高层住宅装配式预制楼梯施工工法.docx
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高层住宅装配式预制楼梯施工工法
高层住宅装配式预制楼梯施工工法
1前言
为了有效解决建筑行业劳动力不足，提高工程效率缩短工期，提高建筑物的质量和性能，保证房地产企业更好的可持续发展等问题，建筑工程的产业化已经是行业未来的趋势。
产业化工程突出特点就是装配式施工，而如何提高装配式建筑的整体性，如何降低构件加工、安装的难度，如何提高构件安装的质量，如何缩短装配式工程的吊装时间使其满足社会要求等问题成了影响产业化工程发展的主要因素。
传统的现浇楼梯，须经过支模、钢筋绑扎、混凝土浇筑等工序，在劳动力和工期上有不利影响。
并且现浇楼梯的施工质量缺陷较多，容易出现涨模、漏浆等问题，混凝土在达到强度前人员来回走动，易对踏步棱角造成破坏。
而装配式预制楼梯在这些方面都可以避免。
本项目主要研究高层住宅中预制楼梯深化设计、模具制作、楼梯制作、运输、安装，包括楼梯构件生产各种预埋件、预留孔洞的规格、位置和数量，混凝土的养护，现场如何安装，成品如何保护等。
2工法特点
2.1工序简单、节省工期
预制楼梯提前在加工厂预制而成，运至现场后直接安装，减少了现浇楼梯现场支模、钢筋绑扎、混凝土浇筑等时间，并且省去了后期踏步的做法，大大减少了装修的工作量，节约工期。
2.2质量高、外观美
施工方便，构件质量容易得到保证，踏步边缘棱角分明、完整美观，防滑条清晰漂亮，构件尺寸几乎无偏差。
较现浇楼梯常出现的涨模、漏浆、踏步缺棱掉角等质量问题有了很大的提高。
2.3周转多、成本低
工厂化加工生产，人力需要少，材料周转次数多，浇筑混凝土时浪费较少，并且省去后期踏步装修成本。
2.4节能环保
工厂制作，浇筑混凝土时现场漏浆容易回收利用，节能环保。
3适用范围
1、高层建筑标准层的楼梯。
2、对工期和质量要求较高的建筑工程。
4工艺原理
装配式预制楼梯采用工厂化制作，钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑及养护均在工厂进行。
预制楼梯工厂化生产的重点是深化设计和模板制作。
预制楼梯的深化设计必须符合现场楼梯间尺寸和位置，各种预留预埋及位置须经过计算，确保安全准确。
预制楼梯的模板制作须与深化图纸相对应，模板是保证楼梯尺寸、各类预留预埋位置和表观质量的关键工艺所在。
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工准备
1、深化设计无误并经设计同意。
2、预制楼梯构件进场验收，符合图纸要求。
3、安装所需工具设备准备齐全并安全可靠。
4、现浇梯梁强度达到设计要求。
5、楼梯间尺寸复核完毕，现场控制线放设完毕。
5.2工艺流程
预制楼梯图纸深化设计→构件加工厂生产制作→构件运输→构件进场验收→现场安装准备→控制线放设并复核→现浇梯梁处预埋钢筋复核→现浇梯梁处灌浆料找平→预制楼梯起吊→预制楼梯就位调整→连接缝隙处灌浆→检查验收→成品保护。
5.3操作要点
5.3.1预制楼梯图纸深化设计
预制楼梯的深化设计是施工的前提，深化的图纸必须符合现场楼梯间尺寸和相对位置关系，各种预留预埋及位置须经过计算，确保安全准确并经设计院同意。
图5.3.1-1梯板平面布置图
图5.3.1-2楼梯配筋与位置示意图
图5.3.1-3楼梯各类预留预埋与踏步防滑条设计图
5.3.2预制楼梯钢筋绑扎
预制楼梯在工厂进行钢筋绑扎，并埋设各类预埋件，钢筋规格、间距，预埋件种类需与图纸相对应，并经验收合格。
图5.3.2钢筋工厂绑扎
5.3.3预制楼梯模板制作
预制楼梯的模板制作须与深化图纸相对应，模板是保证楼梯尺寸、各类预留预埋位置和表观质量的关键所在。
图5.3.3-1模板工厂安装
图5.3.3-2各类预留预埋构件
5.3.4预制楼梯工厂养护
预制楼梯在加工厂进行混凝土浇筑，浇筑完成后采用蒸汽恒温养护，强度提高快，养护效果好。
图5.3.4预制楼梯蒸汽养护
5.3.5预制楼梯运输
预制楼梯在运输过程中极易受到损坏，为防止磕碰，采用专用车辆进行运输。
