裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺設(shè)計

為了提高裝配式建筑的施工進度，通常選用預制樓梯作為裝配式建筑的樓梯。但裝配式建筑的預制剪刀梯吊裝與樓層結(jié)構(gòu)面施工不同步，導致樓梯間存在洞口臨邊安全隱患，本層樓梯間支模無操作臺和樓梯間無上下樓通道。因此，有必要發(fā)明一種裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺，以提高裝配式建筑剪刀式樓梯間施工的安全和進度。目前，有較多的裝配式建筑樓梯間多功能平臺研究成果，但在裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺的研究成果中，較少具備同時能支模、洞口臨邊防護和上下作業(yè)面。結(jié)合裝配式建筑的預制剪刀梯吊裝與樓層結(jié)構(gòu)面施工不同步的特點，設(shè)計了一種裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺，有效解決了作業(yè)人員在樓梯間處支模、洞口臨邊防護和上下作業(yè)面的難題。1?多功能平臺使用功能和技術(shù)設(shè)計1.1?多功能平臺使用功能要求現(xiàn)有裝配式建筑剪刀式樓梯間采用“鋼管+熱鍍鋅壓型鋼跳板”的搭設(shè)作法，為每層預制剪刀梯安裝后搭設(shè)樓梯間模板操作腳手架及臨邊防護腳手架，待需進行預制剪刀梯吊裝時進行該操作腳手架及臨邊防護的拆除工作，且操作工人上下作業(yè)面還需搭設(shè)樓梯架?，F(xiàn)有搭設(shè)作法安全性低，使用功能少，且重復浪費人工。因此，該多功能平臺的使用功能要求和功能特點體現(xiàn)在以下幾方面。（1）樓梯間處支模沒有操作面，滿足樓梯間處墻、柱和預制剪刀梯鋼托座梁的安全支模。（2）預制剪刀梯吊裝前樓梯間為臨邊洞口，滿足作業(yè)層臨邊防護的要求。（3）預制剪刀梯吊裝前，為作業(yè)人員提供從樓梯間上下作業(yè)面的安全通道。（4）吊裝和移出簡便，且無需二次搭設(shè)。1.2?多功能平臺方案設(shè)計根據(jù)該多功能平臺的使用功能要求和功能特點，若平臺的傳力途徑采用樓梯踏步直接承載，平臺高度較高，平臺使用過程晃動較大，因此考慮采用樓梯鋼托座梁直接承載，通過8根可伸縮橫桿將平臺的力直接傳遞給樓梯鋼托座梁，同時因平臺整體高度降低而提升了施工人員在平臺上開展施工作業(yè)時的安全性。8根可伸縮橫桿設(shè)置有鎖止裝置，避免可伸縮橫桿移動，進一步提高平臺在吊裝、使用和移出過程的安全性。多功能平臺安裝流程如下。（1）將該裝配式建筑樓梯間多功能平臺吊裝至裝配式建筑剪刀式樓梯間內(nèi)。（2）取下銷釘，將8根可伸縮橫桿均調(diào)整至鋼托座梁處，插入銷釘固定好可伸縮橫桿，放置該裝配式建筑樓梯間多功能平臺。（3）于兩層操作平臺上搭設(shè)樓梯間墻柱和樓梯鋼托座梁模板，澆筑混凝土后，拆卸樓梯間模板，得到樓梯間墻面。（4）將該裝配式建筑樓梯間多功能平臺吊起懸空作業(yè)層樓梯間內(nèi)，把8根可伸縮橫桿收至最里處，插入銷釘固定，移出該裝配式建筑樓梯間多功能平臺。（5）將預制樓梯吊裝于裝配式建筑剪刀式樓梯間內(nèi)。（6）重復步驟1至步驟5，以繼續(xù)完成現(xiàn)場施工。為有效攔截鋁模的銷釘、銷片和混凝土等雜物掉落傷人，兩層支模操作臺的踏板均采用熱鍍鋅壓型鋼跳板，底層兩邊支模操作臺中間的兩側(cè)采用花紋鋼板設(shè)置翻板。為了提高支模時作業(yè)人員的安全，底層支模操作臺和2層支模操作臺均設(shè)置有2道水平防護。兩邊操作臺中間設(shè)置有上下作業(yè)面的樓梯架，以滿足作業(yè)人員上下作業(yè)面的需要。操作臺在高于樓層作業(yè)面處設(shè)置有洞口臨邊防護，保障作業(yè)人員開展臨邊作業(yè)時的安全。多功能平臺主要采取焊接，因此，在結(jié)構(gòu)上可分為：底層8根可伸縮橫桿、鎖止裝置、底層支模操作臺、2層支模操作臺、支模操作臺防護、上下作業(yè)面樓梯和洞口臨邊防護7部分?；谝陨戏治觯喙δ芷脚_設(shè)計方案如圖1所示。圖1?裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺設(shè)計方案1.3?