一种用于住宅建筑的加劲承托型无外架施工平台及作法

技术领域

本发明涉及一种用于住宅建筑的加劲承托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

建筑外防护施工平台是一种为施工人员提供作业平台及安全保障的设施；近来出现的无外架施工防护体系无需从首层开始逐层搭建，提高了施工效率，减少了耗材量；由于国家大力发展装配式建筑，以此为依托的装配式无外架施工防护体系成为了新型施工平台的主要发展方向。

现有的外防护施工平台主要类型可分为脚手架式和自爬升式，其中脚手架式包括落地式、外挂式及悬挑式三种，落地式多用于低层建筑，外挂式和悬挑式则多用于多高层建筑，自爬升式依靠提升设备实现升降，多用于高层及超高层建筑。

上述介绍的外防护工作平台在现有的施工条件下存在着许多的弊端：(1)传统防护平台搭建过程中耗材多，造成浪费大；(2)运输费用高，材料占用的施工场地多；(3)搭建过程中需要大量的施工人员相互配合，安全隐患大，施工成本高；(4)采用传统防护平台搭建多高层建筑，当建筑高度到达一定程度由于长细比过高容易造成失稳，存在安全隐患；(5)自爬升形式防护平台对于一些低多层民用住宅建筑使用较少且施工成本过高。

基于此，本发明创造性的提出了一种用于住宅建筑的加劲承托型无外架施工平台及作法，该结构克服了传统外防护施工平台安拆复杂、安全隐患大、造价高的弊端，具有组装简便、主要组成材料不易损坏、周转次数高、固定措施牢固、安全性高、施工成本低的优势，特别适用于剪力墙体系的民用住宅，在保证承载力及结构可靠性达到要求的前提下，能够显著的提高施工场地利用率，减少安全隐患，降低施工造价，为剪力墙体系外防护施工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住宅建筑的加劲承托型无外架施工平台及作法，以解决传统外防护架组装复杂、施工成本高、安全隐患大等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于住宅建筑的加劲承托型无外架施工平台，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，加强构件由固定套管(11)、角钢承托(12)及三角加劲肋(13)焊接而成，三角桁架承重结构(1)的底端插入固定套管(11)中，固定套管(11)焊接在角钢承托(12)上，角钢承托(12)的底部设有三角加劲肋(13)，角钢承托(12)上设有固定对穿螺栓(10)的螺纹孔，通过固定对穿螺栓(10)和垫板(10)将三角桁架承重结构(1)固定到附着墙体(7)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。

围护构造由脚手架框架横杆(14)、内侧脚手架竖杆(15)、外侧脚手架竖杆(16)、脚手架围护横杆(17)、模板支撑(18)以及载人模板(19)构成。内侧脚手架竖杆(15)、外侧脚手架竖杆(16)均竖直安装在三角桁架承重结构(1)上，脚手架框架横杆(14)安装在内侧脚手架竖杆(15)和外侧脚手架竖杆(16)之间，脚手架围护横杆(17)安装在相邻外侧脚手架竖杆(16)之间，脚手架框架横杆(14)、内侧脚手架竖杆(15)、外侧脚手架竖杆(16)以及脚手架围护横杆(17)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(19)。节点连接构造由桁架体弦杆圆钢管连接件(8)构成，桁架体弦杆圆钢管连接件(8)通过上部脚手架紧固螺栓(9)与内侧脚手架竖杆(15)和外侧脚手架竖杆(16)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(5)和钢管局部增强部件(6)固定到附着墙体(7)上。