车辆载重20t，一次运输4块，并在车上安装固定支架对构件进行固定。
图5.3.5预制楼梯运输示意图
5.3.6预制楼梯现场安装
预制楼梯进场验收合格后，采用塔吊安装就位。
项目根据主体结构施工进度采取每两层安装一次的方法进行安装，确保梯梁处混凝土强度达到要求。
1、预制楼梯在吊装前，将侧面预埋吊环切除并抹平，在梯面平板预留吊装孔处安装万向旋转环。
图5.3.6-1万向旋转环与楼梯连接图
2、为避免预制楼梯吊装就位时与楼梯间碰撞造成缺棱掉角等质量缺陷。
项目制作了专用吊装钢梁，钢梁长度5.44m，采用H250*125*6*9的型钢，上边与下边设置20圆钢作为吊点，下边吊点的距离与楼梯上预埋吊点的距离相等，确保预制楼梯在吊装时钢丝绳保持竖直，避免产生的水平分力导致楼梯旋转，同时也避免了楼梯就位时极易冲撞的问题。
图5.3.6-2吊装钢梁示意图
图5.3.6-3预制楼梯现场吊装图
3、预制楼梯安装就位，经过细微调整，后采用C35级高强无收缩灌浆料将梯板与楼梯间两侧缝隙填实。
5.4吊装工具的计算
1、吊钩螺杆部分截面验算
吊钩螺杆部分可按受拉构件由下式计算：
σt=F/A1≤[σt]（5.4-1）
式中：
t──吊钩螺杆部分的拉应力；
F──吊钩所承担的起重力，取F=15000.00N；
A1──螺杆扣除螺纹后的净截面面积；
A1=πd12/4。
其中：
d1──螺杆扣除螺纹后的螺杆直径，取d1=20.00mm；
[σt]──钢材容许受拉应力。
经计算得：
螺杆扣除螺纹后的净截面面积A1=3.14×20.002/4=314.16mm2；
螺杆部分的拉应力σt=15000.00/314.16=47.75N/mm2。
由于吊钩螺杆部分的拉应力47.75N/mm2，不大于容许受拉应力50.00N/mm2，所以满足要求。
2、吊钩水平截面验算
水平截面受到偏心荷载的作用，在截面内侧的K点产生最大拉应力σc，可按下式计算：
σc=F/A2+Mx/（γxWx）≤[σc]（5.4-2）
式中：
F──吊钩所承担的起重力，取F=15000.00N；
A2──验算2-2截面的截面积；
A2≈h（b1+b2）/2。
其中：
h──截面高度，取h=58.00mm；
b1，b2──分别为截面长边和短边的宽度，取b1=30.00mm，b2=25.00mm；
Mx──在2-2截面所产生的弯矩；
Mx=F（D/2+e1）。
其中：
D──吊钩的弯曲部分内圆的直径，取D=35.00mm；
e1──梯形截面重心到截面内侧长边的距离；
e1=h（b1+2b2）/[3（b1+b2）]；
λx──截面塑性发展系数，取λx=1.00；
Wx──截面对x-x轴的抵抗矩；
Wx=Ix/e1。
其中：
Ix──水平梯形截面的惯性矩；
[σc]──钢材容许受压应力，取[σc]=70.00N/mm2；
2-2截面的截面积A2=58.00×（30.00+25.00）/2=1595.00mm2；
解得：
梯形截面重心到截面内侧长边的距离e1=28.12mm。
在2-2截面所产生的弯矩Mx=15000.00×（35.00/2+28.12）=684318.18N·mm；
解得：
水平梯形截面的惯性矩Ix=445899.90mm4。
截面对x-x轴的抵抗矩Wx=445899.90/28.12=15856.35mm3；
经过计算得σc=15000.00/1595.00+684318.18/15856.35=52.56N/mm2。
由于吊钩2－2截面部分的压应力52.56N/mm2，不大于容许受压应力70.00N/mm2，所以满足要求。
3、吊钩垂直截面验算
垂直截面的应力计算与水平截面验算相同：
h──截面高度，取h=38.00mm；
b1，b2──分别为截面长边和短边的宽度，取b1=30.00mm，b2=25.00mm；
3-3截面的截面积A3=38.00×（30.00+25.00）/2=1045.00mm2；
解得：
梯形截面重心到截面内侧长边的距离e1=18.42mm。
在3-3截面所产生的弯矩Mx=15000.00×（35.00/2+18.42）=538863.64N·mm；
解得：
水平梯形截面的惯性矩Ix=125401.92mm4。
