旋转楼梯的设计
田立强,2009年12月22日
1、基本信息：
湖心亭内的楼梯为旋转楼梯，楼梯高度为3.3m，外侧半径1.6m，内侧半径为0.6m。外侧通过吊杆吊挂在二层平台下的环形钢梁，内侧通过吊杆吊挂在顶层内环梁下。楼梯踏步板采用三角形钢架，上铺木板，各踏步板之间通过连杆连接，且内侧吊杆穿过踏步板并在地面采用竖向可动的铰支座。使用MIDAS/Gen软件建模，如下图。
2、荷载情况：
恒荷载为每踏步为0.25kN；活荷载为每踏步1.0kN。
3、结构基本周期计算：
经计算结构第一水平自振周期为0.2992（秒），自振频率为3.3418（Hz），结构水平自振周期列于下表：
结构竖向振动周期为0.0133（秒），频率为75.2334（Hz）。结构X向振动模态如下图：
结构Y向振动模态如下图：
结构竖向振动模态如下图：
4、位移计算结果：
该楼梯在活荷载作用下最大竖向位移<1.0mm，如下图：
为考察结构在水平荷载作用下的整体刚度，在楼梯高度1/4处添加水平推力1.0kN，在该荷载作用下结构水平位移为1.52mm，如下图：
5、结构构件应力：
在内力包络情况下构件的应力最大值为115N/mm2，如下图：
6、结论：
该旋转楼梯通过吊杆传递竖向荷载，通过连杆将各个踏步板连成整体，结构受力明确，通过计算可知的整体刚度能够满足正常使用的要求，且能够满足舒适度的要求（竖向自振频率>3Hz）。
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