计，免去了常规旋转楼梯中间立柱的支撑结构，能够使得建筑效果更佳流畅；解决了传统的施工方法在施工时旋转楼梯的安装进度较慢，施工中间立柱浪费大量的人力和成本的技术问题。
23.2、本发明中无柱旋转楼梯结构的“凹”字形截面设计，免去了后期加装金属栏杆的工序，通过“凹”字形两侧壁作为护身栏板，与建筑风格更加融洽；同时本螺旋楼梯后期无外包装饰，采取的是钢结构表面涂装原子灰和室外用面漆，对基材加工的平滑度和焊缝焊接质量有很高要求；通过这种免外包装饰的处理，展现钢结构自身的运动曲线，避免过多装饰，响应低碳环保时代主题。
24.3、本发明中旋转楼梯采用旋转楼梯段拼接而成，旋转楼梯在对应每个楼层的位置处采用层间连接件与楼层梁连接，相邻旋转楼梯段之间焊接连接，为了确保该旋转楼梯的制作精度，本发明采用了对应的施工方法，解决了旋转楼梯的加工、定位，安装精度以及施工质量均无法保证的技术问题，实现了建筑效果。
附图说明
25.下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
26.图1是本发明中无柱旋转楼梯结构的结构示意图。
27.图2是本发明中旋转楼梯段的竖向切面结构示意图。
28.图3是本发明中的楼层梁为钢梁时，层间连接段与建筑物的连接节点的侧面结构示意图。
29.图4是本发明中层间连接段与楼层梁的连接节点的平面结构示意图。
30.图5是本发明中竖向连接段与楼梯基础的连接结构示意图。
31.图6是本发明中水平连接段与建筑物的连接节点的侧面结构示意图。
32.图7是本发明中水平连接段与建筑物的连接节点的平面结构示意图。
33.图8是本发明中的楼层梁为混凝土梁时，层间连接段与建筑物的连接节点的侧面结构示意图。
34.附图标记：1－建筑物、2－旋转楼梯、2.1－外弯扭侧壁、2.1.1－第一外皮板、2.1.2－第一内皮板、2.1.3－第一隔板、2.2－内弯扭侧壁、2.2.1－第二外皮板、2.2.2－第
二内皮板、2.2.3－第二隔板、2.3－底板、2.4－踏步板、2.5－水平支撑板、2.6－竖向支撑板、3－楼梯基础、4－竖向连接段、5－底部连接件、5.1－第一埋板、5.2－第一埋筋、6－水平连接段、7－顶部连接件、7.1－第一侧部连接板、7.2－第一中间连接板、7.3－第一连接螺栓、8－楼层梁、9－通道口、10－层间连接段、11－层间连接件、11.1－第二侧部连接板、11.2－第二中间连接板、11.3－第二连接螺栓、12－第一加强板、13－第二加强板、14－第一肋板、15－第二肋板、16－素混凝土层、17－连接组件、17.1－第二埋板、17.2－第二埋筋、18－暗梁。
具体实施方式
35.如图1
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8所示，这种无柱旋转楼梯结构，设置在建筑物1的外部；包括有旋转楼梯2；所述旋转楼梯2的整体呈螺旋状，在旋转楼梯2的底部设置有楼梯基础3；所述旋转楼梯2的下端设置有竖向连接段4，竖向连接段4通过底部连接件5与楼梯基础3连接；所述旋转楼梯2的上端设置有水平连接段6，水平连接段6通过顶部连接件7与建筑物1对应楼层的楼层梁8连接；所述旋转楼梯2在对应建筑物1楼层间的位置处断开、形成通道口9；所述通道口9的位置处设置有层间连接段10，层间连接段10通过层间连接件11与建筑物1对应楼层的楼层梁8连接；所述旋转楼梯2包括有一组旋转楼梯段，且相邻旋转楼梯段之间焊接连接；所述旋转楼梯段包括有外弯扭侧壁2.1、内弯扭侧壁2.2、底板2.3和踏步板2.4；所述外弯扭侧壁2.1和内弯扭侧壁2.2均为箱形结构；所述底板2.3连接在外弯扭侧壁2.1与内弯扭侧壁2.2的底部之间；所述踏步板2.4连接在外弯扭侧壁2.1与内弯扭侧壁2.2的下部之间，且在踏步板2.4与底板2.3之间的空间中设置有水平支撑板2.5和竖向支撑板2.6；所述底部连接件5包括有第一埋板5.1和第一埋筋5.2； 