高空翻轉(zhuǎn)式防盜逃生窗設(shè)計及高空大跨度聯(lián)廊采用扣件式鋼管支撐施工

高空翻轉(zhuǎn)式防盜逃生窗設(shè)計者指導(dǎo)教師（一設(shè)計背景隨著現(xiàn)代社會的不斷進步，科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)實生活中出現(xiàn)越來越多的機械裝置，用來適應(yīng)人們的需要。在人們的生活中存在各種不同的災(zāi)難，比如說地震、火災(zāi)、水災(zāi)等自然災(zāi)害，爆炸、煤氣泄漏、坍塌等生活災(zāi)難時時刻刻威脅著人們的人生財產(chǎn)安全。在科技不斷發(fā)展的社會，一些形形色色的設(shè)備不斷地被用于救災(zāi)救援，并且起到了不容忽視的作用。“關(guān)愛生命，造福社會”是每個人應(yīng)盡的義務(wù)。多功能防盜窗也應(yīng)該應(yīng)運而生，用于抵抗地震、火災(zāi)等一系列的災(zāi)難，為人類造福！在我國，一年之內(nèi)，由于火災(zāi)或者地震所造成的傷亡人數(shù)非常之多。我們可以看到，很多人在火災(zāi)中因缺乏自救常識，而導(dǎo)致喪失性命。例如由于缺少氧氣被悶死，自救不當(dāng)而延誤時機，有的人由于火災(zāi)中自救方式不當(dāng)，而從樓上跳下而導(dǎo)致傷亡。在地震中，很多人都不是因為房屋倒塌死亡，而是在房屋四處亂跑導(dǎo)致被壓傷或者死亡。目前我們逃生系統(tǒng)不夠完善，迫切需要一套供人們在救援隊伍到來之前能夠進行自主逃生的裝置。在日常生活中，我們所居住的普通居民樓，以及一些商業(yè)樓層安裝的防盜窗大都是固定在墻口，不能活動也不可輕易打開。其防盜作用僅僅體現(xiàn)在窗架的牢固程度之上，缺乏智能化?，F(xiàn)有的防盜窗在這方面的缺陷尤為突出，只能在一定程度上起到防盜作用，而在火災(zāi)等災(zāi)難中會限制人們的逃生。一旦出現(xiàn)了室內(nèi)火災(zāi)，防盜窗將會成為一個牢籠，使得里面的人無法快速的逃生，給我們在突發(fā)的火災(zāi)事件中埋下了隱患。我們設(shè)計的這款多功能防盜窗，功能先進，結(jié)構(gòu)簡單，既可以方便在火災(zāi)地震等災(zāi)害中逃生，也加強了防盜性能。通過網(wǎng)絡(luò)檢索發(fā)現(xiàn)，目前和我們設(shè)計類似的防盜窗在我國用的很少，普通居民樓幾乎沒有，我們設(shè)計的這款多功能防盜窗正好滿足人們的需要，可以填補市場在這部分的空白。二產(chǎn)品概況如今高樓林立，而高樓面對重大的火災(zāi)或者恐怖事件，在電梯和普通樓梯都無法使用并且外部消防救生設(shè)備（如：云梯）無法達到效果的情況下，高層自我安全逃生成為備受關(guān)注的課題。該新型自動化滑動式防盜窗便應(yīng)運而生。該新型防盜窗有別于一般產(chǎn)品，采用雙層可翻式結(jié)構(gòu)，通過上下樓層的連接組成了類似云梯的結(jié)構(gòu)，達到逃生目的。該自動化滑動式防盜窗，由一組發(fā)動機（或改為手搖桿組建）、蝸輪、蝸桿以及雙層防盜窗組成，通過發(fā)動機驅(qū)動（對于特殊環(huán)境，可改用手動驅(qū)動，考慮到個體應(yīng)用的成本問題，或者對于用電環(huán)境要求高的地方），蝸輪蝸桿傳動，翻轉(zhuǎn)外層防盜窗。內(nèi)層只有樓內(nèi)才可打開，采用向內(nèi)翻開來實現(xiàn)打開。外層防盜窗在一般情況下與內(nèi)層結(jié)合，一旦使用，向下翻轉(zhuǎn)，達到最低點與下一樓層的窗架連接，由此當(dāng)多層類似連接便達到逃生功能。圖1所示為該作品基本結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖1自動化翻轉(zhuǎn)式防盜逃生窗基本結(jié)構(gòu)三功能說明1、主要功能（1）防盜功能作為日常安置在家中的窗架，該窗可作為防盜窗使用。該窗采用采用雙層可翻式結(jié)構(gòu)，內(nèi)窗向內(nèi)翻開來實現(xiàn)打開，外窗向外翻轉(zhuǎn)，常閉設(shè)置，保證其防盜功能，保證用戶的安全。（2）逃生功能該新型防盜窗有別于一般產(chǎn)品，采用雙層可翻式結(jié)構(gòu)，通過上下樓層的連接組成了類似云梯的結(jié)構(gòu)，達到逃生目的。