CN100476145C - 预制楼梯系统和其单元结构及建造该楼梯系统的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种梯阶单元结构、预制楼梯系统和构建所述预制楼梯系统的方法。该梯阶单元结构由具有竖板和踏板的至少一个梯阶形成为一个整体结构。该预制楼梯系统包括通过一个接一个地将梯阶单元结构连接在一起形成的楼梯和两个倾斜的楼梯基，并具有高强度或超高强度、优秀的耐用性和载荷承载能力以及良好的水密性和减低行走负载噪音的特性。在用于构建楼梯的方法中，一个或多个楼梯基可作为模具使用，从而一体形成地面楼梯平台和中间楼梯平台，并同时形成墙体。因此，在构建的过程中，不仅预制楼梯可以用作工作通道，而且墙体还能够支撑一个或两个倾斜的楼梯基的载荷，从而降低了劳动力成本、建造成本以及制造/运输成本，并缩短了建造时间。

Description

预制楼梯系统和其单元结构及建造该楼梯系统的方法
技术领域
本发明涉及一种预制楼梯系统及其预制梯阶单元结构，以及涉及一种使用所述预制梯阶单元结构建造预制楼梯系统的方法。具体地，本发明涉及高强度或超高强度的纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统(其强度范围为60到200MPa，并且其具有相对出色的柔韧特性，以及具有良好的水密性和耐用性)，和用来组装这种预制楼梯系统的预制梯阶单元结构，以及经济有效地建造预制楼梯系统，同时确保所述楼梯系统具有良好结构质量的方法。
背景技术
通常，建筑物尤其是高层建筑物中的垂直移动线(moving line)，通过安装电梯和楼梯系统而被连接。然而，在建造这种楼梯时，工作条件是艰苦和复杂的，这是因为楼梯的梯阶(stair)要在狭窄的楼梯间空间内用上板层和下板层(slab)连接，并且这种楼梯具有复杂的形状，包括不同于传统构件(例如板层和垂直墙体)的垂直倾斜形状。
目前，在建造居住或商住两用住宅，或用于商业或购物中心的低层或高层建筑物时，通常使用的方法是制造整块类型的水泥楼梯。
然而，在使用钢筋混凝土建造这种楼梯时，存在的几个问题是，必须执行困难和耗时的处理，例如组装制造倾斜楼梯板层的模具、钢筋条的分布、以及组装用于制造各个梯阶的梯阶踏板(tread)的模具，并且在这些处理之后还要对楼梯踏板的不平整表面进行修整和粉刷等工作。此外，建造这种楼梯系统的经济效率和生产效率都是低下的，因为其为劳动密集型并需要长的建造时期。
为了解决上述问题，在现有技术中，人们已经提出了一种钢筋混凝土预制楼梯系统，其建造的方法包括以下步骤：将地面楼梯平台和中间楼梯平台固定到墙体，将传统的预制钢筋混凝土楼梯置于地面楼梯平台和中间楼梯平台上，并接着使用灰浆将楼梯粘接至地面楼梯平台和中间楼梯平台。然而，作为可运输的预制楼梯，这种传统钢筋混凝土预制楼梯系统的应用局限性在于，它与传统的现场浇铸混凝土楼梯相比，由于其相对的侧边(通过连续连接的直角三角形而形成)的缘故而并没有减少重量和体积。此外，这种传统的预制楼梯还具有的问题是，由于从地面楼梯平台到中间楼梯平台的长度是连续的，或者从中间楼梯平台到地面楼梯平台的长度是连续的，因此该预制楼梯又重又大，在将这种预制楼梯运输和安装到适当位置时是非常麻烦和不便的。此外，以这种方法，人们还提出了通过以下过程来安装预制楼梯，包括以下步骤：建造楼梯间，安装一个或多个中间楼梯平台和一个或多个地面楼梯平台，将一个或多个预制楼梯置于中间楼梯平台和地面楼梯平台上，以及使用灰浆固定预制楼梯。然而，在实践当中，这种过程在建筑工地不能够很好地使用，这是因为在建造的过程当中，这种预制楼梯即不能提供工作空间，也不能提供移动线，原因是踏板和墙体不是同时浇筑的，因此在建造时具有多种不便。
因此，在现有技术中，人们还提出了其他的方法来解决上述问题。例如，美国第5,203,128号专利中公开了一种预制楼梯，其中使用螺栓将单个的预制梯阶(其中的每个由大致垂直的竖板部分和踏板部分构成)固定到一对平行的楼梯基(即，楼梯阶梯的一段)。然而，第5,203,128号专利并没有给出由多个整体相互连接的梯阶构成的预制梯阶单元结构，因为，在建造这种预制楼梯时并没有使用纤维增强水泥复合材料。因此，存在的棘手的问题是，需要使用固定装置(例如，螺钉)将单个的梯阶固定，从而将梯阶相互连接起来。此外，各个梯阶在其前侧的顶部具有肋条以加固其强度，并且该肋条从梯阶的前侧突出。因此，行走的人可能会因为被肋条绊倒而受伤。
为了解决在建造上述传统的钢筋混凝土楼梯遇到的问题。在现有技术中已经提出使用预先制造好的铁框架楼梯连接结构。在这种方法，通过结合铁框架单元而制造的铁框架楼梯被附着到建筑物结构上。这种方法在楼梯的建造、稳定性、质量等性能，以及降低建造周期方面具有良好的效果。然而，因为在制造楼梯时需要焊接各个踏板单元，因此这种方法在初始的楼梯制造阶段就会产生严重的问题，例如，高的劳动力成本，和由于焊接温度而使得楼梯变形。此外，由于完工的铁框架楼梯的金属材料属性的缘故，这种楼梯尤其不耐火，并且在一个或多个人上下楼梯时，由于施加到楼梯上的行走负重而产生严重的噪音。此外，因为楼梯的金属片是薄的，因此降低了截面惯性矩，从而使得楼梯在使用中由于重量而产生变形现象。
为了解决铁框架楼梯存在的上述问题，人们已经提出了用于提供改进的铁框架楼梯的另一种方法，其中，将两个踏板单元重叠结合从而减低了由于行走负重而引起的噪音和变形，并且通过螺钉将踏板单元和楼梯基(stringer)连接从而提高了制造和安装的便利性以及改进了这种楼梯的功能。然而，在考虑到制造成本时，这种楼梯并不优于传统的混凝土楼梯，此外，可以预期到，由于原材料价格的上涨，将使得铁框架楼梯的制造成本在很长的一段时间内连续上涨。
如上所述，在混凝土建筑物中建造混凝土楼梯是劳动密集型并且艰苦的工作，并需要精确度和较长的时间周期。然而，迄今为止，还未曾提出能够满足经济效率、实用性和质量特性要求的合适技术。
发明内容