所述第一埋板5.1埋设在楼梯基础3的顶部，且与竖向连接段4的下端焊接连接；所述第一埋筋5.2有一组，间隔埋设在楼梯基础3内，并且一组第一埋筋5.2的上端与第一埋板5.1连接；所述顶部连接件7包括有第一侧部连接板7.1和第一中间连接板7.2；所述第一侧部连接板7.1有两块，分别夹持在水平连接段6的两侧，并且第一侧部连接板7.1的一端插入楼层梁8中、与楼层梁8焊接连接，第一侧部连接板7.1的另一端与水平连接段6的侧板焊接连接；所述第一中间连接板7.2设置在两块第一侧部连接板7.1之间的位置处，并且第一中间连接板7.2一端插入楼层梁8中、与楼层梁8焊接连接，第一中间连接板7.2的另一端插入水平连接段6中、与设置在水平连接段6内部的第一加强板12通过第一连接螺栓7.3连接；所述层间连接段10包括有第二侧部连接板11.1和第二中间连接板11.2；所述第二侧部连接板11.1有两块，分别夹持在层间连接段10的两侧，并且第二侧部连接板11.1的一端与楼层梁8焊接连接，第二侧部连接板11.1的另一端与层间连接段10的侧板焊接连接；所述第二中间连接板11.2设置在两块第二侧部连接板11.1之间的位置处，并且第二中间连接板11.2一端与楼层梁8焊接连接，第二中间连接板11.2的另一端插入层间连接段10中、与设置在层间连接段10内部的第二加强板13通过第二连接螺栓11.3连接。
36.本实施例中，所述旋转楼梯2的高度为20m~30m，旋转楼梯2的直径为4m~5m，旋转楼梯2的宽度为1.8m~2m。
37.本实施例中，所述外弯扭侧壁2.1包括有第一外皮板2.1.1、第一内皮板2.1.2和第一隔板2.1.3；所述第一外皮板2.1.1与第一内皮板2.1.2平行间隔设置，且第一外皮板2.1.1与第一内皮板2.1.2之间的间距为120mm~150mm；所述第一隔板2.1.3水平连接在第一
外皮板2.1.1与第一内皮板2.1.2之间；所述内弯扭侧壁2.2包括有第二外皮板2.2.1、第二内皮板2.2.2和第二隔板2.2.3；所述第二外皮板2.2.1与第二内皮板2.2.2平行间隔设置，且第二外皮板2.2.1与第二内皮板2.2.2之间的间距为120mm~150mm；所述第二隔板2.2.3水平连接在第二外皮板2.2.1与第二内皮板2.2.2之间。
38.本实施例中，所述水平连接段6、竖向连接段4以及层间连接段10的两侧侧壁均为箱形结构；所述水平连接段6与旋转楼梯2的上端一体成型，在水平连接段6与旋转楼梯2的过渡位置处设置有第一肋板14；所述层间连接段10与旋转楼梯2的通道口9处一体成型，在层间连接段10与旋转楼梯2的过渡位置处设置有第二肋板15；所述竖向连接段4与旋转楼梯2的下端一体成型，在竖向连接段4外表面上设置有素混凝土层16。
39.本实施例中，所述第一连接螺栓7.3有一组，呈矩阵状布置在第一中间连接板7.2和第一加强板12上；横向相邻第一连接螺栓7.3之间的间距为70mm~90mm，竖向相邻第一连接螺栓7.3之间的间距为170mm~190mm；所述第二连接螺栓11.3有一组，呈矩阵状布置在第二中间连接板11.2和第二加强板13上；横向相邻第二连接螺栓11.3之间的间距为70mm~90mm，竖向相邻第二连接螺栓11.3之间的间距为170mm~190mm。
40.本实施例中，当楼层梁8位于地面以下时，所述楼层梁8为钢筋混凝土梁；所述楼层梁8的内部、对应层间连接段10的位置处预埋有连接组件17；所述连接组件17包括有第二埋板17.1和第二埋筋17.2；所述第二埋板17.1有两块，分别埋设在楼层梁8的两侧面上；所述第二埋筋17.2有一组，间隔设置在楼层梁8内，并且第二埋筋17.2的两端分别与两侧的第二埋板17.1连接；所述层间连接件11与连接组件17焊接连接。
41.本实施例中，当楼层梁8位于地面以上时，所述楼层梁8为型钢梁；所述楼层梁8的截面呈工字形，所述顶部连接件7或者层间连接件11的一端插接在对应楼层的楼层梁8的上翼缘板与下翼缘板之间，且楼层梁8穿过腹板；所述顶部连接件7或者层间连接件11与楼层梁8焊接连接。