所述受力对穿螺栓(5)采用高强螺栓。

所述钢管局部增强部件(6)为螺栓套筒。

所述附着墙体(7)为现浇式或装配式。

所述圆钢管连接件(8)为圆形钢管。

所述固定对穿螺栓(10)采用高强螺栓。

所述固定套管(11)、所述角钢承托(12)、三角加劲肋(13)、脚手架框架横杆(14)采用热轧无缝钢材。

围护构造外挂密目网及防护网。

所述模板支撑(18)采用角钢框，角钢框内设有支撑钢筋，搭接在三角桁架承重结构(1)上。

所述载人模板(19)采用木模板。

一种用于住宅建筑的加劲承托型无外架施工平台及作法，其具体作法如下：

第一步：在工厂加工三角桁架承重结构(1)，在相应位置进行拼制焊接，其中桁架斜杆要求与竖、弦杆成45°角。在竖杆上部距弦杆开孔，而后将螺栓套筒焊接在钢管开孔位置，焊后将表面打磨平整，严格控制焊缝的质量，保证与母材等强。

第二步：在工厂加工固定套管(11)、角钢承托(12)及三角加劲肋(13)，购买相应尺寸与强度的钢板，进行切割打磨制成所需构件，其中固定套管(11)为三边套管，角钢承托(12)与三角加劲肋都采用10mm厚的钢材，而后在角钢承托相应位置预留孔洞，以便后期的螺栓连接，制成后将构件在规定的位置拼制焊接，严格控制焊缝的质量。

第三步：在工厂加工圆钢管连接件(8)，购买相应尺寸成品热轧钢，将圆钢管焊接在桁架弦杆(3)上，内侧焊接在桁架竖杆中心点处，外侧焊接在距弦杆外端部，另外将模板支撑(18)角钢框焊接在弦杆上，框内设支撑钢筋，严格控制焊缝质量。

第四步：在工厂加工所需的钢管脚手架，采用Q235钢材，按照规定的尺寸进行切割，然后将脚手架搭接成所需的框架形式，在内外侧竖杆对应位置预留孔洞，焊接好M14螺栓对应的螺母。焊后将竖杆插到圆钢管连接件(8)上，将M14紧固螺栓(9)拧入螺母，当螺栓进入竖杆后会顶在圆钢管连接件上，随着不断拧紧，逐步连接牢固。

第五步：将固定套管(11)、角钢承托(12)及三角加劲肋安装在附着墙体的下部对应位置，拧紧固定对穿螺栓(10)。而后将防护平台整体结构吊装到附着墙体的相应位置，下部插入固定套管中，上部通过受力对穿螺栓(5)将其与附着墙体固定。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住宅建筑的加劲承托型无外架施工平台及作法，具有以下优势：

(1)节点构造简单，施工效率高，造价成本低。本发明涉及的无外架防护平台构造简单，采用的三角桁架承重结构、上部脚手架结构、固定套筒、角钢及三角加劲肋均可以在工厂预制，运到施工现场安装，显著地提高施工效率。另外本发明涉及的防护平台耗钢材量少，周转次数高，无需改装也可用在其他工业化结构工程上，大大的降低了施工造价成本。

(2)组装简便，装配化程度高。本发明创造性的利用圆形钢管连接件将上部脚手架结构与三角桁架承重结构，上部框架形式的脚手架结构搭建完后只需插到圆钢管连接件拧紧螺栓即可，在地面场地就可完成操作，安全性高。同时本发明创造性的通过插入承托固定套筒的方式固定承重结构下端，提前将固定套筒、角钢承托等利用固定对穿螺栓安装在附着墙体对应位置，而后将装配完成的整体构件吊装到预定位置，三角桁架承重结构下端插入固定套筒，之后只需拧紧上部受力对穿螺栓即可，整体安装安全性高，不需要多个施工人员相互配合，操作灵活。

(3)传力路径清晰，承载力显著提高。本发明涉及的无外架防护平台主要的受力部位为竖杆上部的受力对穿螺栓，承受上部荷载传来的剪力及弯矩作用，为了防止紧固螺栓时产生局部屈曲，本发明创造性的将32mm×32mm×3mm的螺栓套筒焊接在钢管开孔的位置，焊后打磨平整，使钢管壁与墙体紧密贴合形成摩擦作用。承重结构下部通过承托固定套筒的方式与墙体连接，防止了结构产生在平面内的失稳，同时作为结构第二道防线提高了结构整体安全储备。