截面对x-x轴的抵抗矩Wx=125401.92/18.42=6806.35mm3；
经过计算得σc=15000.00/1045.00+538863.64/6806.35=93.52N/mm2。
垂直截面的剪应力τ按下式计算：
τ=F/（2A3）（5.4-3）
式中：
F──吊钩所承担的起重力，取F=15000.00N；
A3──3-3截面的竖截面面积，取A3=1045.00mm2。
经过计算得τ=15000.00/（2×1045.00）=7.18N/mm2。
根据强度强度理论公式按下式验算：
σ=（σc2+3τ2）1/2≤[σ]（5.4-4）
经过计算得σ=（93.522+3×7.182）1/2=94.35N/mm2。
由于吊钩3－3截面部分的压应力94.35N/mm2，不大于钢材的容许综合应力140.00N/mm2，所以满足要求。
4、圆形吊环计算
圆环的弯曲应力σ0按下式验算：
（5.4-5）
式中：
P──作用于圆环上的荷载，取P=15000.00N；
R0──环的中心圆半径，取R0=35.00mm；
d──圆环截面圆的直径，取d=20.00mm；
[σ0]──圆环容许应力，取[σ0]=300.00N/mm2。
经过计算得σ0=3.24×15000.00×35.00/20.003=212.63N/mm2。
由于圆环的弯曲应力212.63N/mm2，不大于圆环容许应力300.00N/mm2，所以满足要求。
5、整体吊环计算
1）在横杆中点截面的弯矩M1和拉力P1按下式验算：
M1≈Pl/6+P1x（5.4-6）
其中：
P1=Ptg（α/2）/2。
式中：
P──作用于整体吊环上的荷截P=15000.00N；
l──横杆跨度，取l=100.00mm；
x──转角处到横杆中线的距离，取x=40.00mm；
α──吊环两斜杆间的夹角，取α=15.00度。
经过计算得P1=15000.00×tg（15.00/2）/2=987.39N；
M1=15000.00×100.00/6+987.39×40.00=289495.75N·mm。
2）在吊环转角处截面中（A点）的弯矩M2按下式计算：
M2=Pl/13（5.4-7）
经过计算得M2=15000.00×100.00/13=115384.62N·mm。
3）在斜杆中的拉力P2按下式计算：
P2=P/（2cos（α/2））（5.4-8）
经过计算得P2=15000.00/（2×cos（15.00/2））=7564.72N。
4）横杆中点截面的最大拉应力σ1按下式计算：
σ1=M1/W+P1/F1≤[σ]（5.4-9）
式中：
F1──横杆中点截面面积F1=1000.00mm2；
W──横杆中点抗弯截面抵抗矩W=2500.00mm3。
经过计算得到σ1=289495.75/2500.00+987.39/1000.00=116.79N/mm2。
由于横杆中点截面的最大拉应力116.79N/mm2，不大于容许应拉力300.00N/mm2，所以满足要求。
5）斜杆中点截面的拉应力σ2按下式计算：
σ2=P2/F2≤[σ]（5.4-10）
式中：
F2──斜杆中点截面面积F2=300.00mm2；
经过计算得到σ2=7564.72/300.00=25.22N/mm2。
由于斜杆中点截面的拉应力25.22N/mm2，不大于容许应拉力300.00N/mm2，所以满足要求。
6、绳卡计算
1）马鞍式，抱合式绳卡数量可按下式计算：
n1=1.667P/（2T）（5.4-11）
其中：
n1──马鞍式，抱合式绳卡需用数量；
P──钢丝绳上所受综合计算荷载，取P=25.00N；
T──栓紧绳卡螺帽时，螺栓所受的力，取T=24.50N。
经计算得n1=1.667×25.00/（2×24.50）=1个。
2）骑马式绳卡数量可按下式计算：
n2=2.5P/T（5.4-12）
其中：
n2──骑马式绳卡需用数量。
经计算得n2=2.5×25.00/24.50=3个。
7、钢丝绳
吊装构件采用6×19、直径17.0mm，钢丝强度极限为1400N/mm2钢丝绳作起重绳。
1）钢丝绳容许拉力计算：
钢丝绳容许拉力可按下式计算：
[Fg]=aFg/K（5.4-13）
其中：
[Fg]──钢丝绳的容许拉力；