因此，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，并进而提出一种纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统，该系统具有60MPa到200MPa高强度或超高强度，并与现有的高强度混凝土结构相比具有较好的柔韧性，从而具有优秀的耐用性和高载荷承载能力，该系统还具有良好的水密性和减低噪音(由梯阶上施加的行走负载而产生的噪音)的特性。
本发明的第二个目的是提供一种纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统，该系统具有优秀的建造特性，通过简单地将其设置在预定的位置，而无需在施工现场安装支撑件和形成制造楼梯自身的模具就能够对其进行安装，从而减低了制造楼梯的周期和劳动力成本，由此节约了建造成本并缩短了建造工作周期。
本发明的第三个目的是提供一种预先制造的纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统。
本发明的第四个目的是提供一种能够降低制造和运输成本的预先制造的纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统。
本发明的第五个目的是提供一种单元结构，其可用来经济有效地制造根据本方面第一到第四目的中任意一个的预制纤维增强水泥复合材料楼梯。
本发明的第六个目的是提供一种经济有效地制造根据本方面第一到第四目的中任意一个的预制纤维增强水泥复合材料楼梯的方法。
根据用于实现上述第一到第四目的的本发明的第一方面，提供了这样一种预制楼梯系统，可包括：通过一个接一个地将多个梯阶单元结构连接在一起形成的楼梯，各个梯阶单元结构包括至少一个梯阶，所述梯阶具有彼此形成为一体的至少一个踏板和至少一个竖板；以及一对与所述楼梯结合的楼梯基，其中，各个梯阶单元结构为高强度纤维增强水泥复合材料体，其由水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水的混合物形成，其混合比例是1∶0.9～1.7∶0.1～0.3∶0.02～0.1∶0.01～0.06∶0.03～0.2∶0.2～0.45，并具有60MPa到100MPa的后固化强度。
根据用于实现上述第一到第四目的的本发明的第二方面，提供了这样一种预制楼梯系统，其中，各个梯阶单元结构是超高强度纤维增强水泥复合材料体，并由水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水的混合物形成，所述混合物的混合比例是1∶0.8～1.5∶0.2～0.4∶0.05～0.3∶0.02～0.07∶0.05～0.4∶0.18～0.3，并具有范围在100MPa到200MPa的后固化强度。
根据用于实现上述第一到第四目的的本发明的第三方面，提供了一种预制楼梯系统，其中，上述方面的至少一个楼梯基由金属材料形成，或由上述高强度或超高强度的纤维增强水泥复合材料构成。
根据用于实现上述第一到第四目的的本发明的第四方面，提供了这样一种预制楼梯系统，在上述方面中的各个梯阶单元结构的每个踏板嵌入有至少两个加固条，从而加固梯阶单元结构中的踏板的载荷能力，所述加固条的相对端物理地与两个楼梯基连接并由其支撑。
根据用于实现上述第一到第四目的的本发明的第五方面，提供了这样一种预制楼梯系统，其进一步包括连接部件，各个连接部件具有用于将第一到第三方面的楼梯基的顶部水平区域和底部水平区域相互连接的加固部件，以及具有多个加固条，所述加固条垂直地连接到所述加固部件。
根据用于实现上述第五目的的本发明的另一个方面，提供了这样一种预制梯阶单元结构，其可由水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水的混合物形成，所述混合物的混合比例是1∶0.8～1.7∶0.1～0.4∶0.02～0.3∶0.01～0.07∶0.03～0.4∶0.18～0.45，并具有100MPa到200MPa的后固化强度，并且所述梯阶单元包括至少一个梯阶，所述梯阶具有彼此形成为一体的至少一个踏板和至少一个竖板，其中，各个梯阶具有在其一端形成的插入脊，以及在其另一端形成的伸长的插入槽，以此将多个梯阶一个接一个地连接起来以形成楼梯。
根据用于实现上述第六目的的本发明的另一个方面，提供了这样一种建造预制楼梯系统的方法，包括以下步骤：组装如上述方面中所述的多个纤维增强水泥复合材料的预制梯阶单元结构，以及使用螺钉将梯阶单元结构安装到一对楼梯基，从而形成预制楼梯；在形成预制楼梯系统之后或同时，分别将两个连接部件固定到楼梯基的顶部和底部水平区域，各个连接部件具有加固部件和多个加固条，加固条与加固部件垂直连接；在支撑件上设置楼梯平台梁，支撑件位于形成有一个或多个地面楼梯平台和中间楼梯平台的区域处，各个楼梯平台梁设置有至少一个加固条；将具有固定的连接部件的预制楼梯设置在楼梯平台梁上；以这样的方式组装用于建造地面楼梯平台、中间楼梯平台和墙体的模具，即，在楼梯基能够嵌入并固定到待被建造的墙体的位置，楼梯基中的一个能够作为模具使用；以及将混凝土注入到模具，从而同时整体地形成地面楼梯平台、中间楼梯平台和墙体。
附图说明
在参照相应的附图进行下面详细的描述后，本发明的上述和其他目的、特征及有益效果将变得显而易见，其中，
图1到图3是根据本发明优选实施方案的预制楼梯系统的分解立体图，在其中省略了某些部件；
图4到图7是显示根据本发明优选实施方案的内螺纹类型的梯阶单元结构的立体图；
图8到图11是显示根据本发明优选实施方案的外螺纹类型的梯阶单元结构的立体图；
图12到图13是分别示例性示出用于内螺纹类型的梯阶单元结构的踏板和用于外螺纹类型的梯阶单元结构的踏板的示意图，其中，各图的左部分是相应的踏板的侧视图，而右部分是截面俯视图；
图14是示意图，其示例性地示出了内应力分配结合部件和外应力分配结合部件如何从根据本发明优选实施方案的预制楼梯系统的楼梯基的内表面和外表面结合在一起；
图15是根据本发明优选实施方案的预制楼梯系统的楼梯基的截面侧视图；