(4)脚手架结构采用框架形式，安全性高。本发明创造性的利用了框架结构的稳定性，较传统防护措施只有外侧竖杆，本发明涉及的竖向防护措施采用了内侧竖杆、围护横杆及框架横杆，整体构成框架结构，显著降低了施工人员作业时的安全隐患。

(5)三角桁架承重结构采用热轧无缝方钢管，提高了稳定性。

本发明涉及的三角桁架承重结构采用方钢管，而不是参考传统角钢截面，这使得截面在两个主轴方向的惯性矩相同，显著提高了抵抗失稳的能力，且在复杂应力状态下的工作性能明显增强了。

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墙体上部螺栓连接详图

图4三角桁架承重结构与墙体下部承托固定连接详图

图5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，一种用于住宅建筑的加劲承托型无外架施工平台，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竖杆(2)、桁架弦杆(3)及桁架斜杆(4)通过焊接形成，并通过受力对穿螺栓(5)连接到附着墙体(7)上。加强构件由固定套管(11)、角钢承托(12)及三角加劲肋(13)焊接而成，角钢承托(12)上对应设有固定对穿螺栓(10)的螺纹孔，而后通过固定对穿螺栓(10)连接到附着墙体(7)上，加强构件可以卡住上部主体受力构件。

围护构造由脚手架框架横杆(14)、内侧脚手架竖杆(15)、外侧脚手架竖杆(16)、脚手架围护横杆(17)、模板支撑(18)以及载人模板(19)构成。其中脚手架框架横杆(14)、内侧脚手架竖杆(15)、外侧脚手架竖杆(16)、脚手架围护横杆(17)通过脚手架紧扣件紧固连接。模板支撑(18)则通过螺栓固定在桁架弦杆(3)上。

节点连接构造由圆钢管连接件(8)构成，通过螺栓与内侧脚手架竖杆(15)、外侧脚手架竖杆(16)分别紧固。

所述三角桁架承重结构(1)由桁架竖杆(2)、桁架弦杆(3)及桁架斜杆(4)焊接而成，桁架杆材料统一采用Q345热轧成型的无缝钢管，规格为100mm×100mm×4mm的方钢管。三角桁架承重结构(1)是防护平台的主要受力构件，其采用方钢管截面，稳定性较强。桁架竖杆(2)长为1100mm，上部与桁架弦杆齐平，通过受力对穿螺栓与附着墙体连接，下部插入固定套筒中，整体组装简便，施工效率高；桁架弦杆(3)长1200mm，起到水平防护的作用，为施工提供工作面，其上部焊接了圆钢管连接件(8)，作用是固定上部脚手架；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，整体结构焊接过程严格控制焊缝的质量，保证与母材等强，具体构造详见图2及图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(5)，其材料采用M24S10.9级高强螺栓，该螺栓布置在桁架竖杆上部距弦杆100mm处，所在节点是整个防护结构的主要受力处，受上部荷载传来的剪力及部分弯矩作用。为了防止紧固螺栓时产生局部屈曲，对钢管局部位置进行加劲处理，在螺栓套筒焊接在钢管所在位置打磨平整，控制焊缝质量。具体详见图3。

所述钢管局部增强部件(6)采用32mm×32mm×3mm螺栓套筒，它的作用是对钢管局部位置进行加劲处理，防止紧固螺栓时造成节点处钢管壁局部屈曲，影响整体受力。螺栓套筒焊接在钢管开孔部位，焊好后将焊接位置打磨平整，使之紧密贴合形成摩擦作用，套筒内径较螺栓杆公称直径大1～2mm，考虑施工装配误差，具体详见图3。

