一种用于装配式建筑的夹板型无外架施工平台及作法

技术领域

本发明涉及一种用于装配式建筑的夹板型无外架施工平台及作法，属于结构工程技术领域。

背景技术

以工业化为依托，大力发展住宅建筑产业化，是我国建筑行业发展的核心动力和内在需求，并以此对建筑装配率以及绿色施工技术提出更高的发展要求。住宅建设过程中的外防护施工平台，是为施工人员提供作业面以及安全防护的必要措施。近年来，施工防护体系逐渐向装配化、可循环、造价低、轻量化以及绿色环保等方向发展。随着国家大力推进装配式绿色施工体系，在工程建设中应用施工效率高，可频繁周转的装配式无外架施工防护系统成为未来主要的发展方向。

现有的建筑施工防护体系类型较多，就脚手架式来说，可分为落地式、外挂式及悬挑式三种，其中落地式一般应用于低层建筑，外挂式和悬挑式多应用于多高层建筑，另外对于一些高层建筑及超高层建筑还可以采用自爬升施工体系。

上述传统的建筑施工防护体系在现有的建筑施工条件下存在着许多的弊端：(1)搭建外防护架结构耗用的材料多，容易造成不必要的浪费；(2)外防护结构材料占用的施工场地较大，给施工进程造成许多不便；(3)装配化程度低，需要大量的施工人员相互配合工作，在施工过程中存在较大的安全隐患；(4)承载效率较低，对于多高层的建筑，若采用传统外防护架结构，当达到一定的建筑高度由于长细比过高容易产生失稳，存在安全隐患；(5)自爬升施工形式的施工平台仅适用于高层建筑及超高层建筑，对于一些低多层的民用住宅领域使用较少，且采用自爬升施工体系将会使得成本造价过高。

基于此，本发明创造性的提出了一种用于装配式建筑的夹板型无外架施工平台及作法，该结构克服了传统建筑施工防护体系装配效率低，安全隐患大的弊端，特别适用于低多层剪力墙体系的民用住宅建筑，在保证承载力及结构可靠性达到要求的前提下，能显著地降低施工成本，减少安全隐患，提高装配效率，为剪力墙民用住宅建筑施工防护平台结构提供技术参考。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于装配式建筑的夹板型无外架施工平台及作法，以解决传统外防护架施工平台组装复杂，受力不合理，装配率低等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于装配式建筑的夹板型无外架施工平台及作法，该构造分为受力构造、围护构造以及节点连接构造；受力构造分为主体受力构件和加强构件。

受力构造中的主体受力构件为两个三角桁架承重结构(1)，每个三角桁架承重结构(1)的底端上设有加强构件，加强构件由弯折夹板(9)和垫板(10)焊接而成，三角桁架承重结构(1)的底端插入弯折夹板(9)中，弯折夹板(9)上设有固定对穿螺栓(8)的螺纹孔，通过固定对穿螺栓(8)和垫板(10)将三角桁架承重结构(1)固定到附着墙体(5)上，卡住三角桁架承重结构(1)。两个三角桁架承重结构(1)在同一平面上平行布置，围护构造通过节点连接构造安装在三角桁架承重结构(1)上。

围护构造包括脚手架框架横杆(13)、内侧脚手架竖杆(14)、外侧脚手架竖杆(15)、脚手架围护横杆(16)、模板支撑(17)以及载人模板(18)。围护体系内侧框架竖杆(13)和围护体系外侧框架竖杆(14)均竖直安装在三角桁架承重结构(1)上，围护体系框架横杆(15)安装在围护体系内侧框架竖杆(13)和围护体系外侧框架竖杆(14)之间，围护体系连系横杆(16)安装在相邻围护体系外侧框架竖杆(14)之间，围护体系内侧框架竖杆(13)、围护体系外侧框架竖杆(14)、围护体系框架横杆(15)以及围护体系连系横杆(16)均通过脚手架紧扣件紧固连接。模板支撑(18)则通过螺栓固定在三角桁架承重结构(1)上。模板支撑(18)上铺设搭载模板(17)。节点连接构造由桁架体弦杆圆钢管连接件(11)构成，桁架体弦杆圆钢管连接件(11)通过上部脚手架紧固螺栓(12)与围护体系内侧框架竖杆(13)、围护体系外侧框架竖杆(14)进行紧固。