图16到图18是显示在组装本发明的预制楼梯系统时，梯阶单元结构连接到根据本发明优选实施方案的楼梯基的示意图；
图19是显示具有多个踏板嵌入槽(其在楼梯基的内表面上形成)的楼梯基立体图；
图20到图22是能够应用到图19的楼梯基的梯阶单元结构的立体图；
图23是示出建造楼梯系统的创造性方法的示意图，其中根据本发明优选实施方案的预制楼梯被置于楼梯平台梁，接着同时建造地面楼梯平台和中间楼梯平台；
图24是显示用于同时建造图23中的实施方案的地面楼梯平台、中间楼梯平台和墙体的创造性方法的示意侧视图；
图25是沿着图24的线I-I获取的截面图；以及
图26是显示在建造楼梯系统的本发明方法中使用的楼梯平台梁的优选实施方案的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照相应的附图描述本发明的几个优选实施方案。在下面的描述和附图中，用相同的附图标号表示相同或相似的部件，从而省略对相同或相似部件的重复描述。
图1到图3是显示根据本发明优选实施方案的、高强度或超高强度的纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统1、1a和1b的分解立体图，在其中省略了某些部件。由于预制楼梯系统的基本结构相互之间是一致的，因此为了描述便利，将同时对它们进行描述。
预制楼梯系统1、1a或1b包括楼梯10和两个分别位于楼梯10两侧的倾斜的楼梯基20(可选择地，倾斜的混凝土楼梯基20和倾斜的铁楼梯基21)，以及用于将倾斜的侧板20的顶端和底端连接到地面楼梯平台(参见图23中的参考标号3和4)或中间楼梯平台(参见图23中的参考标号2)的连接部件31。由于这种楼梯10以预制的形式应用到建筑工地，所以可以简化建造楼梯的复杂处理，以降低用于建造这种楼梯的劳动力成本和时间周期，从而节约了建造成本。此外，由于这种楼梯系统是通过组装楼梯基(优选地，具有100MPa到200MPa的后固化强度)和踏板(通常具有60MPa到200MPa的后固化强度)来实现的，其中楼梯基和踏板由高强度或超高强度的混凝土混合物形成，所以可以预制造出具有便于运输的重量(使用现有的混凝土无论如何都不能得到)的预制楼梯系统，或通过简单地将该楼梯置于合适的位置而无需安装脚手架(支架)和制造模具就能够安装这种楼梯系统。
根据本发明，楼梯10和楼梯基20(假设楼梯基不是由铁板构成)典型地由水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水的混合物形成，其混合比例是1∶0.9～1.7∶0.1～0.3∶0.02～0.1∶0.01～0.06∶0.03～0.2∶0.2～0.45，并具有60MPa到100MPa的后固化强度，和不高于7％的后固化空隙率，通常在3％到7％的范围内。如果需要的话，水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水的混合比可以是1∶0.8～1.5∶0.05～0.3∶0.02～0.07∶0.05～0.4∶0.18～0.3，后固化强度可以是100到200MPa，后固化空隙率可以不高于5％，典型在3％到5％的范围内。优选地，楼梯10可以是高强度的纤维增强水泥复合体，其具有60MPa到100MPa的后固化强度，楼梯基20可以是超高强度的纤维增强水泥复合体，其具有100MPa到200MPa的后固化强度。
由于包括了金属纤维，因此本发明的预制楼梯系统1或1a具有柔性，这在传统的高强度混凝土楼梯系统是不会存在的。此外，由于低的空隙率，它还具有良好的水密性，以及由于其具有的高强度或超高强度，而具有足够的结构负载承载能力以及耐久性。此外，本发明的预制楼梯系统1或1a能够很好地降低行走负载引起的噪音。
在上述混合成分中，细集料包括不少于90％的硅砂(SiO2)是期望的，典型地包括90％到99.9％的硅砂，其中，硅砂的平均粒径不大于0.7mm，典型地为0.1到0.7mm。然而，本发明并不局限于此。
在上述混合成分中，添装料包括不少于97％的硅砂(SiO2)是期望的，典型地包括97％到99.9％硅砂，其中，硅砂的平均粒径不大于20μm，典型地为3到20μm。然而，本发明并不局限于此。
在上述混合成分中，细陶瓷粉优选但并不限于从硅粉、高炉矿渣、粉煤灰、细石粉、以及它们的组合中选择，其中硅粉是优选的。
对于上述混合成分中的减水剂，可以使用如在本领域中公知或可以得到的“超高性能减水剂”的任意减水剂。其中，对于具有60MPa到100MPa的后固化强度的高强度纤维增强水泥复合材料，减水剂允许水泥组合物在其中水和水泥的比例为20％到45％时，具有足够的流动性，以及对于具有100MPa到200MPa的后固化强度的超高强度纤维增强水泥复合材料，减水剂允许水泥组合物在其中水和水泥的比例为18％到30％时，具有足够的流动性。由于上述各种超高性能的减水剂能够从各公司购买到并且在本领域是公知的，因此省略了对其进一步的描述。
此外，在上述混合成分中，金属纤维优选但不限于具有不高于30mm的平均长度，典型地为0.3mm到30mm，其平均直径不大于0.5mm，典型地为0.1mm到0.5mm，其形状因数约为60到70，优选约为65。可以使用任意具有强韧性的金属丝作为金属纤维而没有任何限制，但通常优选地使用钢丝作为金属纤维。将金属纤维包括进来减少了传统的高强度混凝土的易碎性，并使合成物具有柔性特性。
楼梯10和楼梯基20(假设该楼梯基并不是由铁板构成)通过使用搅拌器彻底搅和上述组合物(其中搅拌器允许所有的成分特别是金属纤维均匀地分散)以形成水泥合成物，将水泥合成物注入到模具，0.5到2天之后脱模而形成高强度纤维增强水泥复合材料预制结构，通常将各成分注入到模具需要1天的时间，在不低于20℃的温度下，典型地在20℃到100℃(在高强度纤维增强水泥复合材料的情况下)，或者在不低于70℃的温度下，典型地在20℃到100℃(在超高强度纤维增强水泥复合材料的情况下)，以及在相对湿度为80％到100％的条件下，将该水泥合成物进行48到72小时的蒸气养护，从而制造出具有后固化强度为60MPa到100MPa的预制结构。由于在高温下进行了蒸汽熟化，因此在高强度纤维增强水泥复合材料中在短时间内产生并完成了干缩和蠕变，由此在楼梯系统构建好后不会发生特别的结构变形。
