中央城市工作会议以来, 我国装配式建筑进入全面发展期。2016年2月, 中共中央国务院《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出, 要发展新型建造方式, 大力推广装配式建筑, 力争用10年左右时间, 使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%以上。这是今后一段时间我国发展装配式建筑的纲领性文件。与此同时, 住建部与各地方政府也相继出台相关规范、规程及配套图集。

模数协调和标准化设计是实现装配式建筑发展的前提条件。经过近几年工程实践, 在装配式建筑中, 预制混凝土楼梯是标准化程度最高的部分, 预制楼梯具有施工速度快、外观质量高等特点。但因模数协调标准、建筑防火规范、专业设计规范等规范体系难以协调, 建筑师的模数化、标准化设计思维并未完全建立, 公共建筑仍然是“定制设计”, 即针对每个项目、每个单体进行设计。

2015年, 装配式混凝土剪力墙结构住宅系列图集已经出版, 其中15G367-1《预制钢筋混凝土板式楼梯》已在大量装配式住宅建筑中得到应用。但在公共建筑中也会涉及选用预制混凝土楼梯。通过调研大量公共建筑中混凝土楼梯设计资料, 加以提炼, 并通过与相关专家沟通, 形成一系列预制混凝土楼梯的选型, 希望设计师能在公共建筑中选择使用标准化预制楼梯, 从而提升公共建筑的装配化程度。

中国建筑设计研究院有限公司所做项目中绝大部分为公共建筑, 这为本次调研提供了大量项目素材。因此借用这次机会, 对已有公共建筑的楼梯进行调研分析。

首先要确定公共建筑的类型。公共建筑功能多样化, 按照GB 50352—2005《民用建筑设计通则》的定义, 一般是指供人们进行各种公共活动的建筑。公共建筑包括幼儿园、大中小学校、电影院、剧场、体育场、商场、医院、酒店、办公等其他类民用建筑。每种功能类型的建筑对建筑层高、楼梯的要求均有所区别。

影响公共建筑楼梯的要素众多, 在调研过程中并不需要将所有要素进行整理, 而是要提取重点, 以符合公共建筑的使用要求及预制楼梯的加工要求, 包括楼梯类型、层高、楼梯间宽度、梯井宽度、梯段宽度、踏步数、踏步宽度、踏步高度、梯板厚度等要素 (见图1) 。

通过调研150个已归档项目, 其中包括100个1982—2000年的项目, 以及50个2012—2015年的项目, 从公共建筑楼梯相关参数的变化趋势可总结出以下特点。

1) 建筑类型综合、办公、文教类建筑占比约85%, 基本覆盖了绝大多数公共建筑类型。

2) 结构类型框架-剪力墙结构占比约76%, 框筒结构占比约14%, 框架结构占比约8%;框架公共楼梯在高层公共建筑中主要集中在高层裙房。另外, 由于北京为8度抗震设防区, 所以在多层公建中, 框架-剪力墙结构较为普遍, 剪力墙多设置在楼梯两侧或一侧。

3) 楼梯类型两跑楼梯的占比逐渐升高, 由2000年前的82%升至2000年后的94%;2000年前出现的三跑或四跑楼梯基本消失, 但在高层建筑裙房层, 经常因为层高较高, 出现三跑或四跑楼梯。

4) 标准层层高2000年以前的标准层主流层高依次为:3.6, 3.3, 3.0m;2000年以后的标准层主流层高依次为:4.2, 3.9, 3.6m。原因是人们对舒适度要求逐年提高, 以及满足规范修订及设备系统要求。

5) 梯井宽度2000年以后, 100mm宽的梯井占比约62%, 200mm宽的梯井占比约为22%;其中100mm宽的梯井多用于高层建筑核心筒内楼梯, 仅作为消防疏散使用, 200mm宽的梯井多用于多层公共建筑, 为人员经常使用的楼梯, 一般较为舒适。

6) 梯段宽度2000年以后, 1.3m以内梯段宽度的占比约为66%, 1.5m及以上梯段宽度的占比约为24%。仅用作疏散楼梯的宽度一般为1.2～1.3m, 人员经常活动的公共楼梯宽度一般为1.5m及以上。