所述附着墙体(7)为防护平台装配所需的结构墙体，在墙体上螺栓所在位置开30mm孔，为方便后期固定工作平台，墙体可采用现浇形式，也可采用装配式，具体详见图6。

所述圆钢管连接件(8)采用高度为150mm，外径为50mm，厚度为3mm的圆形钢管。将其焊接在桁架弦杆上，起到固定上部脚手架体的作用。桁架弦杆内侧圆钢管焊接在桁架竖杆中心点对应位置，外侧圆钢管焊接在距弦杆外端部200mm处，具体详见图5。本发明创造性使用圆钢管连接件(8)，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(9)采用M14普通螺栓，它的作用是固定上部脚手架体。在竖向脚手架底部开螺栓孔，在开孔位置焊接螺母，安装竖杆时使用紧固螺栓(9)通过预先焊接的螺母拧入螺栓孔，当螺栓拧入脚手架竖杆后会顶在圆钢管连接件上，随着不断的拧紧，脚手架竖杆与圆钢管连接件逐步牢固，装配化程度高，组装简便，具体详见图5。

所述固定对穿螺栓(10)采用M24 S10.9级高强螺栓，它的作用是固定角钢承托(12)，支撑固定套管(11)，将三角桁架承重结构(1)下部固定在墙体上，作为结构的第二道防线提高了结构整体安全储备，采用这种连接的方式，按拆灵活，安全性高，具体详见图4。

所述固定套管(11)采用两块112mm×100mm×4mm的钢板和一块106mm×100mm×4mm钢板焊接而成，采用热轧无缝钢材，而后将三边套管整体焊接在角钢承托上，在下部固定三角桁架承重结构，防止其出现平面外转动，具体详见图4。

所述角钢承托(12)及三角加劲肋(13)，角钢承托采用的规格为10mm厚160mm×140mm×120mm，采用热轧无缝钢材，通过固定对穿螺栓(10)将其与墙体固定，主要的作用是支承上部三角桁架承重结构。三角加劲肋(13)规格为10mm厚110mm×150mm，将其焊接在角钢承托(12)的下部，提高构件的稳定性和抗扭能力，具体详见图4。本发明创造性的提出了固定套管(11)、角钢承托(12)及三角加劲肋(13)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)通过吊装设备安装到墙体上，再手持加强构件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，传统附墙刚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。

所述脚手架框架横杆(14)采用外径80mm、厚度5mm的Q235等级热轧无缝钢材，它的作用是连接内外侧的脚手架竖杆，使上部整体防护结构成框架形式，可显著的增强结构的稳定性，减少施工人员作业时的安全隐患，具体详见图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(16)和脚手架围护横杆(17)。本发明首次增加脚手架框架横杆(14)、内侧脚手架竖杆(15)，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与可靠度。

所述内外侧脚手架竖杆(15)、(16)及脚手架围护横杆(17)采用外径80mm、厚度5mm的Q235等级热轧无缝钢材，与框架横杆(14)搭接整体成框架形式，稳定性较强。脚手架竖杆间距同三角桁架承重结构(1)，个别距离过大部位可另设置附加钢管，保证竖杆间距在1.5m之内，横向钢管间距1m，外挂密目网及小孔洞防护网，整体起到竖向防护作用，具体详见图1。

所述模板支撑(18)采用∠5x5的角钢框，框内设直径为20mm的支撑钢筋，搭接在三角桁架承重结构(1)上，起到支撑上部载人模板(19)的作用，具体详见图1。

所述载人模板(19)采用15mm厚木模板，满铺在模板支撑上，它的作用是为施工人员作业时提供工作面，具体详见图1。

本发明涉及一种用于住宅建筑的加劲承托型无外架施工平台及作法，其具体作法如下：

第一步：在工厂加工三角桁架承重结构(1)，先购买相应尺寸的成品热轧钢，按照尺寸要求进行切割、打磨等制成规格为100mm×100mm×4mm的方钢管，其中桁架弦杆要求长为1200mm，竖杆长为1100mm,然后在相应位置进行拼制焊接，其中桁架斜杆要求与竖、弦杆成45°角。在竖杆上部距弦杆100mm处开孔，而后将32mm×32mm×3mm的螺栓套筒焊接在钢管开孔位置，焊后将表面打磨平整，严格控制焊缝的质量，保证与母材等强。