Fg──钢丝绳的钢丝破断拉力总和，取Fg=151.50kN；
α──考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数，α=0.85；
K──钢丝绳使用安全系数，取K=5.50。
经计算得[Fg]=151.50×0.85/5.50=23.41kN。
2）钢丝绳的冲击荷载计算：
钢丝绳的冲击荷载可按下式计算:
Fs=Q（1+（1+2EAh/QL）1/2）（5.4-14）
其中：
Fs──冲击荷载；
Q──静荷载，取Q=15.00kN；
E──钢丝绳的弹性模量，取E=78400.00N/mm2；
A──钢丝绳截面面积，取A=103.28mm2；
h──钢丝绳落下高度，取h=250.00mm；
L──钢丝绳的悬挂长度，取L=5000.00mm。
经计算得Fs=15000.00×（1+（1+2×78400.00×103.28×250.00/15000.00/5000.00）×1/2）=126223.77N≈126Kn，所以满足要求。
8、卡环
吊装构件采用卡环的销子直径为21mm，查表得卡环的容许荷载为：
FK=17150N>15000N，所以满足要求。
9、绳卡
采用马鞍式绳卡固定钢丝绳的夹接，用直径15.8mm螺栓紧固，查表得螺栓上所受的力为15.19kN。
所需绳卡数量n1=1.667P/2T=1.667×15/2×15.19=0.823，用1个绳卡满足要求。
钢丝绳容许拉力可按下式计算：
[Fg]=aFg/K（5.4-15）
其中：
[Fg]──钢丝绳的容许拉力；
Fg──钢丝绳的钢丝破断拉力总和，取Fg=151.50kN；
α──考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数，α=0.85；
K──钢丝绳使用安全系数，取K=9.00；
经计算得[Fg]=151.50×0.85/9.00=14.31kN。
钢丝绳在承受拉伸和弯曲时的复合应力按下式计算：
σ=F/A+d0E0/D（5.4-16）
其中：
σ──钢丝绳承受拉伸和弯曲的复合应力；
F──钢丝绳承受的综合计算荷载，取F=151.50kN；
A──钢丝绳钢丝截面面积总和，取A=111.53mm2；
d0──单根钢丝的直径（mm），取d0=0.20mm；
D──滑轮或卷筒槽底的直径，取D=50.00mm；
E0──钢丝绳的弹性模量，取E0=78400.00N/mm2。
经计算得σ=151500.00/111.53+0.20×78400.00/50.00=314.96N/mm2。
钢丝绳的冲击荷载可按下式计算：
Fs=Q（1+（1+2EAh/QL）1/2）（5.4-17）
其中：
Fs──冲击荷载；
Q──静荷载，取Q=15.00kN；
E──钢丝绳的弹性模量，取E=78400.00N/mm2；
A──钢丝绳截面面积，取A=111.53mm2；
h──钢丝绳落下高度，取h=250.00mm；
L──钢丝绳的悬挂长度，取L=5000.00mm。
经计算得Fs=15000.00×（1+（1+2×78400.00×111.53×250.00/15000.00/5000.00）×1/2）=130502.94N≈131kN。
10、万向旋转环
图5.4万向旋转环
万向旋转环承受的拉力为6.3t，满足要求。
11、垂直起重机械
采用TC7035塔吊作为垂直起重机械，吊装点30m处的起吊重量为5.33t，能够满足吊装需要。
6材料与设备
本工法采用的主要材料设备见下表。
表6主要材料设备
序号
分类
设备名称
规格
单位
数量
备注
1
加工厂
龙门吊
10t
台
1
2
钢模板
套
2
自制
3
预埋螺杆
M24
个
8
4
振捣棒
Ф30
个
2
5
锅炉
台
1
6
蒸汽养护室
6m×3m×2m
个
2
7
货运汽车
20t
辆
1
8
施工现场
塔吊
TC7035
台
1
9
万向旋转环
M24
个
4
10
吊装钢梁
个
1
自制
11
手动葫芦
5t
个
2
12
撬棍
个
1
13
灌浆料
C35
袋
2
7质量控制
7.1执行标准
