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[摘要]欄桿在民用建筑設計中一般由建筑專業負責，而建筑專業設計師往往因力學概念薄弱而引用標準圖集，雖然圖紙有各專業人員會簽，但是因為設計周期短，會簽往往流于形式，給欄桿的結構安全帶來極大隱患。通過介紹具體工程在設計施工過程中遇到的結構安全問題及其處理方法，并指出圖集的紕漏之處，供同類工程參考。
在城市化建設快速發展的進程中，學校、住宅、辦公樓等建筑物大量建設，欄桿作為重要的非結構構件，因為涉及建筑的外立面及使用者的安全感，建筑設計師在方案階段就對其進行了仔細推敲、精心設計。欄桿已由過去傳統的木質、磚墻欄桿發展到不銹鋼、玻璃等材質各異、造型優美的欄桿，但萬變不離其宗，安全是第一原則。國家頒布的相關設計規范對其強度、剛度、高度、間距都有嚴格的要求。但是在實際設計過程中，欄桿設計通常由建筑專業設計師負責，結構專業設計師一般都更重視主體結構的抗震、基礎安全，而建筑專業設計師往往力學概念薄弱，對于千變萬化的欄桿形式的傳力路徑分析力不從心，而且因市場要求設計周期一般都較短。雖然圖紙有各專業人員會簽，但是會簽往往流于形式，結構工程師基本沒有太多時間關注欄桿的結構安全設計，這樣給欄桿的結構安全帶來極大隱患。通過介紹在具體實際工程的設計施工過程中常見的不銹鋼欄桿結構安全問題及其思考處理方法，供同類工程參考。
1不銹鋼欄桿設計的現狀
在不銹鋼欄桿施工圖設計階段，欄桿大樣往往是靠后設計，圖紙排序是在后面的，建筑設計師為趕時間節點，一般引用標準圖集甚至僅以文字表述來代替大樣，以減少繪圖工作量。引用最多的是中南標柳州市建筑設計科學研究院主編的《樓梯欄桿》（11ZJ401）和《國家建筑標準設計圖集》，以及中國五洲工程設計集團有限公司及中國建筑標準設計研究院有限公司主編的《國家建筑標準設計圖集15J403—1樓梯欄桿欄板（一）》全經由住房城鄉建設部批準。如圖1（注：圖中數字如無單位的皆為mm，余圖皆同）是某住宅小區欄桿大樣，圖2是某小學欄桿施工圖為了節省畫圖時間僅靠文字描述而無大樣圖，由于中國語言文字博大精深，極其容易產生歧義，這樣的設計深度通常達不到現場施工要求，而開發商為追求利潤最大化，一般選用尺寸及壁厚都較小的不銹鋼材料，現場施工工人素質良莠不齊，大都是從方便施工出發，質量難以保障，為以后的安全埋下了隱患。
2某住宅小區不銹鋼欄桿竣工驗收不合格的原因
南寧某大型住宅小區在竣工驗收階段發現欄桿用微小的力度推一下即有明顯晃動，如圖3。經查設計圖紙如圖4。其引用了《國家建筑標準設計圖集15J403—1樓梯欄桿欄板（一）》的D20大樣，如圖5，主要受力桿件為鍍鋅鋼管立柱□42×1.5mm，明顯偏小。根據中華人民共和國行業標準《建筑防護欄桿技術標準》（JGJ/T470—2019）的規定[1]，欄桿頂部的水平荷載為1.0kN/m。其傳力路徑為水平推力作用在扶手，然后扶手傳到立柱頂部，再由立柱傳到根部。傳力路徑經過的每一根桿件、節點都必須滿足剛度、強度的驗算。因為該荷載及力相對于混凝土構件不大，所以結構工程師往往忽略欄桿的結構設計。雖然該荷載產生的彎矩、剪力確實很小，但是相對于桿件及壁厚都很小的不銹鋼構件就不小了。根據傳力路徑提前力學計算模型如圖6。立柱的根部的彎矩設計值為1.2×1.2×1.5=2.16kN/m。方通□42×1.5mm的慣性矩為I=（b1h13-b2h23）/12=（424-394）/12=66521mm4。其應力為σ=M·y/I=2.16×106×21/66521=682MPa>>175MPa[2]，根本不能滿足不銹鋼材料的強度要求。雖然該圖集在注里說明“選用本圖時應按項目設計實際情況復核結構強度，由生產廠家確保使用安全”，但是其大樣里面已經明確標明了立柱的尺寸為□42×1.5mm，實屬一大紕漏埋下了極大的安全隱患。該立柱的尺寸經核算為□70×2.5mm才能滿足強度要求。需要注意的是在學校等走廊人群密集處，欄桿頂部的水平荷載與一般建筑不一樣。根據住房和城鄉建設部頒布的中華人民共和國國家標準《中小學校設計規范》（GB50099—2011）的8.1.6條規定[3]：“上人屋面、外廊、樓梯、平臺、陽臺等臨空部位必須設防護欄桿，防護欄桿必須牢固，安全，高度不應低于1.10m。防護欄桿最薄弱處承受的最小水平推力應不小于1.5kN/m。”該條文為強制性條文，必須嚴格執行，故在實際工程設計計算時須欄桿水平推力取值為1.5kN/m。某中學體育看臺的欄桿立柱施工圖設計時尺寸為□60×3.0mm，建筑師與結構工程師交流討論時發現偏小，經驗算改為□70×3.0mm才滿足規范要求，避免了設計質量安全事故。
