模數(shù)協(xié)調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)裝配式建筑發(fā)展的前提條件，由于建筑類型眾多，各類規(guī)范體系不一，很多建筑仍是“定制設(shè)計(jì)”。以公共建筑中預(yù)制混凝土樓梯為研究對象，通過裝配式設(shè)計(jì)實(shí)踐，對調(diào)研案例進(jìn)行總結(jié)，整理形成一套具有普遍適應(yīng)性的預(yù)制樓梯選型系統(tǒng)。

一、調(diào)研對象

首先要確定公共建筑的類型。公共建筑功能多樣化，按照GB 50352—2005《民用建筑設(shè)計(jì)通則》的定義，一般是指供人們進(jìn)行各種公共活動(dòng)的建筑。公共建筑包括幼兒園、大中小學(xué)校、電影院、劇場、體育場、商場、醫(yī)院、酒店、辦公等其他類民用建筑。每種功能類型的建筑對建筑層高、樓梯的要求均有所區(qū)別。

影響公共建筑樓梯的要素眾多，在調(diào)研過程中并不需要將所有要素進(jìn)行整理，而是要提取重點(diǎn)，以符合公共建筑的使用要求及預(yù)制樓梯的加工要求，包括樓梯類型、層高、樓梯間寬度、梯井寬度、梯段寬度、踏步數(shù)、踏步寬度、踏步高度、梯板厚度等要素(見圖1)。

圖1 影響樓梯選型的要素

二、調(diào)研結(jié)果

通過調(diào)研150個(gè)已歸檔項(xiàng)目，其中包括100個(gè)2000年以前的項(xiàng)目，以及50個(gè)2000年至今的項(xiàng)目，從公共建筑樓梯相關(guān)參數(shù)的變化趨勢可總結(jié)出以下特點(diǎn)。

1.建筑類型

綜合、辦公、文教類建筑占比約85%，基本覆蓋了絕大多數(shù)公共建筑類型。

2.結(jié)構(gòu)類型

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)占比約76%，框筒結(jié)構(gòu)占比約14%，框架結(jié)構(gòu)占比約8%;框架公共樓梯在高層公共建筑中主要集中在高層裙房。另外，由于北京為8度抗震設(shè)防區(qū)，所以在多層公建中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)較為普遍，剪力墻多設(shè)置在樓梯兩側(cè)或一側(cè)。

3.樓梯類型

兩跑樓梯的占比逐漸升高，由2000年前的82%升至2000年后的94%;2000年前出現(xiàn)的三跑或四跑樓梯基本消失，但在高層建筑裙房層，經(jīng)常因?yàn)閷痈咻^高，出現(xiàn)三跑或四跑樓梯。

4.標(biāo)準(zhǔn)層層高

2000年以前的標(biāo)準(zhǔn)層主流層高依次為：3.6，3.3，3.0m;2000年以后的標(biāo)準(zhǔn)層主流層高依次為：4.2，3.9，3.6m。原因是人們對舒適度要求逐年提高，以及滿足規(guī)范修訂及設(shè)備系統(tǒng)要求。

5.梯井寬度

2000年以后，100mm寬的梯井占比約62%，200mm寬的梯井占比約為22%;其中100mm寬的梯井多用于高層建筑核心筒內(nèi)樓梯，僅作為消防疏散使用，200mm寬的梯井多用于多層公共建筑，為人員經(jīng)常使用的樓梯，一般較為舒適。

6.梯段寬度

2000年以后，1.3m以內(nèi)梯段寬度的占比約為66%，1.5m及以上梯段寬度的占比約為24%。僅用作疏散樓梯的寬度一般為1.2～1.3m，人員經(jīng)常活動(dòng)的公共樓梯寬度一般為1.5m及以上。

7.踏步寬度

2000年以后，260mm踏步寬度占比約為42%，280mm踏步寬度占比約為40%。公共建筑樓梯的踏步寬度集中在260mm和280mm，260mm用于消防疏散樓梯，280mm用于人員經(jīng)常活動(dòng)的公共樓梯。

8.踏步高度

根據(jù)層高、踏步數(shù)、踏步寬度確定，一般為160～170mm。

三、調(diào)研分析

1.建筑類型

各種類型公共建筑中，首先排除層數(shù)較低的幼兒園、小學(xué)校等樓梯。對于人員密集場所的樓梯，因需根據(jù)人流量計(jì)算疏散寬度，每個(gè)建筑的樓梯寬度均不相同，也排除在外。重點(diǎn)研究對象集中在最容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的辦公類其他建筑樓梯，此類建筑樓梯的布置是以疏散出口為主、疏散寬度為輔，預(yù)制樓梯完全滿足其要求。