外窗由一組發(fā)動機（或改為手搖桿組建）、蝸輪、蝸桿組成，通過發(fā)動機驅(qū)動（對于特殊環(huán)境，可改用手動驅(qū)動，考慮到個體應(yīng)用的成本問題，或者對于用電環(huán)境要求高的地方），蝸輪蝸桿傳動，翻轉(zhuǎn)外層防盜窗，轉(zhuǎn)動軸置于防盜窗下部，該防盜窗轉(zhuǎn)動180度時實現(xiàn)與下層用戶上部的連接，達到逃生目的。（3）報警功能當(dāng)防盜窗轉(zhuǎn)動180度時實現(xiàn)與下層用戶上部的連接時，警報響起提示下層用戶有災(zāi)難或事故的發(fā)生并自動使下層用戶開啟翻轉(zhuǎn)功能。同時警報指令可傳輸至物業(yè)或樓層安保處，提示有災(zāi)難發(fā)生。輔助功能：（1）晾曬功能圖2晾曬功能示意圖若將該窗置于朝陽面，日常也可使其翻轉(zhuǎn)一定角度，起到晾衣曬物的功能，供居民涼曬衣服等。在使用其該功能時，可輔助加入吊鉤裝置，使其再長時間位于一定夾角時，減少其蝸輪蝸桿的承載，降低負荷。圖2為晾曬功能示意圖。（2）控制功能圖3控制功能示意圖1）電動機驅(qū)動，帶動蝸桿轉(zhuǎn)動。（一套獨立電源系統(tǒng),與室內(nèi)電源系統(tǒng)隔開，這時可考慮采用新能源電池或者新型蓄電池，如太陽能；當(dāng)然也可采用手搖裝置，視用戶需求而定）2）蝸桿傳動，帶動蝸輪實現(xiàn)換向傳動。3）蝸輪聯(lián)同所在軸實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。4）軸的轉(zhuǎn)動帶動了整個外窗的轉(zhuǎn)動（轉(zhuǎn)動范圍0~180度）。5）當(dāng)防盜窗轉(zhuǎn)動180度時實現(xiàn)與下層用戶上部的連接時，警報響起，提示下層用戶有災(zāi)難或事故的發(fā)生并自動使下層用戶開啟翻轉(zhuǎn)功能。6）內(nèi)防盜窗上部采用翻轉(zhuǎn)設(shè)計，只可在室內(nèi)打開，向內(nèi)上翻。7）內(nèi)防盜窗下部有卡槽鎖，平時鎖上起防盜作用，需逃生時可打開。四操作及運行過程說明以電動操作為例，如圖4所示。啟動電動機，打開下翻指示開關(guān)。電動機轉(zhuǎn)動，帶動蝸輪蝸桿傳動，從而驅(qū)動外窗向下翻轉(zhuǎn)。整個翻轉(zhuǎn)緊密順暢，當(dāng)外窗翻至底部觸及下層時，即觸碰到停止開關(guān)，從而系統(tǒng)停止運行，完成打開過程。同時開啟報警器開關(guān)，提示全樓。打開上翻指示開關(guān)，整個過程逆向進行，當(dāng)外窗歸位，又觸及了另一個停止開關(guān)（簡易的PLC就可以滿足要求），從而完成了整個操作。圖4操作及運行過程五材料需要的材料有：報警器、內(nèi)窗、窗架、外窗、支撐架、蝸桿、軸、蝸輪、聯(lián)軸器、標(biāo)準(zhǔn)件、轉(zhuǎn)軸、電動機六關(guān)鍵技術(shù)1、蝸輪蝸桿傳動實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能如圖5所示。圖5蝸輪蝸桿傳動實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能結(jié)構(gòu)示意圖2、防盜窗轉(zhuǎn)動180度時實現(xiàn)與下層連接并警報如圖6所示。圖6防盜窗轉(zhuǎn)動180度時實現(xiàn)與下層連接并警報示意圖3、內(nèi)防盜窗上部采用翻轉(zhuǎn)設(shè)計如圖7所示。圖7內(nèi)防盜窗上部采用翻轉(zhuǎn)設(shè)計結(jié)構(gòu)七其他補充說明美觀性：交錯的格狀分布，在滿足功能性的同時，大方利落，不失簡約風(fēng)格，符合東西方審美。透光性：整體布局與一般防盜窗無太大區(qū)別，在透光方面不存在大問題。成本及市場：該產(chǎn)品成本勢必高于一般防盜窗，因為涉及傳動，其精度要求較之一般產(chǎn)品有較高要求。成本會隨著制造工藝的成熟，很市場的逐步確立而有所下降。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：嚴(yán)格參照有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。