第二步：在工厂加工固定套管(11)、角钢承托(12)及三角加劲肋(13)，购买相应尺寸与强度的钢板，进行切割打磨制成所需构件，其中固定套管(11)为4mm厚的三边套管，由一块截面100mm×112mm的钢板和两块截面为100mm×106mm的钢板焊接而成，角钢承托(12)截面规格为160mm×140mm×120mm，与三角加劲肋都采用10mm厚的钢材，而后在角钢承托相应位置预留孔洞，以便后期的螺栓连接，制成后将构件在规定的位置拼制焊接，严格控制焊缝的质量。

第三步：在工厂加工圆钢管连接件(8)，购买相应尺寸成品热轧钢，按照要求进行切割打磨成外径为50mm，厚度为3mm，高度为150mm的圆钢管。而后将圆钢管焊接在桁架弦杆(3)上，内侧焊接在桁架竖杆中心点处，外侧焊接在距弦杆外端部200mm处，另外将模板支撑(18)角钢框焊接在弦杆上，框内设支撑钢筋，严格控制焊缝质量。

第四步：在工厂加工所需的钢管脚手架，采用Q235钢材，按照规定的尺寸进行切割，然后将脚手架搭接成所需的框架形式，在内外侧竖杆对应位置预留孔洞，焊接好M14螺栓对应的螺母。焊后将竖杆插到圆钢管连接件(8)上，将M14紧固螺栓(9)拧入螺母，当螺栓进入竖杆后会顶在圆钢管连接件上，随着不断拧紧，逐步连接牢固。

第五步：将固定套管(11)、角钢承托(12)及三角加劲肋安装在附着墙体的下部对应位置，拧紧固定对穿螺栓(10)。而后将防护平台整体结构吊装到附着墙体的相应位置，下部插入固定套管中，上部通过受力对穿螺栓(5)将其与附着墙体固定。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，再根据《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，然后根据承载力计算出来的弯矩及剪力计算出钢管端部的焊缝长度。

根据上部传来的剪力确定竖杆上部受力对穿螺栓类型及尺寸，进而确定竖杆上预留的孔洞大小及螺栓套筒尺寸，使得承重结构能够牢固的连接在附着墙体上。根据已知的方钢管截面外径及壁厚确定固定套管等尺寸，再根据传来的弯矩及剪力的作用计算出角钢承托、三角加劲肋及固定套管所需强度及类型。根据《脚手架搭设规范》及施工具体条件确定搭设脚手架的类型及尺寸信息，再根据脚手架底部连接处的弯矩及剪力情况确定所需的圆钢管连接件尺寸、圆钢管连接件在弦杆上的焊缝长度，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。

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，本发明所涉及的防护施工平台节点区域有三角桁架承重结构与上部框架形式脚手架及附着墙体连接部位，在承重结构与墙体连接的节点处，主要受力部位为上部螺栓处，本发明通过上部传来的弯矩及剪力计算选定S10.9级高强螺栓，另外利用螺栓套筒进行加劲处理，承重构件下部通过插入固定套筒的方式连接，本发明利用角钢承托固定套筒，另外在下部还焊制三角加劲肋以增强结构承载能力及抵抗失稳能力。对于框架形式脚手架与承重构件的连接，本发明通过弯矩及剪力的计算，确定出连接件的尺寸信息及紧固螺栓类型尺寸。整体结构涉及焊接处均要严格控制焊缝的质量，使得其与母材等强。通过以上节点的加强措施，使得结构破坏形式为构件的破坏，这样从屈服到破坏是一个比较缓慢的过程，具有典型的延性破坏的特征。

采用本发明所述的装配式无外架承托防护施工平台，固定措施牢固，装配便捷，安全性高，造价低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。