42.本实施例中，所述踏步板2.4与外弯扭侧壁2.1和内弯扭侧壁2.2顶部之间的间距为1.2m~1.5m。
43.本实施例中，所述楼梯基础3中设置有暗梁18；所述旋转楼梯2的下端与暗梁18连接。
44.本实施例中，所述水平连接段6和层间连接段10的高度不大于楼层梁8的高度；所述第一侧部连接板7.1和第一中间连接板7.2均为变高度板，第一侧部连接板7.1和第一中间连接板7.2插入楼层梁8中部位的高度与楼层梁8上下翼缘板之间的间距相适应，第一侧部连接板7.1和第一中间连接板7.2插入水平连接段6中部位的高度小于水平连接段6的高度。
45.本实施例中，所述第二侧部连接板11.1和第二中间连接板11.2均为变高度板，第二侧部连接板11.1和第二中间连接板11.2插入楼层梁8中部位的高度与楼层梁8上下翼缘板之间的间距相适应，第二侧部连接板11.1和第二中间连接板11.2插入层间连接段10中部位的高度小于层间连接段10的高度。
46.这种无柱旋转楼梯结构的施工方法，包括步骤如下。
47.步骤一，确定旋转楼梯2的分段位置以及吊装中吊耳的连接点位。
48.步骤二，找准旋转楼梯2的外轮廓线型，审核后开始建模。
49.步骤三，采用建模软件进行三维建模和图纸输出。
50.步骤四，加工出旋转楼梯段的外弯扭侧壁2.1、内弯扭侧壁2.2、底板2.3和踏步板2.4：包括构件的放样、下料，构件的矫平、矫直，弯扭板的加工和旋转楼梯段的装焊。
51.步骤五，标记、测量、验收：划出各分段间的对合标记，焊缝位置设置现场安装对合线；现场定位时，根据对合线进行定位，保证整体的定位和安装精度。
52.步骤六，采用三维扫描技术对旋转楼梯段的加工制作进行精度分析和误差纠偏，确保加工精度。
53.步骤七，进行旋转楼梯段的安装，待安装完毕后施工结束。
54.本实施例中，步骤三中进行三维建模时严格控制旋转楼梯2与建筑物1衔接位置的精度及各旋转楼梯段之间的连接精度；在出图前，精准提供旋转楼梯2弯扭段各控制点的坐标，提供外弯扭侧壁2.1、内弯扭侧壁2.2、底板2.3、踏步板2.4、水平支撑板2.5和竖向支撑板2.6的展开图、制作样箱的线框模型及坐标控制点图。
55.本实施例中，在步骤四的构件的放样、下料前，将旋转楼梯段拆分成一组半圆管分段和一组弯扭板，通过各个构件的加工精度来保证整体的精度，弯扭构件采用计算机精确放样，而后采用数控排版、切割；规则形状的构件采用数控直条机进行切割；非规则形状的构件采用等离子切割机进行切割，构件的坡口采用半自动切割机进行切割，切割后打磨光滑。
56.本实施例中，旋转楼梯段的纵向呈扭转状，第一外皮板2.1.1、第一内皮板2.1.2、第一隔板2.1.3，第二外皮板2.2.1、第二内皮板2.2.2和第二隔板2.2.3均为钢板，且采用卷板机配合油压机的方法加工出；尽最大可能来减少热加工成形对钢板的破坏，当整块弯扭板无法加工成扭曲形状，采用将弯扭板分段冷弯加工成型的方法加工，以保证板整体的造型；当第一外皮板2.1.1、第一内皮板2.1.2、第二外皮板2.2.1和第二内皮板2.2.2采用油压机压制加工时，应选择压模适当的圆角，以免板表面出现明显的压痕，然后按弯扭板上的加工线进行对弯扭板的成形压制；压制时，应从一端向另一端逐步进行，并用角度样板进行测量，以免压制过大，以此方法重复进行对壁板的压制，直至达到成形加工要求。
57.本实施例中，弯扭板在加工过程中和箱形结构组装前都必须进行详细的检测，检测采用专用样箱(木箱)进行全面检测，样箱根据弯扭板的实际扭曲线形进行1：1的制作，将弯扭板的扭曲面真实地以三维形式表示出来，检测时只要将样箱放在加工后的弯扭板上，定位弯扭板的外形边线进行检查。
58.上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。