八綜述及應(yīng)用前景這是一項看似復(fù)雜實則有效的系統(tǒng)。若一高層樓采用統(tǒng)一安裝，則可安裝一套統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制的操作系統(tǒng)（例如PLC），成為應(yīng)對災(zāi)害的“統(tǒng)戰(zhàn)組織”。若是局部安裝，則可考慮該防盜窗系統(tǒng)的手動操作版，火災(zāi)或者其他災(zāi)害發(fā)生時，通電會帶來一定的危險隱患（當(dāng)然大規(guī)模安裝會采取一套獨立的系統(tǒng),將這一隱患消除），小規(guī)模安裝采用手動，會降低這一危險系數(shù)，若再配合以繩索等救援設(shè)備，同樣在危難之時能使你成功脫險。傳統(tǒng)的防盜窗只有單一的防盜作用，而且防盜系數(shù)低，起不到高要求防盜的作用。我們的多功能防盜窗，首先在防盜方面進行了改進，完善了防盜窗的性能。我們在窗體上加入了自動報警系統(tǒng)，適用于家庭；當(dāng)然政府、保密機關(guān)、金銀店等防盜需求高的單位，更加需要這種多功能防盜窗。第二，我們防盜窗具有高效的避難功能，這也是關(guān)鍵所在。對于地震、火險等突發(fā)事件，多功能防盜窗是一道綠色生命通道，通過控制可以瞬間將防盜窗變成垂直救生梯，幫助受困人員脫險。不僅如此，在窗體上緣裝有報警器，室內(nèi)即使有被困人員，也可以通過觸摸使指示燈亮或者報警，通過燈光和聲音向外界求救，吸引救援人員。該設(shè)備具有很高的應(yīng)用前景，一旦工藝成熟，可大量用于高層商業(yè)寫字樓，高層商業(yè)住宅居民樓等地方。不但在救援逃生方面有其獨特的優(yōu)勢，而且在日常生活中也給了人們很大的幫助，同時，其還可以在樓層外部裝修施工時發(fā)揮重大作用。高空大跨度聯(lián)廊采用扣件式鋼管支撐體系施工○潘寧濤樓少敏何央素陳永波（浙江省二建建設(shè)集團有限公司）○杜建江（浙江省寧波高專建設(shè)工程監(jiān)理公司）【摘要】介紹高空大跨度聯(lián)廊的模板支撐架體系施工方案、結(jié)構(gòu)計算，采用扣件式鋼管施工方法和構(gòu)造節(jié)點處理等技術(shù)措施,以確保模板支撐架體系整體穩(wěn)定性?！娟P(guān)鍵字】高空大跨度聯(lián)廊扣件式鋼管模板支撐體系工程概況杭州師范學(xué)院新校區(qū)第Ⅶ標(biāo)段工程兩座五層框架生命實驗大樓和化學(xué)實驗大樓，在五層屋面(標(biāo)高21.5m)生命實驗大樓和化學(xué)實驗大樓設(shè)計有一裝飾性的聯(lián)廊相通建筑平面如圖1：圖1連廊平面圖 根據(jù)本工程的實際情況，從工期和經(jīng)濟方面分析，采用鋼柱、鋼托梁或鋼管門型架的組合支撐體系不實際。故根據(jù)JGJ130-2001《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》等編制專項模板支撐架體施工方案。經(jīng)過計算、采取相應(yīng)的技術(shù)措施，可以使用扣件式鋼管支撐體系，特別是在支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)造、節(jié)點、鋼管及扣件質(zhì)量控制等方面應(yīng)采取措施，以保證立體支撐架體系有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。模板支撐架體計算取梁為600×250mm，板厚110mm。初步確定梁底立桿間距1000×1000mm，板底立桿間距1000×1000mm，荷載通過梁、板底模板傳遞到橫楞，鋼楞初步設(shè)計采用Φ48×3.5@300。2.1樓板驗算（荷載計算過程略）板底橫向鋼楞第二支座反力最大Rb=2.976KN板底縱向鋼楞第二支座反力最大Pb=10.2KN板底縱向鋼楞δ=M/W=0.8722×106／5.08×103=172N/mm2<fm滿足要求。