防護(hù)欄桿作為建筑物的重要附屬構(gòu)件之一， 他雖然不影響主體結(jié)構(gòu)的受力性能， 卻是關(guān)系到使用者生命財(cái)產(chǎn)安全的關(guān)鍵構(gòu)件,。 欄桿破壞時(shí)有發(fā)生， 且造成人員的傷亡事故,， 因此， 防護(hù)欄桿的安全性需引起高度重視,。
防護(hù)欄桿的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
1. 防護(hù)欄桿包含了 工廠絕大多數(shù)的情況,，主要有以下幾類部位: ①主要樓層平面的臨空周邊; ②各檢修鋼平臺(tái)的臨空周邊; ③樓梯以及樓梯洞口的周邊; ④地坑、 孔洞等的臨空周邊,。
2,、現(xiàn)行設(shè)計(jì)常規(guī)做法工業(yè)建筑， 目 前的設(shè)計(jì)理念是以安全,、 實(shí)用為主,， 對(duì)美觀要求不夠重視。 通常防護(hù)欄桿的設(shè)計(jì)直接選用最新的國(guó)標(biāo)圖集對(duì)應(yīng)的大樣圖,。
防護(hù)欄桿設(shè)計(jì)荷載取值的研究
不同規(guī)范的防護(hù)欄桿設(shè)計(jì)荷載取值對(duì)比涉及到防護(hù)欄桿相關(guān)的圖集,、 規(guī)范種類繁多， 取值出入也較大,。 主要有四類,， 按出版時(shí)間先后順序歸納如下:
1) 國(guó)標(biāo)圖集 02J401《鋼梯》。 扶手及欄桿頂部水平集中活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取 1. 0 kN/m ,。
2) 國(guó)標(biāo)規(guī)范 GB4053. 3 - 2009《固定式鋼梯及平臺(tái)安全要求》。 斜鋼梯扶手應(yīng)能承受在除了向上的任何方向施加的不小于 890 N 的集中載荷,， 在相鄰立柱間的最大撓曲變形應(yīng)不大于跨度的 1 /250,。 中間欄桿應(yīng)能承受在中點(diǎn)圓周上施加的不小于 700 N 水平集中載荷， 最大撓曲變形不大于 75mm,。 端部或末端立柱應(yīng)能承受在立柱頂部施加的任何方向上 890 N 的集中載荷,。 以上載荷不進(jìn)行疊加。防護(hù)欄桿安裝后頂部欄桿應(yīng)能承受水平方向和垂直向下方向不小于 890 N 集中載荷和不小于 700 N/m 均布載荷,。在相鄰立柱間的最大撓曲變形應(yīng)不大于跨度的 1 /250,。 水平和垂直載荷以及集中和均布載荷均不疊加。 中間欄桿和端部或末端立柱荷載規(guī)定與斜鋼梯對(duì)應(yīng)的一致,。
3) 國(guó)標(biāo)規(guī)范 GB50577 - 2010《水泥工廠職業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范》,。 護(hù)欄應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度: 該規(guī)范未提出明確的設(shè)計(jì)荷載值,， 但對(duì)使用安全提出來(lái)要求。
4) 國(guó)標(biāo)規(guī)范 GB50009 - 2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》,。 樓梯,、 看臺(tái)、 陽(yáng)臺(tái)和上人屋面等的欄桿活荷載標(biāo)準(zhǔn)值不應(yīng)小于下列規(guī)定: ①住宅,、 宿舍,、 辦公樓、 旅館,、 醫(yī)院,、 托兒所、 幼兒園,， 欄桿頂部的水平荷載應(yīng)取 1. 0kN/m,。 ②學(xué)校、食堂,、 劇場(chǎng),、 電影院、 車站,、 禮堂,、 展覽館或體育場(chǎng)， 欄桿頂部的水平荷載應(yīng)取 1. 0 kN/m,， 豎向荷載應(yīng)取 1. 2kN/m,， 水平荷載與豎向荷載應(yīng)分別考慮。
防護(hù)欄桿的設(shè)計(jì)優(yōu)化討論
1,、防護(hù)欄桿設(shè)計(jì)選型介紹
常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)一般欄桿選用國(guó)標(biāo)圖集 02( 03) J401《鋼梯》中的 LG2 - 12,。 鋼梯欄桿根據(jù)不同的坡度和梯寬有對(duì)應(yīng)的梯型， 欄桿與梯型對(duì)應(yīng),。 防護(hù)欄桿主要構(gòu)件為四類:①扶手 ( 或稱頂部欄桿) ; ②中間欄桿; ③立柱; ④踢腳板,。
1) LG2 - 12 對(duì)應(yīng)的構(gòu)件信息: ①扶手: 鋼管 Φ60 ×3. 0; ②中間欄桿: 扁鋼 - 30 × 4 兩道; ③立柱: 鋼管 Φ60× 3. 5; ④踢腳板: 扁鋼 - 100 × 3 一道。
2) 鋼梯欄桿對(duì)應(yīng)的構(gòu)件信息,。
( 1) 梯坡度≤45°時(shí),， 與欄桿 LG2 - 12 風(fēng)格最接近的是[3]第 72 頁(yè)的大樣⑥。 構(gòu)件信息: ①扶手: 鋼管 Φ60 ×3. 0; ② 中 間 欄 桿: 三 道 鋼 筋 Φ20; ③ 立 柱: 鋼 管Φ50X2. 5; ④踢腳板: 無(wú),。