3某開發商對住宅小區不銹鋼欄桿的優化
南寧市五象新區某大型房地產開發商聘請了經驗豐富的各專業總工進行安全性及經濟性優化把關。他們充分深入了解設計院的圖紙及設計過程，認識到圖集里面欄桿的力學計算模型只是簡單的懸臂構件模型，該模型的力經過傳遞集中到立柱的根部，造成了該構件根部的尺寸要求偏大，而欄桿構件為了美觀不可能根據彎矩包絡圖及剪力包絡圖進行變截面設計，所以設計院的圖紙引用圖集大樣有充裕的經濟成本優化空間。如圖7常見欄桿，房地產公司總工要求改變欄桿受力的傳力路徑，克服懸臂力學模型單一的傳力路徑，水平推力經過面管傳到立柱的B點及兩邊的A點，不再僅僅集中于C點，這樣構件受力大大減少，相應截面尺寸要求也降低了很多，其立柱僅為□40×1.2mm就滿足了計算要求，為開發商節約了大量的經濟建造成本，創造了良好的社會效益與經濟效益。
4不銹鋼欄桿的其他結構問題及注意點
（1）不銹鋼欄桿都是主體混凝土完工后再進行安裝施工。圖紙一般都是設計不銹鋼欄桿與混凝土鋼板預埋件進行焊接連接，但是鋼板預埋件的定位及保護在粗放型的混凝土施工中往往不易保護，或保護成本較高且麻煩，故都是進行后錨固施工。后錨固施工要求比較高，不易保證施工質量。比如后施工錨筋用膨脹螺栓代替，其原理是把膨脹螺栓打到地面或墻面上的孔中，用扳手擰緊膨脹螺栓上的螺母，螺栓往外旋開，而外面的金屬套卻不動，于是，螺栓底下的大頭就把金屬套漲開，使其漲滿整個孔，此時，膨脹螺栓就抽不出來了。但它的固定并不十分可靠，孔內難清理干凈，如果載荷有較大震動，可能發生松脫，造成安全事故。當然也可以選用性能可靠的化學錨栓，但是其價格更加高，施工要求嚴格。化學錨栓是由乙烯基樹脂為主體原料的高強度錨栓，是繼膨脹錨栓之后出現的一種新型錨栓。它是通過特制的化學黏接劑，將螺桿膠結固定于混凝土基材鉆孔中，以實現對固定件錨固的復合件。根據工程設計要求，在基材（如混凝土）中相應位置鉆孔，孔徑、孔深及螺栓直徑應由專業技術人員或現場試驗確定。用沖擊鉆或水鉆鉆孔，用專用氣筒、毛刷或壓縮空氣機清理鉆孔中的灰塵，孔內不應有灰塵與明水。要保證螺栓表面潔凈、干燥、無油污，確認玻璃管錨固包無外觀破損、藥劑凝固等異?，F象，將其圓頭朝內放入錨固孔并推至孔內，然后使用電鉆及專用安裝夾具，將螺桿強力旋轉插入直至孔底，不應采用沖擊方式。當旋至孔底或螺栓上標志位置時，立刻停止旋轉，取下安裝夾具，凝膠后至完全固化前避免擾動。（2）中華人民共和國國家標準《混凝土結構設計規范》（GB50010—2010）的9.7節關于預埋件及連接件的內容有專門有對預埋件的技術要求[4]。比如錨板厚度應根據受力情況計算確定，直錨筋與錨板應采用T形焊接。當錨筋直徑小于20mm時宜采用壓力埋弧焊；當錨筋直徑大于20mm時宜采用穿孔塞焊；當采用手工焊時，焊縫高度不宜小于6mm。不銹鋼欄桿屬于輕鋼范疇，該規定偏嚴格，但是有參考意義。比如焊接質量，目前國內焊接從業人員尤其是技術管理人員良莠不齊，管理十分混亂，不銹鋼欄桿給人印象就是次要鋼構件，其施工的焊接技術人員水平很難達到規范要求。比如中華人民共和國國家標準《鋼結構焊接規范》（GB50661—2011）的3.0.4條明確規定[5]，焊接相關人員的資格應符合下列規定：焊接技術人員應具有中級以上技術職稱，并接受過專門的焊接技術培訓，且有一年以上焊接生產或施工實踐經驗；焊接檢驗人員應接受過專門的技術培訓，有一定的焊接實踐經驗和技術水平，并具有檢驗人員上崗資格證；焊工應考試合格并取得資格證書，其施焊范圍不得超越資格證書的規定。焊接從業人員的專業素質是關系到焊接質量的關鍵因素，目前國內現狀是合格焊工技術人員稀缺，造成不銹鋼欄桿施工的焊縫質量一般都不合格，存在很大的安全隱患，需要設計人員及各方參與者格外注意。
5結語
不銹鋼欄桿的設計與施工往往得不到重視，可是其又直接關乎生命安全。我們應該改變現狀，重視不銹鋼欄桿的設計與施工。通過以上實際工程案例，希望廣大建設參與者得到一點啟發，避免建設工程質量安全事故。
作者:施禮德 單位:南寧市建筑設計研究院有限公司