1 楼梯的类型
楼梯，是在建筑上或者室内空间中能让人顺利地上下两个空间的通道，是融合了安全性、功能性与艺术性的不可缺少的关键构建。
楼梯从形式上分有旋转式、直线式、弧形楼梯以及异形楼梯；相对于空间比较小的住宅，一般适用旋转楼梯、直线楼梯和异形楼梯；而空间比较大点的可以选择弧形楼梯。
直梯，这是在实际中最为常见的一种楼梯形式，直上直下的造型最为简单，颇有一意孤行的径直感，直梯的简约几何线条给人以挺括和硬朗的感觉，直梯并不是没有多变的可能，它加上平台也可以实现拐角的设计；
弧形梯，它是以曲线来实现上下楼的连接，这种楼梯美观，而且可以做得比较宽敞，完全没有直梯拐角那种生硬的感觉。弧形梯是楼梯中行走最为舒服的一种；
旋梯，旋转楼梯的主要特点是空间的占用面积最小，盘旋而上的蜿蜒趋势着实让不少个性化的消费者心动。
图1：楼梯彩图
2 楼梯的规范
楼梯的尺寸标准是一套基于人体工程学、安全规范和长期实践总结出的准则，旨在确保楼梯的安全、舒适、高效和空间效率。本文介绍的曲面旋转楼梯设计，完全遵循国家标准《民用建筑设计统一标准》GB 50352-2019，尤其是符合住宅套内楼梯的规范，以及关键通用原则与安全要点。
2.1 住宅楼梯
2.1.1 踏步尺寸（核心）
踏面宽度（水平面）：≥ 260 mm，建议280-300 mm，脚能完全踩踏，舒适安全。
踢面高度（垂直面）：≤ 175 mm，建议150-170 mm，抬脚不费力。
2.1.2 梯段宽度
净宽：≥ 900 mm，指两侧扶手中心间的距离，（可以依据实际情况来调整）。
2.1.3 楼梯坡度
建议范围：30°-35°，住宅常用坡度约33°。
2.1.4 连续踏步数
一段连续的梯段不应超过18级，也不应少于3级（易被忽略）。
2.2 关键通用原则与安全要点
2.2.1 一致性：同一楼梯的所有踏步，其踢面高和踏面宽必须完全相同！
2.2.2 头部净空：始终遵守 ≥ 2200 mm 的最低要求。
2.2.3 旋转/弧形楼梯：要求距内侧扶手 250 mm 处的有效踏面宽 ≥ 220 mm。
3 旋转楼梯的设计
为了详细的诠释钣金旋转楼梯设计的过程与难点，我们将以1：10的旋转楼梯模型设计与制作为例。依据旋转楼梯的室内空间条件，我们预设楼梯总高H=2700mm，楼梯外径D=1900mm，楼梯内径d=700mm，楼梯旋向为顺时针旋转，楼梯的连续踏步数N=17级。
图2：踏步尺寸验证
图3：楼梯坡度验证
3.1 规范验证
我们按1：10比例画出AutoCAD的平面图（见图2与图3），验证楼梯的踏步尺寸与楼梯的坡度，从图2与图3显示的数值可以看出：
a. 旋转楼梯的每一级踏步的公称分度角度为21.18°
b. 距离内侧25mm处的有效踏面宽度是22.05mm
c. 最外侧的踏面宽度是34.91mm
d. 平均的踏面宽度是26.09mm（距离内侧36mm处）
e. 楼梯的坡度为31.33°
验证的结论，该旋转楼梯的设计方案满足国家标准《民用建筑设计统一标准》GB 50352-2019中的住宅套内楼梯的规范要求（见表1）。
表1：表自《民用建筑设计统一标准》GB 50352-2019
3.2 踏步建模
图4：踏步的标称踏面尺寸
我们从图2分解出图4，得出了踏步的标称踏面尺寸，为了使模型在加工过程中定位准确，便于焊接组装成形，我们刻意的增加1个板材厚度，将踏面的外侧弧长LT修正为36.60mm（标称外弧长35.11mm+板材厚度T=1.50mm）。
