结构设计除需考虑不同高度的挡土墙外,还需考虑与墙相邻的室外楼梯怎么做。
山地建筑设计,依山就势是主要原则,但为满足场地合理坡度也需要进行适量的高挖低填,无法避免局部或部分区域存在较深厚填土。本项目的挡土墙根据不同高度分别选用了采用悬臂式、扶壁式等,因大部分挡土墙位于较深厚填土区,为满足承载力及稳定性,对墙底地基进行了花管注浆处理(这里仅简要介绍挡土墙的基本资料,不再展开,本文重点是讨论其附设的室外楼梯)。
在讨论楼梯设计时,虽然楼梯宽度约1.5m、体量及荷载都不算大,但其下地基为深厚填土、而填土的主要问题是其自身的固结沉降不均匀难控制,所以基础初步选型大家都偏向于穿过填土层落于原状岩土上的桩基,桩上立梯柱梯梁支承板式楼梯。但现场反馈地形起伏大、桩机设备不好上,采用人工挖孔安全风险高且成本贵,结构受力稳定需求跟施工条件限制之间存在一定矛盾,确实不好解决。热烈讨论过程中,有人灵机一动:既然挡土墙已经做了地基处理,其承载力和变形是相对可控的,附设的楼梯直接在墙上生根悬挑梯梁+随墙身分段设置结构缝,应该也能行;又有人进一步提出:悬挑梯梁不如悬挑梯板,只需单层板面配筋即可,应该会更省;思路是越来越开阔了。结合现场实际情况,本项目确实是采用挡土墙上悬挑楼梯的施工便利性更高,至于成本费用则需进一步细化比较,看看梯柱梯梁单向梯板、悬挑梯梁单向梯板及纯悬挑梯板哪种会更省。此前做的都是单向板式楼梯的分析研究,无法直接套用,因此补充了悬臂楼梯的计算表格,对单向板式楼梯和悬臂楼梯进行了具体的对比分析。
设计条件:梯段宽度1.5m,每梯段高差约1.38m,梯级尺寸300x153mm、每段9级,休息平台宽2m,楼梯活载3.5kPa。不考虑抗震措施。
单向板式楼梯取D型,斜段水平投影2.4m+上下平台段各1m=水平长度4.4m,梯板厚度取L/30=150mm,支座有单梯柱+对称悬挑梯梁和墙上悬臂梯梁2种;墙上悬挑梯板厚度L/10=150mm(板厚相同比较巧合)。
主要结果列举如下:
单向板式楼梯(未含梯梁梯柱)
单根梯柱+对称悬挑梯梁
墙上悬挑梯梁
墙上悬臂板楼梯(无需梯梁梯柱)
各方案的成本造价数据汇总如下:
1、单梯柱+对称悬挑梯梁(L=0.6m)+D型板式梯
407+38+1141=1586元
2、墙上悬挑梯梁(L=1.5m)+D型板式梯
157+1141=1298元
3、墙上悬臂板楼梯
995元
备注:以上数据未计入单梯柱下另设基础的影响,主要是考虑到无论哪种方案,总荷载是基本相同的。大部分情况下可以通过调整浅基础尺寸、桩基直径或桩长等使基础造价相当,少部分情况下施工工艺对最小桩径有限制(如:挖孔桩、旋挖桩等)时基础造价确实会增加(此处就不展开了)。
从以上数据可知:梯柱梯梁板式梯最贵,悬挑梯梁板式梯较便宜、节省约20%,悬臂板楼梯最经济、节省约40%。
结构方案选型,除了考虑成本造价外,也需考虑施工因素,悬臂板楼梯存在:1、静定结构、冗余度较低;2、主受力钢筋位于板面容易被踩踏压低、降低承载力;3、板筋均需锚入墙内,墙上定位为斜线较复杂等缺点。综合考虑下,本项目最终采用的是悬挑梯梁板式梯。当然,其它项目不宜简单套用,最终采用哪种形式以具体项目主要控制目标、施工质量水平等为选取依据。
综合上述分析比选数据,可知:结构设计没有完全标准的模板可以机械套用,宜结合实际条件进行开放思考、细化分析、定量数据对比等,最终选定安全可靠、经济合理、施工便利的方案。
另外,设计也宜举一反三、合理借鉴。通过本项目的设计,笔者也在思考:悬臂板楼梯的经济性较明显,那么应用到住宅标准层或者商业裙楼层是否可行?比如:住宅标准楼梯常常跟电梯一起布置于核心筒处,周边均有剪力墙,也符合墙上悬挑的条件;再比如:商业裙楼,采用框架柱悬挑梯梁+增设中间梯柱对称悬挑梯梁相结合,以减少梯柱费用等等。
知识点:室外悬挑楼梯楼梯设计及配筋模式比选优化
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居住建筑设计
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