確定技術(shù)參數(shù)多功能平臺的外部長度和寬度應滿足支模所需的操作空間和防止作業(yè)人員墜落的要求，高度應滿足作業(yè)層洞口臨邊防護的要求。確定多功能平臺的主要技術(shù)參數(shù)如下。（1）在使用功能的舒適性方面，樓梯間四周混凝土墻面距離完成吊裝的平臺為300?mm，便于搭設(shè)樓梯間模板和平臺吊裝；操作臺寬度為400?mm，底層操作臺距離2層操作臺凈高為2?m，樓板作業(yè)完成面的頂部混凝土標高與最高一層踏步平面的標高一致，滿足作業(yè)人員正常通行。（2）在使用功能的預制樓梯保護性方面，可伸縮橫桿端部的底部均焊接有高80?mm的墊片，底層可伸縮橫桿中間的翻板端部焊接有直徑25?mm的鋼筋頭，以免平臺在使用過程中與預制樓梯接觸。（3）在使用功能的安全性方面，操作臺臨邊和洞口臨邊均設(shè)置2道間距為600?mm的水平桿防護，踏步正下方的2層操作臺鍍鋅壓型鋼跳板按水平方向滿鋪至踏步，避免平臺在使用過程中掉落鋁模銷釘、銷片和混凝土等雜物。1.4?主要材料選用為保證多功能平臺的安全系數(shù)，底層操作臺選用4?mm×100?mm×100?mm的鍍鋅方管，可伸縮橫桿選用4?mm×80?mm×80?mm的鍍鋅方管，2層操作臺選用1.5?mm×40?mm×60?mm的鍍鋅方管，8根臨邊立桿選用2?mm×40?mm×60?mm的鍍鋅方管，洞口臨邊防護的水平桿采用1.5?mm×40?mm×60?mm的鍍鋅方管，兩層操作臺防護采用1?mm×40?mm×40?mm的鍍鋅方管，上下作業(yè)面的樓梯梁選用6?mm×70?mm×70?mm的角鐵，上下作業(yè)面踏板采用厚3?mm的花紋鋼板，兩端翻板選用厚度為8?mm的花紋鋼板。2?多功能平臺穩(wěn)定性有限元分析為確保多功能平臺研制的技術(shù)可行性，有必要在裝配式建筑剪刀梯樓梯間多功能平臺設(shè)計階段模擬其應力分布與變形，在此基礎(chǔ)上，完成負載下的穩(wěn)態(tài)動力學響應分析。為了解平臺在使用過程中的承載情況，對平臺的結(jié)構(gòu)進行簡化，并采用有限元建模。在最不利條件為可變荷載作用情況下（在板單元上加載3?kN/㎡的可變荷載以及在立桿上加1?kN的風荷載）對多功能平臺截面應力比、最大位移、支座最大反力等進行計算。由豎向位移、水平位移和支座反力變化圖可知，最大豎向位移2.2?mm，最大水平位移1?mm，最大支座反力17?kN，計算結(jié)果滿足安全和穩(wěn)定性的要求。多功能平臺穩(wěn)定性和剛度較好，能滿足安全施工需要。3?應用情況該裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺在新建居住、公園綠地、復合公共停車場庫及供應設(shè)施項目一標段（熱電廠宿舍片地塊一標段項目）進行了試驗與現(xiàn)場應用。該項目位于湖北省武漢市武昌區(qū)、新河后街與和平大道交匯處。2號樓為裝配式建筑，共兩個單元，建筑面積有29?815.5㎡，裝配率50.63?%，均采用預制剪刀梯構(gòu)件，樓梯間長×寬×高的凈空尺寸為4?820?mm×2?600?mm×2?900?mm，因裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺同時設(shè)計有多工種操作臺、臨邊防護和上下作業(yè)面功能，且功能間采用焊接工藝進行連接，解決了作業(yè)人員在剪刀式樓梯間處的洞口臨邊防護、支模、鋼筋綁扎和上下作業(yè)面的問題。該多功能平臺使用安全性高，無需二次搭設(shè)，大幅縮短了該多功能平臺的吊裝和移出時間，提升了泥工班組、木工班組和鋼筋工班組的施工效率，經(jīng)商務測算，相比“鋼管+熱鍍鋅壓型鋼跳板”的搭設(shè)作法，該多功能平臺在兩個單元同時使用（不考慮周轉(zhuǎn)使用）可節(jié)約87?865.84元。4?結(jié)論運用有限元建模分析，驗證了裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺的技術(shù)可行性，對于確保研制裝配式建筑剪刀式樓梯間多功能平臺模型的安全可靠至關(guān)重要。該多功能平臺實現(xiàn)了“一物多用”，具有雙層支模操作臺，能提高支模作業(yè)人員的施工安全和施工速度；設(shè)置了上下作業(yè)面的樓梯架，為作業(yè)人員提供