钢楼梯之家 旋转楼梯 【设计前沿】什么是钢结构旋转楼梯,迄今最正式的解读!

【设计前沿】什么是钢结构旋转楼梯,迄今最正式的解读!

旋转楼梯,一种高贵浪漫的生活建筑标志,是建筑师表现空间的非凡例子。一个设计优美的旋转楼梯,可以让整个建筑都变得优雅和高级。

旋转楼梯的美并不是一种偶然,因为其中藏有一个重要的数学美学定律:斐波那契数列。斐波那契数列又称为黄金分割数列,是自然界中最神秘又最具有美感的数列。

不仅在贝壳、星云里都能找到这个神秘小螺旋。世界名画中也同样能找到它。旋转楼梯的美自然也是理所当然,充满线条与空间感的独特视角,赋予了旋转楼梯生命和魅力。

钢结构楼梯,以支点少,承重高,造型多,技术含量高著称。不易受立柱,楼面等结构影响,结实牢固。焊接钢楼梯以支点少,承重高,造型多,技术含量高著称。不易受立柱,楼面等结构影响,结实牢固。焊接楼梯的钢板均经过调试准确焊接而成,因此踏板装上以后前后左右均一致水平。而且所有材料配件均横平竖直。焊接楼梯的材料多种多样方管,圆管,角铁,槽钢,工字钢均可。应此造型更加多种多样。

言归正传

本篇内容提要

1、钢结构旋转楼梯的定义及特点

2、钢结构旋转楼梯的类型(按结构形式划分)

3、钢结构旋转楼梯的应用

什么是钢结构旋转楼梯
时尚潮流 颜值担当

旋转楼梯是所有弯曲(曲线、弧形等)楼梯的统称。钢材构件作为主要结构支撑的弯曲的楼梯,就是钢结构旋转楼梯。

在实际运用中,只要结构主体(主要是指梁和柱)是钢结构的旋转楼梯都叫做钢结构旋转楼梯。

(注:以栏杆为主要承重结构的楼梯结构形式暂不在此次内容讨论)