下面将参照图1再次描述根据本发明的高强度纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统1。
在图中示出的实施例中，本发明的高强度纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统1包括：楼梯10，其由多个踏板11和竖板12构成，竖板12位于相邻的两个踏板11之间，从而使得踏板11通过竖板12连续地连接在一起；两个金属楼梯基21(例如，由铁形成的楼梯基)；两个连接部件30，用于将楼梯基21的顶端和底端分别与地面楼梯平台或中间楼梯平台(未示出)连接，其中，尽管踏板11由于包括了金属纤维而各自具有抵抗张力的耐久性，但是还可以用内螺纹16(邻近加固条117的相对端形成)将两个加固条117(例如，铁加固杆)嵌入到各个踏板11中(这将在后面描述，如图12所示)，从而确保抵抗张力的强耐久力，螺纹孔14暴露于各个踏板11的相对侧面，从而使得螺钉53能够从铁楼梯基21的外表面插入到螺纹孔14，由此分别安装在螺纹孔14中。
上述加固条117是否设置在各个踏板中，以及在各个踏板中设置多少加固条117对于本发明都不是重要的，而是可选的。如果设置了加固条，典型地设置两个或三个加固条。
上述楼梯10包括一个或多个预制的梯阶单元结构110、120、130和140，其每一个都具有一个或多个梯阶(优选地为一到四个梯阶)，所述梯阶彼此形成为一体，并且每个梯阶具有踏板113和竖板111。梯阶单元结构110、120、130和140的每一个都在一个端部具有嵌入边缘112，并在另一端部具有伸长的嵌入槽12，从而使得一个或多个预制梯阶单元结构110、120、130和140能够相互组装，以形成预制楼梯10，并因此而形成预制楼梯系统1或1a。
各个踏板11的厚度对于本发明并不重要，而是可选的。然而，它们的厚度优选不超过7cm，并且更优选地不超过5cm，从而减少踏板11的重量。
下面参照图4-13更加详细地描述相互组装在一起、以形成上述楼梯10的高强度纤维增强水泥复合材料预制梯阶单元结构。
各个楼梯基21通常具有底部水平区域28、倾斜区域27以及预部水平区域29，并还包括紧固孔24，紧固孔24穿过楼梯基21形成，并与螺纹孔115的位置对应，其中，内螺纹16分别在螺纹孔115中形成，其邻近嵌入的加固条117的相对端部(参见图12)，以此通过插入固定装置例如螺钉53，即，使得螺钉53与内螺纹16接合，而能够将踏板11固定到楼梯基。
接下来参照图14和图1描述在相互连接楼梯10和楼梯基21时使用的内应力分配结合部件40和外应力分配结合部件50。
内应力分配结合部件40可应用到楼梯基21的内表面，以减轻楼梯10的踏板11和楼梯基21相互连接时，在加固条117周围聚集的应力。内应力分配结合部件40的每一个都具有穿过其中形成有两个通孔44的本体42，一对垂直地隔开与踏板11的厚度相对应的距离、并从本体42向内延伸的侧翼41，以及支撑和固定延伸部分43。
此外，各个外应力分配结合部件50形成有矩形的形状并具有紧固孔52，紧固孔52形成为与具有内螺纹16的螺纹孔115(与在踏板11中嵌入的加固条117的相对端邻近)的位置相对应。
因此，通过螺钉53，在楼梯10(参见图1)的各个踏板11的相对侧中的螺纹孔115、内应力分配结合部件的通孔44、楼梯基21中的紧固孔24、以及内应力分配结合部件40中的紧固孔52被相互固定在一起。这时，因为各个踏板11的相对侧部分分别安装在内应力分配结合部件40的侧翼41之间的空间中，所以能够有效地分配应力。
此后，多个内应力分配结合部件40牢固地固定到楼梯基21的内表面，从而使得连接器40的延伸部分43和本体42与楼梯基21的内表面邻靠并由其支撑。多个外应力分配结合部件50水平地设置在楼梯基21的外表面上并与其邻靠，从而分别与内应力分配结合部件40的位置相对应。因此，在踏板11和楼梯基20相互连接时，能够减少在加固条117(例如，铁加固杆)周围聚集的应力，以此将应力分布到踏板11的相对侧。此外，楼梯基21和楼梯10之间的空间填充有内应力分配结合部件40，从而能够防止从楼梯10的顶侧向底侧透水，或者能够防止污染物通过。
接下来将描述用于将预制楼梯10和地面楼梯平台或中间楼梯平台(未示出)相互连接的连接部件30。
在图中示出的各个连接部件30具有垂直地通过螺纹拧到或焊接到加固部件31的多个加固条32，如上所述。加固条32具有不超过1m的长度，并优选地具有撑帽式杆(headed bar)的形式(未用附图标记示出)，从而充分地增加相对于地面楼梯平台或中间的楼梯平台的附着力。同时，还可以在两个楼梯基21的底部水平区域和顶部水平区域28和29形成加固条32a。
虽然示出了在邻近连接部件30的加固部件31的相对端部形成有螺纹孔(未用附图标记示出)，以及内螺纹(未用附图标记示出)位于该螺纹孔中，但是可以在加固部件31的相对端部形成外螺纹，所述外螺纹延伸超出各个踏板的相对横向侧。
在将楼梯10和两个楼梯基21进行组装的同时或之后，在连接部件30的相对端部抵靠楼梯基21的底部水平区域和顶部水平区域28和29的内表面状态下，将螺钉28b和29b插入到固定孔(未用附图标记示出)内，其中固定孔穿过楼梯基21的底部水平区域和顶部水平区域28和29的加固板28a和29a(它们是可选的)形成。接着，将螺钉28b和29b安装在加固部件31的相对端部形成的螺纹孔37内，从而将加固部件31牢固地固定到楼梯基20。
