球接栏杆的设计现状


1. 球接栏杆包含了 工厂绝大多数的情况，主要有以下几类部位: ①主要楼层平面的临空周边; ②各检修钢平台的临空周边; ③楼梯以及楼梯洞口的周边; ④地坑、 孔洞等的临空周边。


2、现行设计常规做法工业建筑， 目 前的设计理念是以安全、 实用为主， 对美观要求不够重视。 通常球接栏杆的设计直接选用最新的国标图集对应的大样图。


球接栏杆设计荷载取值的研究


不同规范的球接栏杆设计荷载取值对比涉及到球接栏杆相关的图集、 规范种类繁多， 取值出入也较大。 主要有四类， 按出版时间先后顺序归纳如下:


1) 国标图集 02J401《钢梯》。 扶手及栏杆顶部水平集中活荷载标准值取 1. 0 kN/m 。


2) 国标规范 GB4053. 3 - 2009《固定式钢梯及平台安全要求》。 斜钢梯扶手应能承受在除了向上的任何方向施加的不小于 890 N 的集中载荷， 在相邻立柱间的最大挠曲变形应不大于跨度的 1 /250。 中间栏杆应能承受在中点圆周上施加的不小于 700 N 水平集中载荷， 最大挠曲变形不大于 75mm。 端部或末端立柱应能承受在立柱顶部施加的任何方向上 890 N 的集中载荷。 以上载荷不进行叠加。球接栏杆安装后顶部栏杆应能承受水平方向和垂直向下方向不小于 890 N 集中载荷和不小于 700 N/m 均布载荷。在相邻立柱间的最大挠曲变形应不大于跨度的 1 /250。 水平和垂直载荷以及集中和均布载荷均不叠加。 中间栏杆和端部或末端立柱荷载规定与斜钢梯对应的一致。


3) 国标规范 GB50577 - 2010《水泥工厂职业安全卫生设计规范》。 护栏应有足够的刚度和强度: 该规范未提出明确的设计荷载值， 但对使用安全提出来要求。


4) 国标规范 GB50009 - 2012《建筑结构荷载规范》。 楼梯、 看台、 阳台和上人屋面等的栏杆活荷载标准值不应小于下列规定: ①住宅、 宿舍、 办公楼、 旅馆、 医院、 托儿所、 幼儿园， 栏杆顶部的水平荷载应取 1. 0kN/m。 ②学校、食堂、 剧场、 电影院、 车站、 礼堂、 展览馆或体育场， 栏杆顶部的水平荷载应取 1. 0 kN/m， 竖向荷载应取 1. 2kN/m， 水平荷载与竖向荷载应分别考虑。


球接栏杆的设计优化讨论


1、球接栏杆设计选型介绍


常规设计时一般栏杆选用国标图集 02( 03) J401《钢梯》中的 LG2 - 12。 钢梯栏杆根据不同的坡度和梯宽有对应的梯型， 栏杆与梯型对应。 球接栏杆主要构件为四类:①扶手 ( 或称顶部栏杆) ; ②中间栏杆; ③立柱; ④踢脚板。


1) LG2 - 12 对应的构件信息: ①扶手: 钢管 Φ60 ×3. 0; ②中间栏杆: 扁钢 - 30 × 4 两道; ③立柱: 钢管 Φ60× 3. 5; ④踢脚板: 扁钢 - 100 × 3 一道。


2) 钢梯栏杆对应的构件信息。


( 1) 梯坡度≤45°时， 与栏杆 LG2 - 12 风格最接近的是[3]第 72 页的大样⑥。 构件信息: ①扶手: 钢管 Φ60 ×3. 0; ② 中 间 栏 杆: 三 道 钢 筋 Φ20; ③ 立 柱: 钢 管Φ50X2. 5; ④踢脚板: 无。


( 2) 梯坡度 ＞ 45 度时， 此种情况仅在特殊区域使用。构件信息: ①扶手: 钢管 Φ50 × 2. 5; ②中间栏杆: 三无;③立柱: 钢管 Φ33. 5 × 3. 25; ④踢脚板: 无。
按构件分类设计优化尝试


1) 外观优化。 同一建筑物、 同一厂区内的所有的球接栏杆样式统一， 可以给人带来美感。 因此对于球接栏杆的样式有必要调整一致。 以 LG2 - 12 作为原型， 进行调整优化: ①扶手采用圆钢管; ②中间栏杆采用扁钢 - 30 × 4 两道; ③立柱采用圆钢管; ④踢脚板( 需要设置处) 采用扁钢- 100 ×3 一道。


2) 构件优化。 构件截面存在差别的主要集中在球接栏杆的扶手和立柱， 对比见下表 1。


考虑行人上下钢梯的方便、 舒适，GB50295 - 2008规定钢梯角度不宜大于 45°[2 ]， 因此坡度 ＞45°的钢梯使用较少。 大多数球接栏杆扶手的直径均为 60mm， 该直径的扶手握裹不方便， 手持该直径的扶手不能较牢地抓住; 同时， 相关规范也有要求: 扶手宜采用钢管， 外径应不小于 30 mm， 不大于 50 mm。 根据市场常用、易购的钢管信息， 建立直径在 30 ~ 50 mm 范围内的截面库，同表附上已选用的截面作为对比， 如表 2。


由于所有规范、 图集都约定立柱的间距不大于 1 m， 因此我们取 1 m 作为计算单元。 分别选用截面库内的钢管型号进行设计验算: ①扶手考虑到边跨因素， 简化按跨度为1. 0 m 的简支梁在跨中集中荷载 0. 89 kN 和均布荷载 1. 0kN/m 作用下计算; ②立柱考虑按悬臂构件高度 1. 2 m， 顶部受 1. 0 kN 的集中荷载作用下计算。 对应挠度控制限制，扶手按跨度的 1 /250， 即不大于 4 mm; 立柱按其高度的 1 /100[9]， 即不大于 12 mm。计算结果统计见表 3。


本次设计优化未能取得预设目 标， 钢管直径在 30 ~50 mm范围内均不能满足立柱的强度和刚度要求。 如果选用钢管 Φ48 × 3. 0 或 Φ50 × 2. 5 作为立柱， 经过试算， 立柱间距要调整到 500 mm 左右方可满足要求， 这样在用钢量上也不经济。


设计优化尝试后的再讨论


由表 3 的试算结果可以看到， 球接栏杆的安全重点在立柱， 它起着决定性的作用。 国标图集[4 ]选用的立柱构件满足相关规范强度和刚度要求， 其挠度计算值也接近栏杆高度的 1 /100， 并无优化空间。扶手倒是可以调整到较小的截面， 但是从施工完成后的效果考虑， 最好扶手的直径 ＞ 立柱的直径， 这样扶手可以完全盖住立柱顶口， 不但美观而且可以阻止雨水进入立柱、 防止锈蚀。 国标图集选用的扶手截面与该原则一致。因此， 在施工过程中任意改变构件大小可能会留下安全隐患。


通过设计优化的尝试， 明确了球接栏杆风格的统一和立柱截面的安全底线， 没有能够达到预期的优化目 标。 通过分析， 我们也发现了问题， 例如扶手直径较大 Φ60 mm不方便握持、 与相关规范冲突等， 为进一步研究提供了思路。 为此提出设想， 如果立柱为变截面构件， 即柱脚大、柱顶小， 就可以解决上述的难题， 而且符合悬臂构件的受力特点。 这样的构件常规加工、 制作存在很大的难度， 球接栏杆成品化可以兼顾美观和经济， 还可以批量化生产。