踏步板、栏杆、扶手等非主要承重构件,只要符合国标设计规范,可以选用钢质,也可以选用玻璃、木材、大理石、铝单板、塑钢等其他材料

即便全部承重构件都用钢质的,也可以用各种装饰面层来优化设计,达到最佳效果。
钢结构旋转楼梯的特点
耐用 好看 省空间 应用广

a、结实耐用,不易变形

钢材的强度、硬度很高,结构稳定,承重能力强,截面固定且不易改变。

b、应用广泛

钢结构体系可独立承重,不易受立柱、楼面等建筑结构影响,室内、室外的很多区域均可使用。

c、造型多样,弧度多变

钢结构构件轻薄,既可以打造出轻盈飘逸的灵动风格,也可以成为富有厚重感的沉稳风格。同时弧度可以不受结构形式的影响,双曲线、抛物线等类型的弯曲都可以实现。

d、占用空间小,施工便捷

占用的空间小,节省了很大的使用空间,安装简便,可大大缩短施工时间。

钢结构旋转楼梯的类型
中柱式   板式

钢结构旋转楼梯作为空间结构构件,受空间弯、剪、扭和轴力等共同作用,结构形式及其复杂。而旋转楼梯的设计也会因为所用的结构形式不同而产生不同的效果。

接下来,一起来了解一下其中最常用的2种结构形式——中柱式和板式

1、中柱式

中柱式是由钢管立柱、预制扇形踏步板、钢平台板及栏杆等组成。

平面是以中心立柱为圆心的同心圆,外形呈螺旋型三维空间曲线。

△楼梯立面及平面示意图

同样的,结构体系也是以中心的钢柱为支撑点,楼梯踏板作为悬臂梁从钢柱挑出,沿曲线旋转上升排列。

△中柱式钢结构示意图

同时层高、楼梯宽度、装饰面层的种类等因素,对结构设计影响较大,因而在设计过程中,需与钢结构专业设计人员沟通,协同设计出满意的方案

△楼梯结构框架
△楼梯完成效果

中柱式结构在室内室外均广泛应用,室内适用于竖向空间联系,室外适用于从底层室外与楼层各层及屋顶。

△室内室外均广泛应用

通常按每周15级左右踏步布置,基础结构类型适用层高为2.7~6m的空间。

△每周15级踏步为宜

考虑到使用的安全性和舒适性,行人通过时,一般是下行较上行费力,为保证行人安全,在下行时能用右手握住扶手,宜考虑栏杆扶手按上行顺时针方向设置。

△栏杆扶手按上行顺时针方向设置

2、板式

板式旋转楼梯是由内、外空腹曲梁、底部封板、踏步板和栏杆等组成

平面是以2个同心圆围合而成,外形呈双曲螺旋型三维空间曲线。

△楼梯立面及平面示意图

其结构体系是以空腹曲梁为支撑,再将力传导到曲梁两端(通常指上下楼层)的结构体系上

△板式钢结构示意图
△楼梯结构框架
△楼梯完成效果

板式结构多应用于室内,适用于人流较少的竖向空间

通常内圆半径选用600~1000mm,每段楼梯踏步连续布置最多为18级,若超过18级则需设置休息平台。

△每段楼梯踏步数超过18级需设置休息平台

设计要点

a、通常旋转楼梯不作为主要疏散功能使用。

b、内侧扶手的踏步宽度≥220mm

c、梯段净高≥2200mm,栏杆高度梯段≥900mm,平台≥1050mm。

d、楼梯的坡度不宜过陡(通常小于38°),踏步的高度和宽度应符合相应建筑类型的规范要求。

e、在踏步板上做装饰面层时,铺贴石材需采用水泥砂浆找平,但易出现“空鼓”或“开裂”的现象,建议考虑用木材打底

f、钢结构施工安装方式主要以焊接为主,虽然所有构件预制时都做了防锈处理,但在焊接过程中可能会被破坏,所以焊接位置需注意,若破坏要重新涂刷防锈漆。

钢结构旋转楼梯的实际应用
多主体随心游 新旅游模式

中柱式和板式钢结构旋转楼梯,可通过踏步、栏杆、栏板等位置装饰材料(如木材、玻璃、大理石等)的运用,来满足各种风格和空间需求。

1、中柱式的应用

标准的中柱式钢结构旋转楼梯因其占用空间小而被广泛应用。

a、全钢材质

△应用于办公楼室外
△应用于办公楼室内

b、钢构主体与其他材质组合

△应用于酒店室内(钢材+玻璃)
△应用于办公楼室内(钢材+玻璃)
△应用于别墅室外(钢材+玻璃)
△应用于别墅室内(钢材+木材)
△应用于售楼处室内(钢材+木材)
△应用于会所室内(钢材+大理石)

2、板式的应用

相比于中柱式,板式钢结构旋转楼梯因其形式更加丰富美观而被应用的更加广泛。

a、全钢材质

△应用于商场室内
△应用于会所室内
△应用于办公楼室内

b、钢构主体与其他材质组合

△应用于酒店室内(钢材+木材+大理石)
△应用于会所室内(钢材+木材+玻璃)
△应用于体验店室内(钢材+木材+玻璃)
△应用于商场室内(钢材+大理石+玻璃)
△应用于办公楼室内(钢材+木材+玻璃)
△应用于别墅室内(钢材+木材)
△应用于展览馆室内(钢材+木材)
△应用于美术馆室内(钢材+大理石)
 

3、基础结构体系的衍生应用

在标准中柱式和板式的基础上,设计师们可以扩展衍生出新型结构及造型的钢结构旋转楼梯,看看下面这些案例吧!

a、众创书局|哈尔滨

△由中柱式衍生出新结构系统的过程
△以圆筒形阅读区空间作为“结构中柱”
△楼梯通过悬挑梁搭建在阅读空间“中柱”上

该设计以中心圆形阅读空间作为一个“结构中柱”,钢结构旋转楼梯通过悬挑梁与“中柱”连接

楼梯既作为交通空间抵达各层的中心功能区,也作为展示空间设置旋转书墙,同时还作为休闲空间来休息、阅读、观赏。

 

b、B:Hive办公楼|新西兰奥克兰

△采用不规则曲线的“板式”结构
△每段圆弧都不是同一个圆心

设计跳脱出传统的同圆心旋转楼梯,采用不规则曲线设计,结构也因为其体量的庞大和不规则性衍生为更复杂的“板式”。

同时选择明艳的色彩作为楼梯装饰色,使旋转楼梯成为整个通高大空间的视觉焦点,营造出震撼活泼的空间氛围。

今天,关于钢结构旋转楼梯的基础认知就讲到这了,下面,还是用一张导图来总结一下今天的内容:

 

楼梯,三维结构中的天使建筑
楼梯由来  建筑中的建筑

楼梯是建筑物中用于楼层之间垂直交通联系的构件,主要由梯段(又称梯跑)、平台(休息平台)和围护构件等组成。它的出现使人类对于空间的概念有了进一步的认识,楼梯使建筑有了丰富多彩的空间组合和鬼斧神工的外观造型。如果没有楼梯,也许人们至今还在单层空间内活动,我们也只能生活在“二维”的世界中。

楼梯的前世今生

楼梯的历史反应了人类的发明创造史。楼梯最早的表现形式是爬竿,即在树干上刻出一些凹痕形成踏步。此时,楼梯材料多为原木,结构形式与简支梁类似。虽然外形粗糙受力简单,但也正是从这个原点开始,人类的建筑空间由“二维”走向了“三维”。

 

而后,楼梯被用于宗教建筑中,由于宗教建筑通常建于具有一定高度的基座之上,而古人总希望打造一条通往天国的路,因而宏伟的阶梯应运而生。由于当时的技术条件限制,宏伟建筑多采用抗压性能良好的石块,因此作为建筑重要表现部分的台阶也采用石材。尽管此时人类已能够利用拱结构完成较大的建筑跨度,但在楼梯技术上还没有明显的突破。

 

中世纪后,螺旋楼梯开始出现。在工艺上,螺旋楼梯相比于单跑楼梯更先进。受力上,螺旋楼梯作为空间受力体系也更复杂。起初螺旋楼梯被嵌入墙壁内部,陡峭而昏暗,而后人们试着将外墙拆除使其完全暴露出来,自此,楼梯被赋予了一定的美观要求。继而人们又试着将实心中柱变成中空的框架,于是光被引入楼梯中间,梯井出现了。

 

文艺复兴时期,单跑楼梯和螺旋楼梯逐渐被双跑楼梯取代。楼梯变得更加简洁高效。最终被公认为建筑中有意义的一部分,同时在一些公共建筑中也成为建筑表达的主角。此时的楼梯已与我们今天熟知的板式楼梯和梁式楼梯类似。

 

从工业革命一直到现代,随着混凝土、铸铁、钢材等新材料的诞生,人们对于楼梯设计的创新也达到了惊人的高度,各种轻盈、精致、巧妙的楼梯也随之出现。工程师试着把悬吊结构、空间网格结构、张拉结构等各种结构形式应用于楼梯。

 

平面受力体系楼梯

索杆结构楼梯,伦敦,1989

伊娃.伊瑞卡娜

 

该楼梯由不锈钢与玻璃组成,与以往梁式楼梯不同,这种楼梯承重结构采用索杆体系,厚重的钢梁被离散为了小而多的细杆,显得轻盈通透。而踏步采用玻璃更强化了楼梯整体通透的观感,同时,玻璃踏步在结构中也作为受压构件发挥作用。楼梯悬吊于顶层楼面,每层在楼板标高与楼板侧向拉接,增加楼梯侧向稳定。

 

将索杆体系用于玻璃幕墙比较常见,而将其用于楼梯结构实属少见。通常情况下索杆体系刚度较差。

 

“梁”式楼梯,纽约,1999

ARO事务所

 

该楼梯位于纽约一处改造的LOFT内。看似是梁式楼梯——由一堵玻璃墙上悬挑出箱形构件作为梯梁,再将踏步板及栏杆安装于梯梁上,但一块玻璃为什么能够承担梯梁传来的固端弯矩?原来这不是一个梁式楼梯,而是由箱形构件与踏步板组成的折板楼梯。而将箱形构件嵌入玻璃中也是设计者刻意为之,让人产生错觉。在视觉观感上,玻璃墙的出现还是增加了楼梯整体轻盈的效果,是一个很好的设计。

 

隐藏的桁架,东京,1993

理查德.罗杰斯

 

该楼梯坐落于东京,是一座室外防火梯,从远处看除了特别轻盈外,与我们常见的室外防火梯无异。楼梯一端支承于主体结构,另一端由吊索悬吊,吊索将拉力传至顶层,再由撑杆传至主体结构。巧妙之处在于,踏步板为薄钢板,每一段踏步看起来都像是折叠的纸张,可是梯梁却不见踪影!