以这种方式组装的本发明的预制楼梯系统1以下面的方式构建：使用支撑件(未示出)临时地支撑楼梯平台梁60(参见图23到26)，将预制楼梯1的两个楼梯基31的顶部和底部设置在楼梯平台梁60上，接着在上述连接部件30和从连接部件30暴露出来的加固条32上方制造模具，并将混凝土注入到该模具中，从而随同墙体(将参照图24和25详细描述)一起形成地面楼梯平台3和4(参见图23)以及中间楼梯平台2(参见图23)，其中楼梯10的顶部和底部一体地分别与地面楼梯平台3或4和中间楼梯平台2进行无缝连接。
当然在本发明的纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统中，还可以是楼梯基中的一个由金属材料形成，而另一个由纤维增强水泥复合材料形成。
参见图2，根据本发明另一个优选实施方案的纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统1a具有与图1中示出的楼梯系统基本相同的结构，不同之处在于图1中的楼梯基21由金属材料形成，而纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统1a的两个楼梯基20都用纤维增强水泥复合材料制成，以及不同之处还在于如参照图8到11和13所描述的那样，加固条117从踏板11相对的侧突出，在加固条117的突出端部上形成有外螺纹118，从而能够与外应力分配结合部件50(其位于楼梯基20的外表面)的外表面上的内螺纹51紧紧接合。因此，对于纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统1a附加的描述将被省略。
参照图3，根据本发明另一个优选实施方案的纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统1b除了连接部件30外与图2中示出的楼梯系统相同。图3中所示的连接部件30与图2中所示的连接部件相同之处在于它们都分别与加固部件31垂直连接，并且其每一个都具有多个加固条32，加固条32均为撑帽式杆，图3与图2中的连接部件30的唯一不同之处在于，图3中的上述加固部件31嵌入于截面为方形、矩形或梯形的棱柱形混凝土体中。因此，不再对纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统1b进行进一步描述。
下面将参照图4-13描述根据本发明优选实施方案的、组装至本发明的纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统1、1a和1b的梯阶单元结构110、120、130和140。
首先，梯阶单元结构110、120、130、140、110a、120a、130a和140a可以分为两种类型。在第一种类型(内螺纹类型)中，内螺纹115和114邻近加固条117的相对端部形成，其中，加固条117嵌入在楼梯10的踏板11中(参见图1)，楼梯基21被设置成分别与楼梯10的一个端部接触(参见图1)，然后螺钉(未示出)穿过楼梯基21与内内螺纹115和116接合，以此固定楼梯基21，如图4到7和图12所示。在第二种类型(外螺纹类型)中，外螺纹118在加固条117的相对端部形成，其中，加固条117嵌入在楼梯10的踏板11中，加固条117相对端部从楼梯10的踏板11的两侧延伸(参见图2和图3)，楼梯基20被设置成分别与踏板11的一个侧部接触，在加固条117的相应端部形成的外螺纹118延伸穿过楼梯基20(参见图2和3)，并且螺母(未示出)与延伸穿过楼梯基20的外螺纹118接合，从而固定楼梯基20，如图8到11以及图13所示。
本发明的楼梯部分10根据如下方式来构建：浇铸并固化楼梯基20和梯阶单元结构110、120、130、140、110a、120a、130a和140a(当然，如果楼梯基21由金属材料制造的话，仅浇铸和固化梯阶单元结构110、120、130、140、110a、120a、130a和140a)，接着将楼梯基20和梯阶单元结构110、120、130、140、110a、120a、130a和140a相互组合，以形成整体的预制楼梯10，并接着使用起重机将该预制楼梯10移动到建筑工地设置楼梯的位置，然后安装楼梯10。
根据本发明，尽管根据所完成的楼梯系统的安全负载强度，作为加固条117的铁加固条的数量和面积是可选的和变化的，但通常将两条或三条铁加固条嵌入到各个踏板11中。
图4到图7是分别显示内螺纹式的梯阶单元结构110、120、130和140的立体图，其中，本发明的纤维增强水泥复合材料梯阶单元结构110、120、130和140可具有高或超高的强度。如果它们具有高的强度，则它们通过混合水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、金属纤维和水形成，其混合比例是1∶0.9～1.7∶0.1～0.3∶0.02～0.1∶0.01～0.06∶0.03～0.2∶0.2～0.45，并具有60MPa到100MPa的后固化强度。其中，各个梯阶单元结构具有一到四个梯阶，各个梯阶具有整体形成的踏板113和竖板111。各个梯阶单元结构在其一个端部具有插入脊113，并且在其另一个端部具有伸长的插入槽114，从而能够通过将一个梯阶单元结构的插入脊安装到另一个梯阶单元结构的伸长的插入槽中，而将多个这种楼梯结构单元一个接一个的连接，由此形成楼梯部分10(参见图1到3)。
由于以上已经参照图1描述了楼梯10的制造过程，因此，在此省略其额外描述。
图1中的内螺纹式的梯阶单元结构110包括：踏板113(其底侧前端形成有伸长的插入槽114)，以及竖板111(其顶端形成有插入脊112，并垂直于踏板113延伸)，其中，踏板113和竖板11形成为一体。作为一种选择，在踏板113顶侧的前区域可形成有多个防滑槽116，此外，多个加固条117(例如，铁加固条)嵌入在踏板113中，多个内螺纹(未用附图标记示出)分别邻近于踏板的加固条117的相对侧端形成，螺纹孔115暴露于梯阶单元结构110的相对侧面。因此，在形成楼梯部分10(参见图1)时，多个梯阶单元结构110以如下方式组装：将一个梯阶单元结构110的插入脊112插入到第二个梯阶单元结构的伸长的插入槽114中，然后将第二个梯阶单元结构110的插入脊112插入到第三个梯阶单元结构110的伸长的插入槽114中。
