钢结构旋转楼梯建模制图及制造工艺

钢结构旋转楼梯建模制图及制造工艺

一前言

随着钢结构在国内的广泛应用,建筑造型对钢结构的制造提出了更高的要求,特别是高档会展中心、大型宾馆酒店、休闲中心常常会碰到旋转楼梯,其中钢结构旋转楼梯结构轻巧,流线性强、更能表现轻快气氛,为广大用户所青睐,而日常生活中遇到的旋转楼梯大多数都是混凝土结构,现场支模、现浇即可,但没有钢结构楼梯轻巧、美观。如果采用钢结构旋转楼梯,因旋转楼梯的梯梁是空间立体结构,为螺线型,车间很难控制梯梁的空间立体形位公差,因此钢结构旋转楼梯的车间制造工艺一直成为制造中的难点,本文以新皖西宾馆内的钢结构旋转楼梯制造工艺,提出一套简便可靠的方法。

二钢结构旋转楼梯的工程特性和实体放样。

该钢结构旋转楼梯的主要结构尺寸如下:内径r = 2100 mm;外径R = 3600 mm;楼梯角度平面投影角度=218度：踏步高共计27 级;梯高H = 4800 mm;踏步高177.8mm；两侧梯梁为400X200X18箱梁;踏步板厚5 mm 花纹钢板,上铺石材装饰板, ,钢材均为Q235。钢旋转楼梯的平面和立面结构形式如图1。

A．根据楼梯主要结构尺寸计算螺旋楼梯基本数据（以内侧梯梁为例进行计算）

螺旋线高度h=4800÷218×360=7926.606mm

梯梁内侧上边线螺旋半径r1=2100mm

梯梁外侧上边线螺旋半径r2=2100+200=2300mm

螺旋线上点坐标：X=r×cos（θ÷180×π）

Y=r×sin（θ÷180×π）

Z=r×（θ÷360）

把螺旋线分成360个点计算坐标

应用Excel电子表格计算梯梁内侧上边线螺旋坐标

半径R 螺距高H 角度θX Y Z CAD座标

2100 7926.606 0 2100 0 0 2100,0,0

1 2099.68 36.65005 22.01835 2099.68,36.65,22.02

2 2098.721 73.28894 44.0367 2098.72,73.28,44.04

3 2097.122 109.9055 66.05505 2097.12,109.9,66.06

4 2094.88

5 146.488

6 88.0734 2094.88,146.49,88.07

……………………

358 2098.721 -73.2889 7882.569 2098.72,-73.29,7882.57

359 2099.68 -36.6501 7904.588 2099.68,-36.65,7904.59

360 2100 -5.1E-13 7926.606 2100,-0,7926.61

应用Excel电子表格计算梯梁外侧上边线螺旋坐标

半径R 螺距高H 角度θX Y Z CAD座标

2300 7926.606 0 2300 0 0 2300,0,0

1 2299.65 40.14053 22.01835 2299.65,40.14,22.02

2 2298.599 80.26884 44.0367 2298.60,80.27,44.04

3 2296.848 120.3727 66.05505 2296.85,120.37,66.06

4 2294.397 160.4399 88.0734 2294.40,160.44,88.07

……………………

358 2298.599 -80.2688 7882.569 2298.60,-80.27,7882.57

359 2299.65 -40.1405 7904.588 2299.65,-40.14,7904.59

360 2300 -5.6E-13 7926.606 2300,0,7926.61

梯梁内侧上边线螺旋线投影线长：L1=r1×2π= 13194.68mm

梯梁内侧上边线螺旋线实长：L2=SQRT(L1×L1+ h×h)= 15392.56mm

楼梯内侧上下边线间投影高度：h1=400÷L1×L2=466.63 mm

B．根据螺旋楼梯基本数据进行CAD实体放样

在Excel电子表格复制整体螺旋线坐标，在CAD命令项中输入spline命令，然后在CAD命令项中粘贴螺旋线坐标，分别完成梯梁内外侧上边线螺旋线输入。

然后将上边线往下h1=466.63 mm即为梯梁下边线。以同样的方法完成内外梯梁边线输入。

在CAD命令项中输入loft（放样）命令，选择相邻两根边线用放样命令建扭曲面，分别建四个扭曲面。然后在CAD命令项中输入loft（放样）命令Thicken （加厚），

选择扭曲面向梁箱体内侧加厚18mm成实体，完成四个面加厚，即完成螺旋线梯梁实体建模，另外楼梯踏步建模同直跑楼梯相似，比较简单此处不在加以说明。

C．根据实体模型出图，在CAD中从模型不同视图方向用solprof（抽壳）命令抽壳，标注壳体出制作图。

D．螺旋体梁的翼缘板及腹板展开（以内侧梯梁为例进行展开）。

螺旋体梁的翼缘板展开，翼缘板展开数据计算：

内边线直径D=4200mm

翼缘宽度B=200mm

螺旋线高度h=7926.606mm

内螺旋线投影长b1=D×π=13194.69mm

外螺旋线投影长b2=(D+200)×π=14451.33mm

内螺旋线实长L1=SQRT(b1×b1+ h×h)=15392.56mm

外螺旋线实长L2=SQRT(b2×b2+ h×h)=16482.47mm

螺旋内边展开半径实长 R1=B×L1/(L2-L1)=2824.55mm

螺旋外边展开半径实长 R2=B+R1=3024.55mm

螺旋线展开料夹角a=L1×180/π/R1=312.24度