[发明专利]一种双曲扇形螺旋楼梯及其构建方法

说明书

本申请的实施例提供了一种双曲扇形螺旋楼梯及其构建方法，将螺旋楼梯的梯板设计为板厚由螺旋外侧至螺旋内侧逐渐增大，相较于传统的矩形截面的梯板受力更合理，还能在一定程度上减少施工材料的浪费；梯板内设置有多组纵筋、拉筋及箍筋，根据有限单元法计算确定的梯板内侧、中部及外侧的承载力要求来设计纵筋的直径、数量及位置，使得钢筋的分布能够更好地满足梯板的受力要求。

技术领域

本发明涉及建筑结构设计及施工领域，具体涉及一种双曲扇形螺旋楼梯及其构建方法。

背景技术

根据钢筋混凝土板式螺旋楼梯的内力计算，当梯段的宽度较宽时，梯板的内侧与外侧表现出不同的受力特征，螺旋楼梯全长内侧受力复杂且明显大于外侧。而现有的钢筋混凝土螺旋楼梯均设计为矩形截面的螺旋楼梯，即螺旋内侧与外侧的梯板厚度相同，以矩形截面作为梯板的受力截面，由内外两条圆弧螺旋上升形成空间单曲扇形螺旋楼梯。由于矩形截面的螺旋楼梯内侧与外侧的梯板厚度相同，为满足螺旋内侧的受力要求，矩形截面螺旋楼梯的梯板通常整体较厚，在受力较小的外侧的材料也未充分发挥作用，造成材料的浪费。

因此，实有必要开发一种双曲扇形螺旋楼梯，用以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种双曲扇形螺旋楼梯及其构建方法，以解决现有螺旋楼梯的梯板整体较厚、不符合螺旋楼梯受力特征的技术问题。

本发明实施例提供的一种双曲扇形螺旋楼梯，包括呈螺旋状逐渐上升的梯板，所述梯板的板厚由螺旋的外侧至内侧逐渐增大。

可选地，所述梯板的内侧板厚t1为1.2t-1.5t，梯板的外侧板厚t2为0.5t-0.8t，其中，t为所述梯板正截面的平均板厚。

可选地，所述平均板厚t与所述梯板的中心线处的弧长S的比值在1/50-1/35之间。

可选地，所述梯板的平面旋转角度为240-300°，梯板的螺旋升角为25-35°。

可选地，所述梯板内设置有多组纵筋，多组所述纵筋沿所述梯板的宽度方向间隔布置，且纵筋的分布满足所述梯板内侧、中部及外侧根据有限单元法计算确定的承载力要求。

可选地，所述纵筋之间通过拉筋及箍筋拉紧固定。

此外，本发明实施例还提供了一种双曲扇形螺旋楼梯的构建方法，用于通过有限单元法构建如上所述的双曲扇形螺旋楼梯的实体模型，其主要包括以下步骤：

(1)、根据实际螺旋楼梯的造型要求，建立简化的梯板几何模型；

(2)、根据简化后的梯板几何模型，建立梯板初步剖分的有限单元网格；

(3)、在步骤(2)初步剖分有限单元网格的基础上，细化实际计算网格，建立有限元计算模型，施加边界条件，按实际施加楼梯荷载；

(4)、检查有限元计算结果，复核梯板承载力、变形及竖向自振频率，使其满足设计规范要求；

(5)、根据应力计算结果，布置梯板钢筋。

可选地，步骤(1)所述的简化的梯板几何模型以多段直线段近似拟合原螺旋梯段线。

可选地，步骤(2)中的有限元计算单元类型采用壳单元。

可选地，步骤(3)中所述的建立有限元计算模型包括按照梯板支座刚接与铰接的情况分别建立模型，并在步骤(4)中进行包络设计。

本发明实施例具有如下有益效果：

1、根据螺旋楼梯的受力特征，将梯板的受力截面设计为螺旋内侧较厚、螺旋外侧较薄的不等厚度结构，相较于传统的矩形截面梯板受力更合理，还能在一定程度上减少施工材料的浪费。