張志佳，張 衛(wèi)

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通 226100）

0 引言

相較于一般的船用樓梯，郵輪乘客樓梯對舒適度和美觀度的要求更高。然而，對于郵輪乘客樓梯的設計形式和參數(shù)，各船級社規(guī)范，國際公約，船用法規(guī)等缺乏全面和統(tǒng)一的要求。此外，考慮到空間限制，樓梯傾角可能無法滿足相關(guān)要求，進而導致樓梯安全性或舒適性不足。

我國在豪華郵輪的設計和制造方面尚處于起步階段，我國首艘極地探險郵輪在乘客樓梯的設計和建造過程中反映出一些典型的設計問題，比如凈高不足、傾角設計不當、選型不合理、踏步設計不舒適等。其中一些問題在設計過程中難以發(fā)現(xiàn)，往往在樓梯建造完成后才會暴露。

針對上述問題，本文根據(jù)國內(nèi)外標準和規(guī)范的相關(guān)要求，結(jié)合我國首艘極地探險郵輪的設計和建造經(jīng)驗，對樓梯傾角、凈高、梯架選型、制作方法、扶手設計、踏步選型及布置方法等給出具體參數(shù)建議。

1 樓梯傾角和凈空高度設計

傾角是樓梯設計的重要指標，選擇合適的樓梯傾角非常關(guān)鍵。美國船級社（American Bureau of Shipping，ABS）和中國船級社（China Classification Society，CCS）建議的斜梯傾角范圍為38°～45°。根據(jù)探險郵輪的實際經(jīng)驗，一旦乘客樓梯的傾角超過 40°，后續(xù)的踏步布置很難滿足相關(guān)標準要求。因此，38°～45°的傾角范圍對于郵輪乘客樓梯來說是不合理的。美國海岸警衛(wèi)隊（United States Coast Guard，USCG）要求室內(nèi)乘客樓梯及公共區(qū)域樓梯的傾斜角應不大于 40°；室外乘客樓梯及登乘梯的傾斜角應不大于 45°，該要求相較ABS和CCS更為合理。此外，豪華郵輪寸土寸金，若樓梯傾角過小，則會占用較多空間。綜合考慮上述因素，建議郵輪乘客樓梯的傾角為30°～40°，可兼顧空間占有及行走舒適性的要求。

各個標準和規(guī)范對乘客樓梯凈空高度的要求不同，在設計時，建議按照國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）規(guī)定的2.3 m進行設計，可最大程度保證設計要求。實踐證明：即使凈空高度受限，最小凈空高度也不應小于國際建筑規(guī)范（International Building Code，ICC）規(guī)定的2.032 m。測量凈空高度時應注意以下2點：1）在測量下端時，必須以每級踏步的最前端（含裝飾材料）為測量點，垂直向上量?。?）在測量上端時，除船體結(jié)構(gòu)外，還必須考慮裝飾板的厚度。

2 梯架設計

2.1 梯架選型

傳統(tǒng)船用梯多采用角鋼或槽鋼作為梯架。由于郵輪乘客樓梯的傾角比較平緩，為減小踏步間隙，通常會加大踏步深度，進而會增大腹板高度。我國首艘極地探險郵輪的乘客樓梯的側(cè)面寬度達到了270 mm，若選擇如此大尺寸的成品角鋼或槽鋼，則會非常不經(jīng)濟。與此同時，過寬的面板寬度還會占據(jù)過多的空間。即便是采取鋼板壓彎或者拼接的方式，也會增加額外的加工成本。此外，對于室內(nèi)主樓梯，還需要包裹裝飾材料和安裝玻璃扶手。由于角鋼和槽鋼梯架的形狀不規(guī)則，較難滿足相應要求。為解決上述問題，探險郵輪的乘客樓梯采用平板型和矩形等2種梯架型式。

室外乘客樓梯使用平板型梯架，采用平直的鋼板制作，加工方便，特別適用于一些環(huán)形樓梯。在建造過程中發(fā)現(xiàn)，平板型梯架存在抗振性能和抗彎性能較差的特點。對于一部2.5 m高、250 mm×8 mm規(guī)格的平板型斜梯，在人員快速上下樓梯的過程中該斜梯會產(chǎn)生明顯的震顫。因此，建議平板型梯架的凈板厚應不小于10 mm。