7) 踏步宽度2000年以后, 260mm踏步宽度占比约为42%, 280mm踏步宽度占比约为40%。公共建筑楼梯的踏步宽度集中在260mm和280mm, 260mm用于消防疏散楼梯, 280mm用于人员经常活动的公共楼梯。

8) 踏步高度根据层高、踏步数、踏步宽度确定, 一般为160～170mm。

1) 建筑类型各种类型公共建筑中, 首先排除层数较低的幼儿园、小学校等楼梯。对于人员密集场所的楼梯, 因需根据人流量计算疏散宽度, 每个建筑的楼梯宽度均不相同, 也排除在外。重点研究对象集中在最容易实现标准化、模数化的办公类其他建筑楼梯, 此类建筑楼梯的布置是以疏散出口为主、疏散宽度为辅, 预制楼梯完全满足其要求。

2) 建筑层高确定建筑功能以后, 又对办公等其他类建筑的层高进行调研, 此类建筑的层高多集中在3.3～4.5m。其中, 3.3～4.0m的建筑层高以100mm为模数递增, 4.0～4.8m建筑层高以200mm或300mm为模数递增, 常见层高为4.2m和4.5m。

3) 梯段净宽根据规范要求, 公共建筑的疏散楼梯净宽一般不低于1.2m, 考虑扶手及墙面抹灰因素, 楼梯宽度一般以1.3m为宜。如果公共建筑选用较为舒适的楼梯, 增加每股人流0～0.15m的人体摆幅, 或增加人流股数, 楼梯宽度会相应增加, 对于此类楼梯, 可对现有梯段进行调整加宽, 使之符合设计要求。通过实际项目调研也得出相应结果。

4) 梯段类型在工程项目中, 4.2m及4.5m层高建筑的楼梯, 由于使用功能要求, 部分会选择三跑楼梯形式, 调研中也进行了选择, 作为楼梯形式的补充。更高层高的楼梯在项目中较为少见, 由于可采取双跑楼梯梯段复制的方式组合, 故不列入预制楼梯选型范围。

根据以上分析认为, 预制楼梯可采用两跑楼梯为主、三跑楼梯为辅的结构形式, 根据不同建筑层高、梯段宽度总结了12种常用楼梯, 在建筑方案设计阶段可进行选用, 如表1所示。

从表1可看出, 公共建筑预制楼梯的踏步宽度统一为260mm, 踏步高度最高为175mm, 与现行民用建筑设计通则有部分矛盾。经过与新的通则编制组专家沟通得知, 公共建筑疏散楼梯的踏步高度已调整为175mm。同时也充分考虑了标准化设计, 比如不同层高的预制楼梯, 保证2个梯段的踏步数及踏步高度完全一致, 便于预制构件厂实现批量生产。

公共建筑中的预制混凝土楼梯与住宅建筑不同, 大多数公共建筑为框架结构或框架-剪力墙结构, 楼梯平台及梯段处均需设计梯柱以满足抗震规范要求, 在设计选型过程中, 也考虑到梯梁及梯柱布置, 使预制楼梯尺寸能够满足所有选型范围内公共建筑的要求 (见图2) 。

预制楼梯设计属于预制构件设计, 与传统设计不同点在于设计过程中具有流程精细化、设计模数化、构件标准化、技术信息化等特点。落实到具体设计中, 除需满足前文中提到的标准化设计, 还需在设计过程中注意预制楼梯的节点设计。

在预制楼梯设计图纸中, 各专业应配合将楼梯栏杆扶手预留洞定位准确, 该部分将影响未来楼梯 (成品) 栏杆安装的精确度、梯井宽度、楼梯净宽和楼梯的现场施工。同时, 预留洞的定位也需与结构配筋及其他预留条件相配合 (见图3, 4) 。

在预制楼梯的深化设计中可采用BIM等信息化设计方法, 提前在模型中确定标准化设计内容、统计用量及经济核算 (见图5) 。

装配式建筑的发展离不开预制构件的标准化设计, 设计理念的变化植根于建造技术的升级。在公共建筑的设计创作中, 通过设计合理的建筑层高及平面尺寸, 选取合适的预制楼梯, 对建筑师是很小的工作量, 但对于装配式建筑, 则可较大程度地提升建筑质量、提高生产效率、减少资源浪费。