所述的三角桁架承重结构(1)由桁架弦杆(2)、桁架竖杆(3)和桁架斜杆(4)焊接而成，采用热轧无缝钢材。桁架斜杆(4)与桁架弦杆(2)、桁架竖杆(3)之间的夹角为45°。桁架竖杆(3)的上部通过受力对穿螺栓(6)和钢管局部增强部件(7)固定到附着墙体(5)上。

所述受力对穿螺栓(6)采用高强螺栓。

所述钢管局部增强部件(7)为螺栓套筒。

所述固定对穿螺栓(8)采用高强螺栓，将弯折夹板(9)及垫板(10)固定在附着墙体(5)上。

所述弯折夹板(9)采用热轧无缝钢材，弯折夹板(9)的上部设有弯折面，弯折面的中心与竖向之间的夹角为30°。

所述垫板(10)采用采用热轧无缝钢材。

所述圆钢管连接件(11)采用圆钢管。

所述上部脚手架紧固螺栓(12)采用M14普通螺栓。

所述脚手架框架横杆(13)作用是连接内外侧竖向的脚手架钢管。

所述内侧脚手架竖杆(14)、外侧脚手架竖杆(15)及脚手架围护横杆(16)，相互连接成框架形式。

所述模板支撑(17)采用角钢框。

所述载人模板(18)为木模板。

本发明涉及一种用于装配式建筑的夹板型无外架施工平台及作法，其具体作法如下：

第一步：在工厂车间加工三角桁架承重结构(1)，将方形钢管在规定的尺寸位置焊接成三角架，桁架斜杆与横向及竖向所成角度为45°。在桁架竖杆(3)距离桁架弦杆下部开孔，并将螺栓套筒焊接在开孔位置，焊后将焊接位置打磨平整，方便后续螺栓的连接，而后在桁架弦杆上焊制角钢框，框内设支撑钢筋，严格控制焊缝的质量。

第二步：在工厂车间加工圆钢管连接件(11)，将其焊接在桁架弦杆上距外端部和桁架竖杆中心处，控制好焊缝的质量。

第三步：购买相应尺寸及强度的钢板，进行切割、打磨等制作弯折夹板(9)及垫板(10)。方便三角桁架承重结构(1)的插入。

第四步：在工厂车间加工钢管脚手架，按照规定尺寸制成所需的杆件，连接成框架形式，其间距同三角桁架承重结构(1)，按规范规定进行设置，个别距离过大部位在横向钢管外另外设置附加钢管，外挂密目及小孔洞防护网。在竖向脚手架底部相应位置焊接螺母，方便后期与圆形钢管连接件的固定。

第五步：通过脚手架紧固螺栓(12)将竖向脚手架与钢管连接件(11)固定，并在附着墙体(5)相应位置通过固定对穿螺栓固定弯折夹板(9)及垫板(10)。

第六步：将已搭接好的整个防护架结构吊装到外墙板相应的位置，在竖向钢管预留孔洞位置，通过受力对穿螺栓(6)将防护架结构固定在墙体上，将螺栓拧紧固定。三角架竖向钢管下部位置插入上部弯折夹板(9)中，即完成此种装配式建筑外防护结构。安装完成后，在角钢框上满铺模板，桁架弦杆外端部预设挡脚板，使用模板制作，外侧刷涂黄黑相间油漆。

与现有技术相比，本发明涉及一种用于装配式建筑的夹板型无外架施工平台及作法，具有以下优势：

(1)受力明确，承载力可提高2倍以上。本发明涉及的外防护平台结构主要的受力节点为桁架竖杆的受力对穿螺栓，该构件采用S10.9级高强螺栓，承受上部传来的剪力及部分弯矩造成的拉力作用。为了防止紧固螺栓时造成开孔部位钢管壁局部屈曲，影响整体受力，本发明创造性的在开孔部位焊接一螺栓套筒，对钢管局部位置进行加劲处理。三角桁架承重结构下部插入夹板中，弯折夹板通过固定对穿螺栓与附着墙体连接在一起，有效的防止了三角桁架承重结构(1)的平面外转动。整体结构显著地提高了安全储备，较传统无外架施工防护体系，用钢量未明显增加但承载力提高了2倍以上，同时防止了结构在平面外产生失稳破坏。