图5到图7中显示的内螺纹式的梯阶单元结构120、130和140通过整体连接图4中显示的两到四个内螺纹式的梯阶单元结构110而形成，并基本和上述梯阶单元结构110的建造相同。因此，在这里省略了对内螺纹式的梯阶单元结构120、130和140的进一步描述。
图12示意性地示出了用于内螺纹式的梯阶单元结构110、120、130和140的踏板113的示例，其中，在图的左侧部分显示了左视图，而右侧则显示了截面俯视图。踏板113包括两个或三个嵌入在踏板113中的加固条117，以及螺纹孔15中的内螺纹16，螺纹孔15在踏板113邻近加固条117的相对端部的位置形成，并向踏板113外侧开放。
因此，在内螺纹式的梯阶单元结构110、120、130和140中，螺钉从楼梯基21的外表面穿过楼梯基21，被安装到螺纹孔115中，以此将楼梯10和楼梯基21相互连接在一起，如上参照图1所述。
图8到图11分别是显示根据本发明优选实施方案的外螺纹类型的梯阶单元结构110a、120a、130a和140a的立体图，其中，除了在图8到图11显示的加固条117嵌入在踏板113中且不具有任何内螺纹、并且在加固条117的暴露的端部形成有外螺纹118外，加固条117基本与图4到图7中显示的相同。因此，在这里省略了对加固条117的进一步描述。
图13示意性地示出了用于外螺纹式的梯阶单元结构110a、120a、130a和140a的踏板113的示例，其中，在图的左侧部分显示了左视图，而右侧则显示了截面俯视图。踏板113包括两个或三个嵌入在踏板113中的加固条117，以及加固条117的相对端部暴露在踏板113的外侧，其中，外螺纹118在踏板113在加固条117的暴露的端部上形成。
因此，在外螺纹式的梯阶单元结构110a、120a、130a和140a中，螺母51被安装到延伸穿过楼梯基20的外螺纹118上，以此将楼梯10和楼梯基20相互连接在一起，如以上参照图2所述。
通常使用铁模具来制造上述梯阶单元结构110、120、130和140，因为这种模具可以反复使用。然而，考虑到制造模具的难易度和成本，可以使用塑料模具或经过纤维加固的塑料模具。
作为一种选择，通过预先将有机或无机的颜料与梯阶单元结构和/或楼梯基的材料混合并搅拌，接着浇筑并固化这些材料，来制造出具有期望颜色的根据本发明的梯阶单元结构和/或楼梯基，在此，可以简化或省略上色的工作，这些工作可以在完成建造楼梯系统后作为修整工作来执行。
下面将参照图15进一步描述楼梯基20。楼梯基20以传统的形式形成，具有底部水平区域28，倾斜区域27和顶部水平区域29。穿过楼梯基20形成有多个固定孔24，固定孔24与嵌入在踏板11(各个踏板可具有两个或三个如上所述的加固条170)并从其相对两侧延伸的加固条117的位置对应，以使得加固条117延伸通过固定孔24，从而连接和支撑踏板40和楼梯基20。楼梯基20(其为由纤维增强水泥复合材料制造的预制部件)具有纤维增强水泥复合材料体的拉伸强度(约15MPa)，这对于楼梯基来说是足够的。然而，通过在楼梯基20内嵌入一个或多个弯曲的加固条(例如，具有向上弯曲端部的铁加固杆，未示出)或如图所示的加固金属丝网26来确保这种楼梯基的拉伸强度的加固也是可能的，其中，加固条或加固金属丝网26的数量和嵌入位置通过计算楼梯基能够足以支撑在楼梯基20上发生的拉伸载荷的拉伸强度而确定。
如果期望的话，可以在楼梯基20的上方提供导杆或安全围墙，从而保护年老和体弱者。
尽管对于本发明来说是可选的，但是楼梯基20的厚度优选为不大于10cm，更优选为不大于7cm，从而降低楼梯基20的重量。
图16到18示例性地显示了用于通过组装多个不同的梯阶单元结构110、110b和110c(其每一个形成单独的梯阶)形成楼梯系统的实施例，其中，附图标号27表示楼梯基20或21的倾斜区域。
图16显示了梯阶单元结构110，其中各个单元结构与图4中示出的一致。图17显示了其中每一个与图4中示出的相比具有不同形式的梯阶单元结构110b，其中梯阶单元结构110b包括具有位于其顶侧后端的插入脊的踏板(未用附图标记表示)，以及从踏板的前端向下延伸并在其下端具有伸长的嵌入槽(未用附图标记表示)的竖板(未用附图标记表示)，踏板和竖板相互形成为一体。图18显示了每一个采取了另外不同形式的梯阶单元结构110c，其中梯阶单元结构110c具有踏板，从踏板的前端向下延伸并在其下端具有伸长的嵌入槽(未用附图标记表示)的前竖板，以及从踏板的后端向上延伸并在其顶端具有伸长的嵌入脊(未用附图标记表示)的后竖板，踏板和前后竖板相互形成为一体。
在将图16-18所示的本发明的梯阶单元结构110、110b和110c以及图5-11所示的其他梯阶单元结构110a、120、130a、130、140和140a相互连接在一起时，不需要使用例如螺钉的固定装置。
此外，为了进一步确保本本发明的预制楼梯上的应力分布，以及获得稳定的预制楼梯系统，可以在如图19所示的楼梯基20的内表面形成用于插入踏板(在图1到3中用附图标记11表示)的矩形槽210。
如果楼梯基20具有如图19所示的矩形槽210，则使用如图20-22所示的通过修改以适用于这种楼梯基20的梯阶单元结构110’、110b’和110c’是必要的。梯阶单元结构110’、110b’和110c’分别与图16-18中示出的梯阶单元结构110、110b和110c基本相同，不同点在于，各个踏板113具有从踏板113的左右两侧一体延伸出的延伸部分113a，从而使得延伸部分113a可嵌入或支撑于相应的楼梯基20上的矩形槽210，以确保应力分布。因此，在此省略了对梯阶单元结构110’、110b’和110c’进一步的详细描述。
当然，还可以形成具有这样的延伸部分113a的梯阶单元结构110’、110b’和110c’，其中在外螺纹类型(例如上述外螺纹类型的梯阶单元结构)中，延伸部分113a在如上所述的踏板113的左右两侧与踏板113一体形成，并且加固条117的对于本发明来说不是必需的而是可选的。