 

 

我们常见的钢楼梯梯梁通常采用槽钢、工字钢或钢板,而这座楼梯设计师将两侧的梯梁做成了平面桁架形式,而会遮挡视线的桁架腹杆则根据踏步板的轮廓布置,远处看只能看到踏步板的轮廓,而梯梁仿佛消失了一般。

 

梯梁与滑动支座,伦敦,1991

约翰.杨

这是一座泰晤士河旁顶层公寓内的楼梯。这座楼梯的结构特点是,两侧梯梁采用类似张弦梁的结构形式。张弦梁应用于楼梯结构,整体效果很好,完美地将张弦梁轻盈的优点与楼梯追求通透体型相融合。

 

这座楼梯还有一个特点是其精巧的节点,由于配合室内整体风格,楼梯的所有节点都被设计为具有航海工业风格的节点,尤其是底部滑动节点。按照相关规范要求,很多时候需把楼梯底部连接节点设计为滑动的,通常做法是做聚四氟乙烯板或长圆孔螺栓。而在这座楼梯的滑动节点处理中,设计师“简单粗暴”地做了个轮子,符合结构假定,建筑效果也很精巧。

 

空间受力体系楼梯

“张力网”楼梯,芝加哥,1996

詹姆斯.卡本特

 

这座楼梯位于芝加哥一座改造公寓内。原有公寓加建一层,楼梯位于原结构屋面板上,而原结构屋面无富余荷载,无法承担楼梯重量。因而,楼梯被整体吊在加建屋面上。楼梯内侧是由不锈钢网组成的变截面筒壳,构件直径3mm,并在高度方向由环箍加强,环箍间隔185mm布置,建造时在环箍内施加预应力。外侧栏杆由钢索悬吊于屋面板,同时栏杆也起到外环梯梁的作用。踏步板为玻璃,支承于内侧筒与外侧栏杆之间。

 

楼梯结构形式巧妙,同时节点也透着工业化的精细。中部不锈钢网形成的钢柱犹如一个漩涡,四周发亮的玻璃踏步仿佛自然的被漩涡“卷”到了高空。

悬浮的螺旋梯巴黎卢浮宫,1989

贝聿铭

这座大名鼎鼎的楼梯位于巴黎卢浮宫“金字塔”下,在新拿破仑大厅上空的空间中是一个关键性元素。这座楼梯给人的第一印象是薄,通常旋转楼梯只有上部和下部有支点,中间和圆筒形电梯是脱开的,怎么可以做到这么薄?

其实是一个感官错觉,楼梯内弧梁采用箱形截面,截面做得很大,在空间上像是一个“弹簧”。外弧梁由内弧箱梁悬挑而出,因此截面很小。同时,设计师将踏步板置于梯梁上部,并采用玻璃栏杆,显得外侧更加薄。最终通过吊顶,让楼梯底部形成一个完整的弧面,整个楼梯就犹如悬浮起来了。

 

采用同样原理的楼梯还有很多,在视觉上都达到了很好的效果。

 

玻璃楼梯,APPLE STORE乔布斯

 

说到玻璃楼梯就不得不提遍布于世界各地APPLE STORE内的玻璃旋转楼梯。这个楼梯其实结构上没有什么花哨的地方,就是用玻璃承受竖向荷载。但是充分利用了人们对玻璃这种材料易碎的固有印象营造了一个酷炫的入口空间,形成极致通透的效果。

 

结构形式是中心一个玻璃筒体作为竖向承重结构。由筒体伸出若干挑梁,外圈扶手作为梯梁连接于挑梁上。踏步板一端与筒体相连,一端与外圈梯梁相连,结构传力清晰明了。

 

参考资料

[1] 《当代楼梯设计典例》 凯瑟琳.斯莱瑟  著

[2] 《楼梯的文化》 芮乙轩  著

[3] 知乎《香港 Apple Store 内的玻璃旋转楼梯是如何建造出来的? 

本文来自网络,不代表钢楼梯之家立场,转载请注明出处:https://www.ganglouti.com/2022/04/4487.html

作者: ganglouti

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。

联系我们

联系我们

177-1762-1528

在线咨询: QQ交谈

邮箱: 1356745727@qq.com

工作时间:周一至周日,8:00-21:30
关注微信
微信扫一扫关注我们

微信扫一扫关注我们

关注微博
返回顶部