(2)组装简便，装配化程度高，工业化水平高。本发明涉及的三角桁架承重结构、上部钢管脚手架、弯折夹板等构件在工厂均可预制，在施工现场进行拼装，减少了施工现场焊接与湿作业工作量。本发明创造性的通过圆钢管连接件将上部钢管脚手架与三角桁架承重结构固定，而后只需利用紧固螺栓拧入脚手架上预留的螺母，拧紧后顶在连接件上即可，操作简便，节点连接牢固。同时本发明创造性的利用弯折夹板固定构件的方法，将夹板和垫板提前安装在附着墙体上，之后将在施工现场装配好的构件吊装到相应位置，插入到弯折夹板中，上部拧紧受力对穿螺栓即可，本发明采用的这种固定方式能显著的提高施工的效率，安拆灵活，周转次数高，减少了施工人员在作业时的安全隐患。

(3)减少浪费，降低造价成本，占用施工场地少。本发明涉及的无外架防护平台防护结构共制作两层，构件吊装前可将防护架提前安装在构件上一起吊装，而后将拼装完成的防护架安装在预制外墙板上即可，待上层预制外墙板进场后，将下层外墙上的防护架用塔机吊运拆除，并安装在新进场的外墙板上，流水施工，操作灵活。相较于传统防护工作平台，其耗材量显著的减少，不需要占用很多施工场地，降低对其他工程项目进度的影响，也减少了材料不必要的浪费，降低了施工造价成本。

(4)外防护架结构采用方形截面而非传统工字钢或角钢。若参考传统习惯作法采用工字形截面，则会造成三角架体在两个主轴方向的惯性矩差别过大，平面外失稳风险较高，构件强度无法完全发挥。方钢管三角架体的两个主轴方向惯性矩相同，且其在复杂应力状态下的工作性能的明显优于工字形截面。

(5)上部钢管脚手架采用框架形式，提高了结构整体稳定性。较传统外防护工作平台只有外侧立杆的无外架防护，本发明涉及的防护施工平台，设有内侧立杆及脚手架框架横杆，使得整体成框架形式，显著的提高了结构整体的稳定性，减少了施工人员作业时的安全隐患。

附图说明

图1无外架防护施工平台整体结构示意图

图2三角桁架承重结构构造详图

图3三角桁架承重结构与附着墙体上部螺栓连接详图

图4三角桁架承重结构与附着墙体下部夹板连接详图

图5上部脚手架竖杆与三角桁架承重结构连接详图

图6整体结构连接剖切面图

具体实施方式

下面结合具体实施例对发明做进一步说明

如图1所示，一种用于装配式建筑的夹板型无外架施工平台，该构造在结构功能上可分为受力构造、围护构造以及节点连接构造，其中受力构造可分为主体受力构件和加强构件。

受力构造中的主体受力构件由桁架弦杆(2)、桁架竖杆(3)及桁架斜杆(4)焊接而成，并通过受力对穿螺栓(6)连接到附着墙体(5)上。加强构件由弯折夹板(9)和垫板(10)焊接而成，夹板(9)上对应设有固定对穿螺栓(8)的螺纹孔，而后通过固定对穿螺栓(8)连接到附着墙体(5)上，可以卡住上部主体受力构件。

围护构造由脚手架框架横杆(13)、内侧脚手架竖杆(14)、外侧脚手架竖杆(15)、脚手架围护横杆(16)、模板支撑(17)以及载人模板(18)组成。其中脚手架框架横杆(13)、内侧脚手架竖杆(14)、外侧脚手架竖杆(15)、脚手架围护横杆(16)通过脚手架紧扣件紧固连接。模板支撑(17)则通过螺栓固定在桁架弦杆(2)上。