图23示例性地显示了在将本发明的预制楼梯10设置在由支撑件90承载的楼梯平台梁60上后，构造地面楼梯平台3和4、中间楼梯平台2以及墙体(在图25中用附图标记80表示)的方法。
首先，参照图26描述楼梯平台梁60。尽管通过高强度的纤维增强水泥复合材料形成这种楼梯平台梁60是可能的，但是期望通过具有超高强度的纤维增强水泥复合材料来形成。
具体地，这种楼梯平台梁可由水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水的混合物形成，其混合比例是1∶0.9～1.7∶0.1～0.3∶0.02～0.1∶0.01～0.06∶0.03～0.2∶0.2～0.45，并具有60MPa到100MPa的后固化强度，和不高于7％的空隙率，通常的范围为3％到7％。然而，更优选的是，这种楼梯平台梁可由水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水的混合物形成，其混合比为1∶0.8～1.5∶0.2～0.4∶0.05～0.3∶0.02～0.07∶0.05～0.4∶0.18～0.3，并具有100MPa到200MPa的后固化强度，和不高于5％的后固化空隙率，通常的范围为3％到5％。
上述楼梯平台梁60具有至少两个嵌入在其中的加固条61，以及分别在加固条61相对两侧附近设置的加固部件62，其中，加固条61延伸超出加固部件62，从而使得加固条61的延伸部分63暴露到楼梯平台梁60的外侧。此外，多个肋条64嵌入在楼梯平台梁60中，并从其顶部表面延伸暴露出。楼梯平台梁60的前侧可以被形成为倾斜的延伸部分65，这在本发明中不是必须的而是可选的。
提供加固条61从楼梯平台梁60延伸的延伸部分63，目的在于浇筑混凝土后将楼梯平台梁60与墙体结合在一起，从而增强楼梯的结构稳定性，提供暴露到楼梯平台梁60顶部的肋条64的目的在于，在浇筑混凝土后使楼梯平台梁60和混凝土之间具有足够的结合强度，其中，楼梯平台梁60和混凝土将形成地面楼梯平台或中间楼梯平台。
如果楼梯平台(用于地面楼梯平台和中间楼梯平台的概括性术语)具有例如约15cm的厚度，则楼梯平台梁60具有约为5cm的厚度(高度)。此外，楼梯平台梁60应该具有能够支撑楼梯基20的最小宽度，并具有在楼梯平台板中方便铁加固条设置的形式。
如图23所示，使用上述楼梯平台梁60来加强模具的支撑力，因为这种模具提供的支撑力不足以使得预制楼梯10被设置在模具上，这种预制楼梯10被设置于由支撑件90支撑的楼梯平台梁60上。
在图中，附图标记32表示加固条。
图24是显示用于同时构建地面楼梯平台3和4、中间楼梯平台2、以及墙体(在图25中用附图标记80表示)的本发明方法的示例性侧视图，图25是沿着图24中的线I-I获取的截面图。
参照图24，顶部水平区域29和底部水平区域28被分别置于楼梯平台60上，楼梯平台60由支撑件90支撑。在所示出的实施例中，用于形成墙体的模具可由多个标准的矩形模具80(即，位于由V1、h1、V2和h2限定的区域外侧的面积)和多个标准的三角形模具70a构成，标准化的矩形模具70a与位于楼梯基20的区域(即，由V1、h1、V2和h2限定的区域内侧的面积)内的倾斜区域27接触，其中，用于预制楼梯10的楼梯基中的一个楼梯基20用来作为模具。在附图中，附图标号2和4分别表示中间楼梯平台和地面楼梯平台。
如图25所示，用作模具的楼梯基20位于这样的位置，在该位置楼梯基20能够被嵌入并固定到要被构建的墙体80中(即，处于不与模具70和70a共面，而是偏移到墙体80内的平面上的位置，因此楼梯基20可以由墙体80牢固地支撑)，因此，同时形成墙体80、地面楼梯平台3和4、以及中间楼梯平台2，从而使得在构造的过程当中，预制楼梯10能够提供工作空间和移动线。因此，这种预制楼梯在使用上是非常经济和实用的。
同时，不管用于墙体的模具是永久模具还是临时模具，形成墙体模具(其中一些由替代现有模具的楼梯基来形成)是容易的。
如上所述，由于本发明的纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统具有的柔韧性，其在耐用性和负载承载能力方面具有突出的优点，同时还具有60MPa到200MPa的高或超高强度。此外，它还具有优秀的水密性，并具有能够显著降低行走噪音等性能。此外，通过使用一个或多个上述纤维增强水泥复合材料预制梯阶单元结构，能够简单和容易地提供本发明的预先制造的高强度或超高强度纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统。因此，能够通过以下步骤安装这种楼梯系统，即，在无需制造用于楼梯自身的模具或支撑件的情况下，支撑楼梯平台梁，接着简单地将一个或多个梯阶单元结构设置在楼梯平台梁上。此外，由于可以使用楼梯基替代一些用于形成墙体的模具，因此，可以通过组装用于楼梯平台和墙体的模具、接着同时将混凝土注入到所有的模具中，而整体地形成墙体和楼梯平台。此外，在构建的过程中，不仅预制楼梯可以用作工作通道，而且在制造过程中墙体还能够支撑一个或两个倾斜的楼梯基的载荷，其结果是降低了劳动力成本、由于缩短了建造周期而减少了建造成本、减少了制造/运输成本，以及缩短了建造时间。此外，通过用本发明的预先制造的纤维增强水泥复合材料预制楼梯系统替换传统的混凝土或金属框架楼梯系统(构造所述传统系统需要大量劳力和时间)，在节约建造成本和缩短建造周期方面取得了划时代的进步。因此，可以预期本发明的楼梯将会取代相当可观的一部分传统混凝土或金属框架楼梯系统。
尽管出于描述性目的，描述了本发明的优选实施方案，但是对于本领域的技术人员来说，在不背离如所附权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，显然可以进行各种修改、增加和替换。

Claims (16)

