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石材旋转楼梯的拆分设计

2017.02.08

  用天然石材制做旋转楼梯的扶手,在使用两维加工设备的条件下加工三维形状的螺旋旋转楼梯扶手有很多的特殊要求,首先要把旋转楼梯扶手的双曲面分解为多个单曲面,分别设计和加工成毛坯再设计制做双曲道轨把加工件放置其上完成双曲面和各种花样的加工。


  天然石材的加工特性与其它可制做楼梯扶手的材料有很多不同。它属脆性材料,不能弯曲,易损边碎角,难以修补,特别是有些天然玉石价格昂贵,如果制做过程中出现误差或损坏会造成很大损失,因此对设计方法和加工精度要求很高。


  天然石材旋转楼梯扶手的每节长度从美观的角度讲,越长其价值越高越美。但相对而言它的石材利用率就会变低,加工精准的难度就会变大。从性价比上讲,一般把每节旋转楼梯扶手的长度设定为750至1500毫米长左右,设计精度误差小于0.1毫米为易,双曲钢模道轨的设计精度误差小于0.5毫米,双曲道轨钢板模具加工制做精度误差小于1毫米,石材旋转楼梯扶手的加工精度误差小于1毫米。


  常用的二维石材加工设备可以用于加工旋转楼梯扶手的有:石材切割机,二维电脑仿形机,二维磨边机,打孔机,抛光机等。常用的设计软件有AutoCAD等。


  石制旋转楼梯的拆分设计


  石制旋转楼梯与其它材质的旋转楼梯最大不同之处就是其自身很重。当一架楼梯的外表全部用天然石材装饰时,内部必须使用钢板骨架支撑结构,或预制钢筋混泥土胎架结构(本方案不考虑、不探讨钢筋混泥土胎架结构,因为它的制做精度较低,误差大,制做周期长,难于在生产车间生产制做,所以不属于快速精准加工制做范畴)。它的自重少则几吨,多则十几吨甚至可重达几十吨。如果把它在生产车间直接做成成品,再运到现场安装,则必须把一个整架的旋转楼梯拆分成多个部件(组件),才能便于加工、运输和安装。


  一个石制旋转楼梯的强度,取决于钢板骨架的结构,及石材与钢板间的粘接强度。为了保证其强度、耐久性,耐用性,易加工,无共振。钢板骨架的结构应采用薄壁多箱体结构,石材与钢板间的粘接应采用平面无间隙粘接,钢架箱体中间的空隙应填充发泡剂如聚氨脂、发泡水泥或其它轻体防水防腐材料。


  一个简单的单边单曲度、单坡度无平台旋转楼梯的基本常用尺寸如下:外弧旋转半径,内弧旋转半径,每踏高度,总踏数,每踏旋转度数,旋转扶手的宽度、厚度、每节长度,旋转楼梯的侧边高度及旋转方向。举一小型室内旋转楼梯实例如下(以下全部用此例):外弧旋转半径: 2900毫米,内弧旋转半径:1800毫米,每踏高度:170毫米,总踏数:17,每踏旋转度数:6度,楼梯扶手的宽度:100毫米,厚度:60毫米,外弧旋转楼梯扶手的节长:1253毫米,内弧旋转楼梯扶手的节长:942毫米,每节旋转楼梯扶手的旋转角度:21.6度,旋转楼梯的旋转方向为右旋(顺时针)。如图1-01,1-02所示。


  旋转楼梯的薄壁多箱体钢板骨架在便于加工、运输和安装的条件下,可以设计为一踏一组、二踏一组或多踏一组其侧板为弧面的旋转结构,或设计为三踏一组其侧板为平面的旋转结构,侧板设计为平面的优点是设计加工简单,精度很高,平面钢板与平面石板的粘接面大、粘接间隙小,强度高,侧石板局部可深度浮雕,并且侧板只需加工单面弧型,这样可以减少石材加工的复杂度。


  所有的单侧旋转式楼梯 (即不包含S型旋转楼梯)分为两种旋转方向,从下往上看是左旋方向的为左旋(逆时针)楼梯,从下往上看是右旋方向的为右旋(顺时针)楼梯。左右旋转方向的任何相对应的楼梯部件都不可替换,所以设计制做时必须严格区分左右旋转方向,不能出现错误,以免产生废品造成严重浪费。


图1-01


图1-02


  在生产车间生产一架天然石材制做的旋转楼梯,在有可能的条件下要尽可能地减少拆分次数,尽量保证它的最大完整性,即要保证生产加工、运输安装的方便性和安全性,材料的利用率,又必须遵循大组件才能制做出较美的旋转楼梯原则,所以必须把整架楼梯有效合理拆分,使之即便于生产加工、运输安装,又要体现大块石料所生产的天然美。


  用二维设备加工三维的旋转楼梯扶手,从设计理论上讲,每节旋转楼梯扶手的旋转度数一般应小于40度,在40度之内,双曲道轨的设计精度误差小于0.5毫米,即在每踏旋转6度的条件下,每节旋转楼梯扶手的长度小于6踏之内,其精度都很高,即使由旋转度数原因引起的双曲道轨有极少误差并不影响制做旋转楼梯扶手的精度。从加工条件上讲,如每节旋转楼梯扶手的长度如大于4踏(大于24度以上),其性价比将急骤变低,即石材的利用率变低。在常规一般情况下,每节旋转楼梯扶手的长度在3至4踏之间,或旋转度数在20至30度之间(旋转楼梯的每踏旋转度数一般不应大于10度,最好小于6度),其精度和性价比都很高。