节点连接构造由圆钢管连接件(11)构成，通过螺栓与内侧脚手架竖杆(14)、外侧脚手架竖杆(15)分别紧固。

所述的三角桁架承重结构(1)由桁架弦杆(2)、桁架竖杆(3)和桁架斜杆(4)焊接而成，方钢管统一采用Q345级热轧无缝钢材，截面尺寸规格为100mm×100mm×4mm，为构件主要的承重结构。采用方钢管使得两个主轴方向惯性矩相同，提高了抵抗失稳破坏的能力。桁架竖杆高1100mm，上部与桁架弦杆齐平，桁架弦杆长1200mm，桁架弦杆上焊接了圆钢管连接件(11)是为了固定上部脚手架，桁架斜杆(4)与横向、竖向成45°角，于距桁架弦杆外端200mm处、距桁架竖杆下端200mm处进行焊接，焊接的过程中要严格的控制焊缝的质量，保证其与母材等强，防止产生应力集中的现象，构件具体情况见图2，构件剖切面见图6。三角桁架承重结构(1)是该结构的主要受力体系，与传统施工围护体系使用角钢或圆钢管不同，本发明使用方钢管作为主要受力构件。经研究表明采用方钢管制作的三角桁架承重结构(1)是采用等用钢量角钢制作而成的受力构件承载力的1.5倍以上。

所述受力对穿螺栓(6)，采用M24 S10.9级高强螺栓，是整个防护结构的主要受力节点，该构件承受上部荷载传来的剪力及部分弯矩作用，布置在桁架弦杆(2)下方100mm处。为了防止紧固螺栓而造成钢管壁局部屈曲，影响整体受力，在钢管相应位置焊接钢管局部增强部件(7)，具体构造见图3。

所述钢管局部增强部件(7)采用截面尺寸规格为32mm×32mm×3mm的螺栓套筒。在上部受力对穿螺栓(6)所在的钢管相应位置开孔，将钢管局部增强部件(7)焊接在开孔位置，焊好后将焊接位置打磨平整，保证钢管壁与墙体紧密贴合形成摩擦作用。此处焊接螺栓套筒的目的是在钢管局部位置进行加劲处理，防止紧固螺栓时造成该部位钢管壁局部屈曲，影响整体受力。螺栓套筒内径较螺栓杆公称直径大1～2mm，此处考虑了施工装配误差，具体构造见图3。

所述固定对穿螺栓(8)，采用M24 S10.9级高强螺栓，它的作用是将弯折夹板(9)及垫板(10)固定在附着墙体(5)上，进而防止三角桁架承重结构(1)出现平面外转动，作为结构的第二道防线提高了结构整体安全储备，具体构造见图4。

所述弯折夹板(9)采用截面规格为300mm×90mm×14mm的钢板，采用热轧无缝钢材，弯折夹板的上部设有弯折面，弯折面的中心与竖向之间的夹角为30°，通过固定对穿螺栓(8)固定在墙体上，起到约束三角桁架承重结构(1)平面外转动的作用，弯折的目的是为了方便三角桁架承重结构(1)的插入。

所述垫板(10)采用了规格为140mm×100mm×5mm的钢板，采用热轧无缝钢材，将其与弯折夹板焊接，而后固定在墙体上，起到约束三角桁架承重结构(1)上下平动的作用，单人操作即可完成，灵活性较高，具体构造见图4。本发明创造性的提出了弯折夹板(9)与垫板(10)两者共同组成的受力体系加强构件。该构件主要约束了上部受力体系的平面外转动并可以提供一定竖向承载能力。传统附墙结构安装较为困难，至少需要两个以上施工人员在建筑外立面安装，本构造由于重量较轻，一般不会超过2kg，施工人员可以先将三角桁架承重结构(1)通过吊装设备安装在剪力墙上，再手持受力体系加强构件将其卡住三角桁架承重结构(1)然后使用高强螺栓将其与墙体紧固，因此只需要一名施工人员即可完成作业。同时，传统附墙钢架大多需要多个螺栓孔同时对准才可以进行装配，本构造则将承重体系上的两个螺栓孔转化为两个分别安装的独立螺栓孔，因此大大降低了装配难度。