1.一种预制的梯阶单元结构，其中，所述梯阶单元结构由水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水的混合物形成，其混合比例为1∶0.8～1.5∶0.2～0.4∶0.05～0.3∶0.02～0.07∶0.05～0.4∶0.18～0.3，并具有100MPa到200MPa的后固化强度，并且所述梯阶单元结构包括至少一个梯阶，所述梯阶具有彼此形成为一体的至少一个踏板和至少一个竖板。
2.如权利要求1所述的预制梯阶单元结构，其中，所述至少一个梯阶具有在其一端形成的插入脊，以及在其另一端形成的伸长的插入槽。
3.如权利要求2所述的预制梯阶单元结构，其中，所述梯阶具有一个踏板，以及一个从所述踏板的后端向上延伸的竖板，所述伸长的插入槽在所述踏板的底侧的前端形成，所述插入脊在所述竖板的顶端形成。
4.如权利要求2所述的预制梯阶单元结构，其中，所述梯阶具有一个踏板，以及一个从所述踏板的前端向下延伸的竖板，所述伸长的插入槽在所述踏板的顶侧的后端形成，所述插入脊在所述竖板的底端形成。
5.如权利要求2所述的预制梯阶单元结构，其中，所述梯阶具有踏板、从所述踏板的后端向上延伸的第一竖板、以及从所述踏板的前端向下延伸的第二竖板，插入端在所述第一竖板的顶端或所述第二竖板的底端形成，所述伸长的插入槽在所述第二竖板的底端或所述第一竖板的顶端形成。
6.如权利要求2所述的预制梯阶单元结构，其中，所述踏板在其两侧具有延伸部分。
7.如权利要求1所述的预制梯阶单元结构，其中，在所述踏板中嵌入有至少两个加固条。
8.如权利要求7所述的预制梯阶单元结构，其中，所述踏板在邻近所述加固条的相对端的位置形成有螺纹孔，各个所述螺纹孔设置有内螺纹，并且朝着所述踏板的外侧开放，或者所述加固条延伸超出所述踏板的两个横向侧，并且所述加固条的端部形成有外螺纹。
9.如权利要求1所述的预制梯阶单元结构，其中，在所述踏板的顶侧前端形成有多个防滑槽。
10.一种预制楼梯系统，包括：
楼梯，其通过一个接一个地将多个梯阶单元结构连接在一起形成，各个所述梯阶单元结构包括至少一个梯阶，所述梯阶具有彼此形成为一体的至少一个踏板和至少一个竖板；以及
一对与所述楼梯结合的楼梯基，
其中，所述梯阶单元结构由水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水的混合物形成，其混合比例是1∶0.8～1.5∶0.2～0.4∶0.05～0.3∶0.02～0.07∶0.05～0.4∶0.18～0.3，并具有100MPa到200MPa的后固化强度。
11.如权利要求10所述的预制楼梯系统，其中，所述楼梯基中的至少一个由金属材料形成，或者由这样一种混合物形成，所述混合物由水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水形成，其混合比为1∶0.8～1.5∶0.2～0.4∶0.05～0.3∶0.02～0.07∶0.05～0.4∶0.18～0.3，并具有100MPa到200MPa的后固化强度。
12.如权利要求10所述的预制楼梯系统，其中，各个所述楼梯基具有顶部水平区域和底部水平区域，一对连接部件分别将所述楼梯基的所述顶部水平区域和底部水平区域相互连接起来，各个所述连接部件具有加固部件和多个加固条，所述加固条垂直地连接到所述加固部件。
13.如权利要求10所述的预制楼梯系统，其中，在所述踏板和所述楼梯基之间插入有内应力分配结合部件，各个所述内应力分配结合部件具有本体、一对用于紧夹踏板的侧翼、以及从所述本体向下延伸的延伸部分，在所述楼梯基的外表面设置有外应力分配结合部件，其中，所述内应力分配结合部件和所述外应力分配结合部件分别通过螺钉相互连接固定在一起，所述本体和各个所述内应力分配结合部件的延伸部分被定位分别为与一个踏板和一个竖板的相应横向侧抵靠，以及与所述楼梯基其中之一的、与所述踏板和竖板的所述横向侧相对的内表面抵靠。
14.一种建造预制楼梯系统的方法，包括：
(A)组装如权利要求1所述的多个纤维增强水泥复合材料的预制梯阶单元结构，以及使用螺钉将所述梯阶单元结构安装到一对楼梯基，从而形成如权利要求10所述的预制楼梯；
(B)在形成所述预制楼梯之后或同时，将两个连接部件固定到所述楼梯基的顶部和底部水平区域，各个所述连接部件具有加固部件和多个加固条，所述加固条与所述加固部件垂直连接；
(C)在支撑件上设置楼梯平台梁，所述支撑件位于形成有一个或多个地面楼梯平台和中间楼梯平台的区域处，各个所述楼梯平台梁设置有至少一个加固条；
(D)将具有固定的连接部件的预制楼梯设置在所述楼梯平台梁上；
(E)以这样的方式组装用于建造所述地面楼梯平台、所述中间楼梯平台和墙体的模具，即，在所述楼梯基能够嵌入并固定到待被建造的所述墙体的位置，所述楼梯基中的一个能够作为模具使用；以及
(F)将混凝土注入到所述模具，从而同时整体地形成所述地面楼梯平台、所述中间楼梯平台和墙体。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述楼梯基中的至少一个由金属材料形成，或者由这样一种混合物形成，所述混合物由水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水形成，其混合比为1∶0.8～1.5∶0.2～0.4∶0.05～0.3∶0.02～0.07∶0.05～0.4∶0.18～0.3，并具有100MPa到200MPa的后固化强度。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述楼梯平台梁由金属材料形成，或者由这样一种混合物形成，所述混合物由水泥、细集料、装填料、细陶瓷粉、减水剂、金属纤维和水形成，其混合比为1∶0.8～1.5∶0.2～0.4∶0.05～0.3∶0.02～0.07∶0.05～0.4∶0.18～0.3，并具有100MPa到150MPa的后固化强度，所述楼梯平台梁还包括从其顶侧延伸出的多个肋条。
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