Pb/2=5.1KN<[Rc]=8.0KN滿足扣件設(shè)計承載力要求立柱穩(wěn)定性驗算：根據(jù)JGJ130-20015.3.3條Φ48×3.5鋼管計算長度L0＝h+2a=1.5m+0.4=1.9m，回轉(zhuǎn)半徑i＝15.8mm根據(jù)長細比λ=L/i=1.9×103/15.8＝120查表求出ψ=0.452Ng:支撐架體自重,每米高度的支撐架體每平方米自重1394N計算得出底部鋼管的軸向荷載N=Pb+Ng=10200N+21M×1394N/m=39474Nσ=N/(ψA)==39474／(0.452×489)=178.6N/mm2<f（＝205M/mm2）即板底支模立柱滿足穩(wěn)定性要求。縱橫向水平鋼管的撓度變形驗算：三跨鋼管、單跨鋼管均符合要求(小于[f]=l/250)板底立桿軸向壓縮變形Δω=N×L/E×A=39474×22500÷2.06×105×489=8.8mm立桿變形超過要求，必須采取技術(shù)措施減少立桿軸向變形2.2梁驗算（取1m寬作為計算單元,荷載計算過程略）2.2.1最大第二支座反力Rb=(Kg×Qg+Kq×Qq)×l=3.3KN梁底鋼楞下縱向鋼楞按三跨連續(xù)梁計算最大第二支座反力Pb=[(Kg×Fg+Kq×Fq)+Rb]=13.8KNPb/2=6.9KN<[Rc]=8.0KN滿足扣件設(shè)計承載力要求2.2.2鋼楞下縱向鋼楞Mmax=(Kg,×Fg+Kq,×Fq)×l=0.916KN·Mδ=M/W=0.916×106／5.08×103=180N/mm2<fm滿足要求。2.2.3立柱穩(wěn)定性驗算根據(jù)JGJ130-20015.3.3條Φ48×3.5鋼管計算長度L0＝h+2a=1.5m+0.4=1.9m，回轉(zhuǎn)半徑i＝15.8mm根據(jù)長細比λ=L/i=1.9×103/15.8＝120查表求出ψ=0.452Ng:支撐架體自重,每米高度的支撐架體每米自重1394N計算得出底部鋼管的軸向荷載N=Pb+Ng=13800N+21M×1394N/m=43074Nσ=N/(ψA)=43074／(0.452×489)=194.8N/mm2<f＝205M/mm2即板底支模立柱滿足穩(wěn)定性要求。2.2.4梁底橫向鋼楞的驗算：鋼楞按簡支梁計算，承受梁底傳來的均布荷載。抗彎強度驗算：跨中最大彎矩M=Fa＝(3.3/2)×[(1-0.25)/2]＝0.61875KN.mδ=M/W=0.61875×106／5.08×103=121.8N/mm2<fm，滿足要求。撓度驗算ω=Fa×(3l2-4a2)/24EI=2.5mm<[δ]=l/250=1000/250=4mm，符合要求。2.2.5梁底縱向水平鋼管的撓度驗算:按三跨鋼管驗算ω=Kf×F×l3/100×E×I=2.75MM<[f]=l/250=1000/250=4mm，符合要求按單跨鋼管驗算ω=Fa×(3l2-4a2)/24EI=9.7mm＞[δ]=l/250=1000/250=4mm，不符合要求。2.2.6梁底立桿軸向壓縮變形:Δω=N×L/E×A=43074×22500÷2.06×105×489=9.6mm變形超過要求，必須采取技術(shù)措施減少立桿軸向壓縮變形三、計算匯總根據(jù)以上設(shè)計計算匯總結(jié)果如下表板底梁底橫向鋼楞最大支座反力Rb=2.976KNRb=3.3KN縱向鋼楞最大支座反力Pb=10.2KNPb=13.8KN縱向鋼楞抗彎應(yīng)力172N/mm2180N/mm2f＝205M/mm2三跨鋼管、單跨鋼管撓度變形驗算均符合要求三跨鋼管符合單跨鋼管不符合小于[f]=l/250扣件5.1KN6.9KN[Rc]=8.0KN立柱底部穩(wěn)定性驗算應(yīng)力178.6N/mm2194.8N/mm2f＝205M/mm2立桿軸向壓縮變形Δω=8.8mmΔω=9.6mm分析結(jié)果：1、立桿軸向變形太大，超過允許要求；2、立柱底部及縱向鋼楞內(nèi)應(yīng)力接近允許應(yīng)力值；3、扣件承載力達到標(biāo)準(zhǔn)值的70~80%；4、梁底單跨鋼管撓度變形驗算不符合要求；四、技術(shù)措施最后確定扣件式Φ48×3.5鋼管滿堂支撐架采取的措施：1、根據(jù)軸線尺寸的劃分，將1m立桿間距調(diào)整為0.8m×0.8m，避免間距過密造成架體自重過大；水平橫桿每步高1500m至結(jié)構(gòu)梁板底，左右兩端與主體砼結(jié)構(gòu)剛性連接，與中間4只圓柱抱牢，且與兩端大樓的五層模板支撐架連成整體，即5層部位整體搭設(shè)成鋼管桁架格構(gòu)形式，以增強支撐體系穩(wěn)定性、減少變形;梁板底橫向鋼楞采用Φ48×3.5鋼管@300；具體見圖2、圖3、圖4。圖2立干平面布置圖圖3