所述圆钢管连接件(11)采用高度为150mm的圆钢管，其截面外径为50mm，小于脚手架内径，钢管壁厚度为3mm，其作用是连接内外侧的脚手架竖杆(14)、(15)。内侧圆钢管连接件焊接在桁架竖杆(3)中心点处，外侧圆钢管连接件焊接在距离桁架弦杆(2)外端部200mm处。在内外侧脚手架竖杆底部开螺栓孔，在螺栓孔位置焊接螺母，而后直接将其插到预先焊接好的圆钢管连接件(11)上，在使用上部脚手架紧固螺栓(12)通过焊接好的螺母拧入螺栓孔，当螺栓进入脚手架竖杆后会顶在圆钢管连接件(11)上，随着螺栓的不断拧紧，脚手架竖杆与连接件逐步牢固，具体构造见图5。本发明创造性使用圆钢管连接件(11)，首次在外围护体系中使用螺栓挤压紧固的方式对非主要受力体系与其支承系统进行连接，极大的提高了装配速度，且利于上部围护构件的循环利用。

所述上部脚手架紧固螺栓(12)采用M14普通螺栓，它的作用是通过拧入预留在竖向脚手架上的螺母，固定上部的脚手架，为结构整体的竖向防护作用提供保障，具体构造见图5。

所述脚手架框架横杆(13)采用外径80mm、厚度5mm的Q235等级钢材，其作用是连接内外侧竖向的脚手架钢管，使得整体连接成框架形式，增强整体的稳定性以及抗侧力性能，为施工人员的安全提供了有力的保障，具体构造见图1。传统施工围护体系通常只设置外侧围护杆件即相当于本发明中的外侧脚手架竖杆(15)和脚手架围护横杆(16)。本发明首次增加脚手架框架横杆(13)与内侧脚手架竖杆(14)，使上部围护体系形成框架系统，形成的框架系统显著提高了围护体系的稳定性和抗倾覆能力，可以有效提高围护系统的安全性及可靠性。

所述内外侧脚手架竖杆及脚手架围护横杆(16)，采用外径80mm、厚度5mm的Q235等级钢材，相互连接成框架形式，起到整体的竖向及横向防护作用。竖向脚手架钢管间距同三角桁架承重结构(1)，按规范规定进行设置，个别距离过大的部位在横向钢管外另外设置附加钢管，保证竖向脚手架钢管间距在1.5m之内，横向钢管间距1m，构件整体见图1。

所述模板支撑(17)采用∠5x5的角钢框，框内设直径为20mm的支撑钢筋，主要作用是将模板上的荷载传递给三角桁架承重结构(1)，具体构造见图1.

所述载人模板(18)为15mm厚木模板，直接满铺在模板支撑上，它的作用是为施工人员提供作业平台，具体构造见图1。

本发明涉及一种用于装配式建筑的夹板型无外架施工平台及作法，其具体作法如下：

第一步：在工厂车间加工三角桁架承重结构(1)，先购买相应尺寸的成品热轧钢，进行切割、打磨等制作成所需尺寸且截面规格为100mm×100mm×4mm的方形钢管，然后将方形钢管在规定的尺寸位置焊接成三角架，注意桁架斜杆与横向及竖向所成角度为45°。在桁架竖杆(3)距离桁架弦杆下部100mm处开孔，并将截面尺寸规格为32mmx32mmx3mm的螺栓套筒焊接在开孔位置，焊后将焊接位置打磨平整，方便后续螺栓的连接，而后在桁架弦杆上焊制角钢框，框内设直径为20mm的支撑钢筋，严格控制焊缝的质量。

第二步：在工厂车间加工圆钢管连接件(11)，购买相应强度及尺寸的成品热轧钢，进行切割、打磨等制作成所需的圆形钢管，要求钢管高度为150mm,圆钢管外径50mm,钢管壁为3mm。而后将其焊接在桁架弦杆上距外端部200mm处和桁架竖杆中心处，控制好焊缝的质量。