( 2) 梯坡度 ＞ 45 度時(shí),， 此種情況僅在特殊區(qū)域使用。構(gòu)件信息: ①扶手: 鋼管 Φ50 × 2. 5; ②中間欄桿: 三無(wú);③立柱: 鋼管 Φ33. 5 × 3. 25; ④踢腳板: 無(wú),。
按構(gòu)件分類設(shè)計(jì)優(yōu)化嘗試
1) 外觀優(yōu)化,。 同一建筑物、 同一廠區(qū)內(nèi)的所有的防護(hù)欄桿樣式統(tǒng)一， 可以給人帶來(lái)美感,。 因此對(duì)于防護(hù)欄桿的樣式有必要調(diào)整一致,。 以 LG2 - 12 作為原型， 進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化: ①扶手采用圓鋼管; ②中間欄桿采用扁鋼 - 30 × 4 兩道; ③立柱采用圓鋼管; ④踢腳板( 需要設(shè)置處) 采用扁鋼- 100 ×3 一道,。
2) 構(gòu)件優(yōu)化,。 構(gòu)件截面存在差別的主要集中在防護(hù)欄桿的扶手和立柱， 對(duì)比見(jiàn)下表 1,。
考慮行人上下鋼梯的方便,、 舒適，GB50295 - 2008規(guī)定鋼梯角度不宜大于 45°[2 ],， 因此坡度 ＞45°的鋼梯使用較少,。 大多數(shù)防護(hù)欄桿扶手的直徑均為 60mm， 該直徑的扶手握裹不方便,， 手持該直徑的扶手不能較牢地抓住; 同時(shí),， 相關(guān)規(guī)范也有要求: 扶手宜采用鋼管， 外徑應(yīng)不小于 30 mm,， 不大于 50 mm,。 根據(jù)市場(chǎng)常用、易購(gòu)的鋼管信息,， 建立直徑在 30 ~ 50 mm 范圍內(nèi)的截面庫(kù),，同表附上已選用的截面作為對(duì)比， 如表 2,。
由于所有規(guī)范,、 圖集都約定立柱的間距不大于 1 m， 因此我們?nèi)?1 m 作為計(jì)算單元,。 分別選用截面庫(kù)內(nèi)的鋼管型號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算: ①扶手考慮到邊跨因素,， 簡(jiǎn)化按跨度為1. 0 m 的簡(jiǎn)支梁在跨中集中荷載 0. 89 kN 和均布荷載 1. 0kN/m 作用下計(jì)算; ②立柱考慮按懸臂構(gòu)件高度 1. 2 m， 頂部受 1. 0 kN 的集中荷載作用下計(jì)算,。 對(duì)應(yīng)撓度控制限制,，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,。計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表 3。
本次設(shè)計(jì)優(yōu)化未能取得預(yù)設(shè)目 標(biāo),， 鋼管直徑在 30 ~50 mm范圍內(nèi)均不能滿足立柱的強(qiáng)度和剛度要求。 如果選用鋼管 Φ48 × 3. 0 或 Φ50 × 2. 5 作為立柱,， 經(jīng)過(guò)試算,， 立柱間距要調(diào)整到 500 mm 左右方可滿足要求， 這樣在用鋼量上也不經(jīng)濟(jì)。
設(shè)計(jì)優(yōu)化嘗試后的再討論
由表 3 的試算結(jié)果可以看到,， 防護(hù)欄桿的安全重點(diǎn)在立柱,， 它起著決定性的作用。 國(guó)標(biāo)圖集[4 ]選用的立柱構(gòu)件滿足相關(guān)規(guī)范強(qiáng)度和剛度要求,， 其撓度計(jì)算值也接近欄桿高度的 1 /100,， 并無(wú)優(yōu)化空間。扶手倒是可以調(diào)整到較小的截面,， 但是從施工完成后的效果考慮,， 最好扶手的直徑 ＞ 立柱的直徑， 這樣扶手可以完全蓋住立柱頂口,， 不但美觀而且可以阻止雨水進(jìn)入立柱,、 防止銹蝕。 國(guó)標(biāo)圖集選用的扶手截面與該原則一致,。因此,， 在施工過(guò)程中任意改變構(gòu)件大小可能會(huì)留下安全隱患。
通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化的嘗試,， 明確了防護(hù)欄桿風(fēng)格的統(tǒng)一和立柱截面的安全底線,， 沒(méi)有能夠達(dá)到預(yù)期的優(yōu)化目 標(biāo)。 通過(guò)分析,， 我們也發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題,， 例如扶手直徑較大 Φ60 mm不方便握持、 與相關(guān)規(guī)范沖突等,， 為進(jìn)一步研究提供了思路,。 為此提出設(shè)想， 如果立柱為變截面構(gòu)件,， 即柱腳大,、柱頂小， 就可以解決上述的難題,， 而且符合懸臂構(gòu)件的受力特點(diǎn),。 這樣的構(gòu)件常規(guī)加工、 制作存在很大的難度,， 防護(hù)欄桿成品化可以兼顧美觀和經(jīng)濟(jì),， 還可以批量化生產(chǎn)。