1、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
2、《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014
3、《预制混凝土构件质量检验标准》DB11／T968-2013
4、《住宅预制混凝土梯段工业标准》JG3002.1-1992
5、《装配式混凝土结构连接节点构造》15G310-1
7.2现场质量控制措施
7.2.1吊装措施
现场安装时发现，当采用四根钢丝绳吊装时，楼梯构件倾斜的角度不变，但由于楼梯间存在的允许误差，导致楼梯就位困难，并且就位时楼梯上下晃动较大，和梯梁的冲击力较大，极易造成缺棱掉角现象。
后改为两根手动葫芦和两根钢丝绳后，就位时可以拽动手动葫芦对倾斜角度进行微调，并且减小了上下的晃动，避免缺棱掉角现象发生。
图7.2-1采用手动葫芦就位
7.2.2成品保护
为防止人员走动对预制楼梯造成破坏，在楼梯就位验收合格后，及时采用现场废弃模板对预制楼梯进行全封闭保护，并且为防止保护模板脱落，在两侧钉上斜拉条，确保牢固可靠。
图7.2-2预制楼梯成品保护
8安全措施
1、由于预制楼梯吊装为新工艺，吊装时要对操作人员进行培训，培训的内容主要有钢梁、吊环的制作，吊装时平衡性掌握，吊装的定位及吊装安全注意事项等，待操作人员熟悉整个吊装工序流程后，才能进行吊装，并且初始吊装时，要进行吊装演练。
2、工人进场必须进行有针对性的安全教育，每天吊装前必须进行安全交底。
3、吊装前必须检查吊具、钢梁、葫芦、钢丝绳等起重用品的性能是否完好。
4、正确使用安全带、安全帽等安全工具。
5、在吊装区域、安装区域设置临时围栏、警示标志，工人不得禁止在吊装范围下方穿越。
6、操作结束时一定要收拾现场、整理整顿、特别在结束后要对工具进行清点。
7、构件起重作业时，必须由起重工进行操作，吊装工进行安装。
绝对禁止无证人员进行起重操作。
8、严格执行起重机械“十不吊”规定。
9、构件起吊离地面0.5m时应停滞一段时间，待构件稳定、吊索充分张紧方可起升
9环保措施
1、进场前做好员工环保教育，提高员工环保意识。
2、加强机械管理，改进施工工艺，减少施工过程中的噪音，噪声控制符合国家标准《建筑施工场界噪声限值》。
3、合理布局施工区域及生活场所，施工及生活污水排放三级沉淀。
施工营地和施工现场的生活垃圾，要经常清理打扫，分类集中处理；施工和生活中的废弃物经当地环保部门同意后，运至指定地点。
对于施工中废弃的零碎配件、边角料、水泥袋、包装箱等及时收集清理并搞好现场卫生。
4、加强项目部的卫生防疫。
对生产、管理人员定期进行健康检查，对生活区域定期进行消毒。
10效益分析
10.1经济效益：
产业化住宅由于建造速度快，能促使资金早日回笼，提高资金的周转率，这对于房地产企业是极其重要的。
虽然目前小批量建造的怀况下，住宅的建造成本有提高，但在规模化生产后其成本的增加能够控制在15—20％左右，在未来面临劳动力资源短缺，劳动力成本大幅提升的情况下，装配式房屋的优势将更加明显。
10.2安全效益
传统住宅的施工方式是大量的工人聚集在现场，交叉作业多，容易对工人造成高空坠落、物体打击、触电等伤害。
而产业化住宅通过把大量的作业转移到了工厂，现场工人数目大大减少（最多可减少80%以上），减小了现场安全事故的发生频率。
10.3社会效益
该项技术操作简便、安全可靠，可确保工程质量，安装时间显著缩短，较之传统施工方法节约人工30%；节约常规周转材料约8％；基本避免现场湿作业，减少建筑垃圾约70％，节约施工用水约50％，大量减少了噪音污染，在节能环保方面优势明显。
11应用实例
11.1工程概况
11.2应用效果
本工程采用预制楼梯施工后，楼梯直接在工厂进行加工，运至现场直接安装，节约工期，简化现场工序，并省去后期装修的工作量。
预制楼梯较现浇楼梯的成型表观质量好，棱角分明，防滑条清晰漂亮，尺寸无偏差，较好的提高了楼梯的施工质量。
本工程采用定型化钢模制作楼梯，增加了材料的周转次数，在工厂浇筑混凝土，提高了混凝土的回收利用，降低成本，节能环保。
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