2.建筑層高

確定建筑功能以后，又對辦公等其他類建筑的層高進(jìn)行調(diào)研，此類建筑的層高多集中在3.3～4.5m。其中，3.3～4.0m的建筑層高以100mm為模數(shù)遞增，4.0～4.8m建筑層高以200mm或300mm為模數(shù)遞增，常見層高為4.2m和4.5m。

3.梯段凈寬

根據(jù)規(guī)范要求，公共建筑的疏散樓梯凈寬一般不低于1.2m，考慮扶手及墻面抹灰因素，樓梯寬度一般以1.3m為宜。如果公共建筑選用較為舒適的樓梯，增加每股人流0～0.15m的人體擺幅，或增加人流股數(shù)，樓梯寬度會(huì)相應(yīng)增加，對于此類樓梯，可對現(xiàn)有梯段進(jìn)行調(diào)整加寬，使之符合設(shè)計(jì)要求。通過實(shí)際項(xiàng)目調(diào)研也得出相應(yīng)結(jié)果。

4.梯段類型

在工程項(xiàng)目中，4.2m及4.5m層高建筑的樓梯，由于使用功能要求，部分會(huì)選擇三跑樓梯形式，調(diào)研中也進(jìn)行了選擇，作為樓梯形式的補(bǔ)充。更高層高的樓梯在項(xiàng)目中較為少見，由于可采取雙跑樓梯梯段復(fù)制的方式組合，故不列入預(yù)制樓梯選型范圍。

根據(jù)以上分析認(rèn)為，預(yù)制樓梯可采用兩跑樓梯為主、三跑樓梯為輔的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)不同建筑層高、梯段寬度總結(jié)了12種常用樓梯，在建筑方案設(shè)計(jì)階段可進(jìn)行選用，如表1所示。

從表1可看出，公共建筑預(yù)制樓梯的踏步寬度統(tǒng)一為260mm，踏步高度最/高為175mm，與現(xiàn)行民用建筑設(shè)計(jì)通則有部分矛盾。經(jīng)過與新的通則編制組專家溝通得知，公共建筑疏散樓梯的踏步高度已調(diào)整為175mm。同時(shí)也充分考慮了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，比如不同層高的預(yù)制樓梯，保證2個(gè)梯段的踏步數(shù)及踏步高度完全一致，便于預(yù)制構(gòu)件廠實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

公共建筑中的預(yù)制混凝土樓梯與住宅建筑不同，大多數(shù)公共建筑為框架結(jié)構(gòu)或框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，樓梯平臺(tái)及梯段處均需設(shè)計(jì)梯柱以滿足抗震規(guī)范要求，在設(shè)計(jì)選型過程中，也考慮到梯梁及梯柱布置，使預(yù)制樓梯尺寸能夠滿足所有選型范圍內(nèi)公共建筑的要求(見圖2)。

圖2 兩跑及三跑樓梯尺寸

四、預(yù)制樓梯節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

預(yù)制樓梯設(shè)計(jì)屬于預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同點(diǎn)在于設(shè)計(jì)過程中具有流程精細(xì)化、設(shè)計(jì)模數(shù)化、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)信息化等特點(diǎn)。落實(shí)到具體設(shè)計(jì)中，除需滿足前文中提到的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，還需在設(shè)計(jì)過程中注意預(yù)制樓梯的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。

在預(yù)制樓梯設(shè)計(jì)圖紙中，各專業(yè)應(yīng)配合將樓梯欄桿扶手預(yù)留洞定位準(zhǔn)確，該部分將影響未來樓梯(成品)欄桿安裝的精/確度、梯井寬度、樓梯凈寬和樓梯的現(xiàn)場施工。同時(shí)，預(yù)留洞的定位也需與結(jié)構(gòu)配筋及其他預(yù)留條件相配合(見圖3，4)。

圖3 預(yù)制樓梯模板平面

圖4 預(yù)制樓梯模板立面

在預(yù)制樓梯的深化設(shè)計(jì)中可采用BIM等信息化設(shè)計(jì)方法，提前在模型中確定標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)內(nèi)容、統(tǒng)計(jì)用量及經(jīng)濟(jì)核算(見圖5)。

圖5 預(yù)制樓梯信息化模型

五、結(jié)語

裝配式建筑的發(fā)展離不開預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)理念的變化植根于建造技術(shù)的升級。在公共建筑的設(shè)計(jì)創(chuàng)作中，通過設(shè)計(jì)合理的建筑層高及平面尺寸，選取合適的預(yù)制樓梯，對建筑師是很小的工作量，但對于裝配式建筑，則可較大程度地提升建筑質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、減少資源浪費(fèi)。