参数化，让螺旋楼梯设计如此简单，Dlubal德儒巴软件应用

螺旋楼梯，造型优美且节省空间，备受欢迎。

由于其螺旋上升的形态，其建模较为复杂，且内外半径设计中可能会变，如果没有高效的建立和修改模型的方法，设计效率会显著降低。

此外，主受力构件承受轴力、弯矩、剪力和扭矩，现有规范公式不能考虑扭矩的影响，因此强度不好验算。此外，舒适度和刚度的计算也很重要。

那么，如何高效地进行螺旋楼梯的建模与计算呢？

1.梁元模型，一键建模

Dlubal RFEM软件自带螺旋楼梯建模助手，可一键生成！

2.壳元模型，一键导入Rhino

如果需要按照壳元模型分析详细应力，可Rhino中建立曲面模型，RFEM官方插件一键导入！

3.参数化修改模型

如果设计的差不多了，甲方突然提出修改内外半径，不要慌，我们可以一键修改!

你要做的就是，按照柱面坐标系，给内外两圈节点，分配两个半径参数R1,R2即可。改模型的时候，只需表格里修改R1和R2即可，模型自动更新。

4.参数化修改荷载

踏步内侧窄，外侧宽，梁元模拟时，均布面压力要换算为梯形线荷载。可以将这个计算过程，记录在“编辑参数”表格。用半径、踏步角度算出内外踏步宽度，然后宽度乘以压力就是线荷载。

半径或者压力荷载修改时，该线荷载自动更新。此思路，可用到其他任何结构，任何规范的荷载，只要有公式，均可参数化。

基本参数

内径0.7m，外径2.2m，高度8m，旋转角720度

恒载1.25kpa，活载3kpa

截面规格

主梁-B200x400x16x16,Q235

踏步-L160x(201~528)x6,Q235

以下结果除变形图标准组合外，其他均为1.3恒+1.5活

两端的轴力、剪力较中间大，内侧梁主受力。

扭矩分布较均匀，强轴弯矩两端大，内侧梁主受力，外侧梁可优化为较小截面。

踏步内侧负弯矩，外部由于外环梁刚接以及较内侧竖向变形大，受正弯矩。

变形12mm，(挠度1/732,内半径0.7m,720度)，频率高于步行频率，可避开共振。

主梁支座附近Von-Mises应力较大

结果来看，内侧主梁主受力

内侧梁短，符合力沿最短路径传递规律

除了承受轴力、剪力、弯矩外，还承受较大扭矩

规范公式无法直接验算，故从有效应力角度衡量

支座附近应力较大，设计需要加强

梁元模型，用线建模

速度快，用来方案推敲，截面初选足够

但是想要了解更详细的应力分布

支座处反力分布

用壳元才能得到详细结果

两个模型总反力基本一致。梁元可能由于踏步/主梁相交处，自重重叠，会比壳元略大。梁元结果来看，内梁主要受力。

最大拉应力均出现在内侧腹板与上翼缘交界处。节点设计时需注意。

壳元模型，变形比梁元大6.6%

梁元模型，频率比壳元大6.5%

壳元分析，边界点处的应力集中，可通过“平滑区功能”很好解决。

平滑区域可以是矩形、圆形、椭圆之一，范围可调。

内力平滑，可以使得支座附近设计内力更合理；应力平滑，可以消除应力集中。

1. 螺旋楼梯建模助手：建模一键化

2. 参数功能：模型尺寸、荷载大小，修改一键化

3. Rhino接口：曲面模型，一键导入

4. 梁元VS壳元：结构方案设计，梁元精度足够，

   但是壳元可以获得更为详细的应力和反力分布

5. 壳元模拟时，平滑区的功能让设计取值更合理

6. 梁元中，踏步主梁刚接，而壳元中，踏步仅与主梁腹板连接，内部没有横向加劲板且腹板高度较大的情况下，达不到梁元模型中的刚接程度，故刚度指标有6%左右差异