首先，进入SolidWorks用户界面，在“快速访问”工具栏中选择新建零件，单击“草图”控制面板中的“草图绘制”按钮，在左侧的FeatureManager设计树中选择“上视基准面”作为绘图基准面，绘制修正后的踏面草图，绘制完成后单击“退出草图”按钮；
其次，单击“钣金”控制面板中的“基体法兰/薄片”按钮，在“基体法兰”属性管理器中，修改“厚度”栏中的数值为1.50mm，“折弯半径”栏中的数值为1.00mm，“折弯系数”栏中折弯扣除的数值为2.55mm，单击“确定”按钮，生成踏面的实体（见图5）；
然后，单击“钣金”控制面板中的“边线法兰”按钮，在图上选择添加边线法兰的边线，以及法兰的方向，在“边线-法兰”属性管理器中，输入“角度”栏中的数值为90°，输入“法兰长度”栏中的给定深度为15.88mm，选择“外部虚拟交点”，在“法兰位置”栏中选择“材料在内”，单击“确定”按钮，生成踢面的实体（见图6）；
至此，完成了一级踏步的建模。
图5：踏面的草图
图6：踢面的实体
3.3 曲线阵列
曲线阵列是旋转楼梯设计建模最关键的一步，具体的步骤是：
3.3.1 以踏步实体的外侧最低点为起点，绘制一条螺旋线。
单击“曲面”控制面板中的“曲线”，选择“螺旋线/涡状线”按钮，在“螺旋线/涡状线”属性管理器中，“定义方式”栏中选择高度和圈数，“参数”栏中选择恒定螺距、选择顺时针，输入“高度”栏中的数值为270mm，输入“圈数”栏中的数值为1，输入“起始角度”栏中的数值为0.00°，单击“确定”按钮（见图7）。
3.3.2 测量生成的螺旋线长度，以便于计算曲线阵列的间距。
单击“评估”控制面板中的“测量”按钮，测量出螺旋线的长度是655.10mm，再次单击“测量”按钮，退出“测量”（见图8）。
3.3.3 计算曲线阵列的间距，生成旋转楼梯的实体。
曲线阵列的间距JJ=螺旋线总长/踏步数=655.10/17=38.53mm；单击“特征”控制面板中的“曲线驱动的阵列”按钮，在“曲线驱动的阵列”属性管理器中，输入“实例数”栏中的数值为17，输入“间距”栏中的数值为38.53mm，其他的选择默认，单击“确定”按钮，生成旋转楼梯的实体（见图9和图10）。
图7：生成螺旋线
图8：测量螺旋线的长度
图9：曲线阵列
图10：生成螺旋楼梯实体
至此，通过规范验证、踏步建模与曲线阵列，我们已经完成了旋转楼梯的主体实体建模，为了完善模型的制作，我们特别增加了底板、内护边、外护边与出口边板，便于呈现完整的旋转楼梯（见图11）。与此同时，我们归纳整理了全部的旋转楼梯设计参数（见表2）。
最后，我们依据完成的设计图纸，实际做出了旋转楼梯的实物样品（见图12），进一步验证了旋转楼梯设计的合理性以及编制工艺的可行性。
图11：完整的旋转楼梯实体
图12：旋转楼梯的实物样品
表2：旋转楼梯设计数据表（1：10模型尺寸）
4 结束语
楼梯，就是可以让人顺利地上下两个空间的通道；楼梯设计是建筑结构内与室内空间中兼具安全性、功能性与艺术性的关键环节，相比之直梯和弧形梯，旋转楼梯不仅以它占用空间最小，而且以它盘旋而上的曲线营造出蜿蜒趋势的优美造型更加凸显个性。
采用钣金工艺制作旋转楼梯，在组装上可以整体焊接成形，也可以分体拼装成形，牢固安全；在结构上，无论是踏面、踢面，还是护边、栏杆与扶手，都可以很好的体现细节设计与工艺，细腻舒适；在外观上，尤其是多姿多彩的外观颜色与表面纹理，更可以与室内装饰的风格完美搭配，构成了一个美轮美奂的视觉亮点。