第三步：购买相应尺寸及强度的钢板，进行切割、打磨等制作弯折夹板(9)及垫板(10)。弯折夹板(9)截面规格为300mmx90mmx14mm，在上部250mm处弯折30°，垫板(10)截面规格为140mmx100 mmx5mm，方便三角桁架承重结构(1)的插入。

第四步：在工厂车间加工钢管脚手架，按照规定尺寸制成所需的杆件，连接成框架形式，其中竖向脚手架要求为2000mm以满足竖向防护的高度，其间距同三角桁架承重结构(1)，按规范规定进行设置，个别距离过大部位在横向钢管外另外设置附加钢管，保证竖向脚手架钢管间距在1.5m之内，横向钢管间距为1m，外挂密目及小孔洞防护网。在竖向脚手架底部相应位置焊接螺母，方便后期与圆形钢管连接件的固定。

第五步：通过脚手架紧固螺栓(12)将竖向脚手架与钢管连接件(11)固定，并在附着墙体(5)相应的位置通过固定对穿螺栓固定弯折夹板(9)及垫板(10)。

第六步：将已搭接好的整个防护架结构吊装到外墙板相应的位置，在竖向钢管预留孔洞位置，通过受力对穿螺栓(6)将防护架结构固定在墙体上，将螺栓拧紧固定。三角架竖向钢管下部位置插入上部弯折夹板(9)中，即完成此种装配式建筑外防护结构。安装完成后，在角钢框上满铺模板，桁架弦杆外端部预设200mm高挡脚板，使用模板制作，外侧刷涂黄黑相间油漆。

首先确定结构应用的承载力，根据《建筑结构荷载规范》及《建筑抗震设计规范》可确定施加在施工平台上的承载力，进而根据《钢结构设计规范》初步估计三角桁架承重结构方钢管外径及壁厚，而后通过弯矩及剪力计算利用《钢结构设计规范》确定桁架方钢管连接处的截面强度以及焊缝长度符合要求。

根据弯矩和剪力的验证计算选择合适类型及尺寸的高强螺栓及在桁架竖杆上的开孔位置，使得承重结构能够牢固的连接在附着墙体上。根据计算出来的方钢管外径及壁厚确定弯折夹板及垫板的长度及厚度，为了方便桁架竖杆的插入，将夹板按角度进行弯折。根据《脚手架搭设规范》及施工现场的具体条件确定使用的上部防护脚手架的类型尺寸，进而根据脚手架底部弯矩、剪力及轴力计算桁架弦杆上圆形钢管连接件的高度、厚度及外径，确定出连接件的焊缝长度，同时确定出脚手架底部开孔位置及所选用的螺栓类型及尺寸。

此防护结构共制作两层，构件吊装前可把防护架提前安装在构件上一起吊装，待构件进场后将已经拼装完成的防护架安装在附着墙体上，待上层预制外墙板进场后，将下层外墙上的防护架拆除，并安装在上层外墙板上，后期均按此流水施工。

根据“强节点弱构件”的设计原则，即节点区域的实际承载力大于构件的实际承载力，即需要加强三角架节点连接部位及与附着墙体的螺栓连接部位，当承重结构剪力与弯矩传递值螺栓与焊缝后，这些部位在承重时容易产生应力集中的现象，螺栓剪断与焊缝开裂均为脆性破坏，因此应保证这些节点部位有充足的安全储备。本发明涉及的外防护施工平台结构应该严格的处理结构的焊缝，保证其与母材等强，同时选择满足承载力的高强螺栓，使得结构破坏形式为钢管的变形破坏，这样从屈服到破坏的过程中是一个缓慢的过程，具有延性破坏的特征。

本发明涉及的外防护施工平台上部防护结构采用框架结构形式，较于传统的只有外侧立杆体系，巧妙的利用了框架结构梁柱搭配整体抗侧力强，稳定性强的特点，节点固定措施牢固。

采用本发明所述的建筑装配式无外架防护平台组装方便，整体性好，造价成本低，安全系数高，为剪力墙体系的民用住宅外防护施工平台提供技术参考。

以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。