室內(nèi)乘客樓梯的梯架周圍需要包裹裝飾板，梯架上表面需要安裝玻璃扶手底座。因此，梯架上表面需要具有一定的寬度。綜合考慮，矩形截面的梯架無疑是很好的選擇。

2.2 矩形梯架的結(jié)構(gòu)設計和制作

矩形梯架的尺寸設計的重點在于兼顧外觀和功能需求，主要體現(xiàn)在上表面寬度和側(cè)面寬度這兩個參數(shù)的選擇上。尺寸過大會占用較多空間，同時也會增加梯架重量。其中，若上表面寬度過大，則會導致外觀臃腫；若上表面寬度過小，則無法滿足踏步及扶手等的安裝要求。為避免上述問題，以滿足欄桿底座的最小安裝尺寸要求對探險郵輪的矩形梯架上表面寬度進行設計。設計梯架的側(cè)面寬度時，除考慮踏步的安裝和焊接空間外，還需要考慮踏步包裹的裝飾材料占用的空間。同理，對于需要安裝扶手的樓梯，也需要考慮底座的空間需求。

在 40°傾角的情況下，矩形梯架截面的長寬比超過5∶1?？紤]到重量控制的要求，梯架的壁厚一般為4～5 mm。滿足上述要求的成品矩形管很難采購，為解決這一問題，采用如下方法進行自制：

1）折彎法。先將板材彎折成2塊槽型板，再拼接成矩形管。由于矩形梯架會包裹硬質(zhì)裝飾板，故折角處正常彎折即可，一般不需要刻意加大倒角圓弧的尺寸。

2）拼接法。將小規(guī)格成品矩形管拼接為大規(guī)格的矩形管。若需要截面為300 mm×50 mm的矩形管，可使用2塊150 mm×50 mm的矩形管進行拼接。

在焊接方面，由于板厚較薄，矩形梯架很容易產(chǎn)生變形。因此，在焊接時建議采用間斷焊。

3 踏步設計

3.1 踏步選型及結(jié)構(gòu)設計

普通船舶上層建筑的生活區(qū)多采用封閉式樓梯，不僅采光性能較差，還會造成壓抑的空間感。為解決這一問題，探險郵輪的室內(nèi)乘客樓梯采用開放式設計。每層踏步是獨立的，踏步之間具有較大的垂向間隙。開放式設計保證了透光性，視覺上也更加輕便。為滿足包裹地毯的需求，采用矩形結(jié)構(gòu)設計以保證有效的接觸面積。矩形踏步的高度不超過50 mm，以免在包裹地毯后，踏步顯得臃腫。矩形踏步的制作方法可參考矩形梯架。需注意的是，由于地毯采用膠粘方式固定，矩形截面4個角的倒圓半徑應不小于20 mm，折角過于尖銳易使地毯在折角處產(chǎn)生鼓包。

對于室外踏步，可根據(jù)實際的敷料類型進行選擇。若采用目前流行的自流平敷料作為踏步，應當采用半封閉托盤式踏步設計以保證敷料在固化前不會外流。建議采用4 mm厚的鋼板彎制，凹槽深度為35 mm，這有助于在保證踏步結(jié)構(gòu)強度的同時減少填充敷料的用量。

3.2 踏步布置設計

在進行踏步布置時，要考慮踏步進深、踏步高度、重疊距離和踏步間隙等參數(shù)（見圖1）。不同國家、機構(gòu)和標準的要求有所不同，這里選取ISO、ABS、CCS、USCG、ICC、英國住房和計劃部（Department for Levelling Up, Housing and Communities，DLUHC）、澳洲建筑規(guī)范委員會（Australian Building Codes Board，ABCB）、中國民用建筑設計統(tǒng)一標準（GB 50352—2019）、美國司法部（Department of Justice，DOJ）、美國常用建筑標準對踏步布置的要求進行對比，結(jié)果見表1。

圖1 踏步設計相關(guān)參數(shù)定義

表1 部分國家船用及建筑樓梯踏步設計標準

劉聰發(fā)等研究表明：成年人的樓梯舒適步距為620 mm，即2+=620 mm，這與主流標準的要求基本相符。以此為基準，結(jié)合中國民用建筑標準最小260 mm的踏深要求，可計算出滿足此條件的踏步高度的最大值為180 mm，樓梯傾角為35°。對照主流標準要求，該設計尺寸較為合理。

由于受到布置限制，將所有樓梯的傾角均布置為35°非常困難。然而，當樓梯傾角超過35°時，踏步布置很難滿足所有標準的要求。下面以 40°傾角樓梯為例，對樓梯設計和布置過程進行介紹。

在梯架傾角固定的情況下，踏步高度和踏步進深由踏步級數(shù)控制。在進行樓梯設計時，先從踏步級數(shù)著手，根據(jù)級數(shù)計算出踏步高度和踏步進深，再與相關(guān)標準進行對比，即可簡化設計流程。探險郵輪乘客樓梯的設計過程就采用了以踏步級數(shù)為切入點的布置方法。

假設樓梯垂直高度為1.5 m，梯架傾角為40°。根據(jù)踏步級數(shù)的不同，分別設置6級、7級和8級等3種方案，并計算出相應的踏步進深和踏步高度。不同方案滿足規(guī)范的情況見表2，6級踏步方案的踏步進深滿足7項標準的要求，但踏步高度不滿足任何標準的要求；7級踏步方案的踏步進深滿足5項標準的要求，踏步高度滿足3項標準的要求；8級踏步方案的踏步進深滿足2項標準的要求，踏步高度滿足6項標準的要求。

表2 部分國家船用及建筑樓梯踏步設計標準

由于6級踏步方案的踏步高度不滿足要求，故先將其排除。針對其他2種方案，分別制作樣梯進行現(xiàn)場試驗。試驗結(jié)果表明：在其他條件一致的情況下，8級踏步方案更加省力，而7級踏步方案的安全性更好。金益成等的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：距踢面20 mm范圍是踩踏盲區(qū)。因此，在下行過程中，8級踏步與鞋底的實際接觸長度只有203 mm，約有75 mm的足部超出踏步表面，這會導致行人在快速下行過程中摔倒的風險大大增加。

綜上所述，當樓梯傾角超過 35°時，無法同時滿足踏步進深和踏步高度的標準要求。此時，應當優(yōu)先滿足踏步進深的要求以保證安全性。在計算踏步高度時，所有的尺寸的測量基準點均為踏步表面裝飾物。

4 樓梯扶手設計

樓梯扶手的設計重點在于扶手高度和橫檔間隔。扶手高度并非越高越好，過高的扶手設計會影響抓握的舒適度。不同國家、機構(gòu)和標準對樓梯扶手的設計要求見表3。由表3可知，扶手高度應在865～1 000 mm范圍內(nèi)，推薦選擇915 mm作為扶手設計高度，該高度幾乎可以滿足所有主流標準的要求。值得注意的是，扶手高度應從每級踏步的最前端量取。扶手和艙壁或其他固定物之間的距離不小于75 mm。橫檔間距建議取為100 mm左右，由于郵輪上會有兒童乘客, 過大的間距存在安全隱患。

表3 不同國家、機構(gòu)和標準對樓梯扶手的設計要求

5 結(jié)論

郵輪乘客樓梯對舒適度和美觀度的要求較高，本文根據(jù)國內(nèi)外標準和規(guī)范的相關(guān)要求，結(jié)合我國首艘極地探險郵輪的設計和建造經(jīng)驗，對樓梯傾角、凈高、梯架選型、制作方法、扶手設計、踏步選型及布置方法等給出如下建議：

1）樓梯傾角建議范圍為 30°～40°，樓梯凈高建議范圍為2 032～2 300 mm。

2）梯架建議選用平板型梯架和矩形梯架。

3）室內(nèi)踏步建議選用矩形踏步，室外踏步采用自流平敷料時，建議采用U形半封閉式踏步。

4）若樓梯傾角超過35°，應按照優(yōu)先滿足踏步進深尺寸的原則進行布置。

5）扶手高度建議選用915 mm。