高空翻轉(zhuǎn)式防盜逃生窗設(shè)計(jì)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(jì)者指導(dǎo)教師（一設(shè)計(jì)背景隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷進(jìn)步，科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)越來(lái)越多的機(jī)械裝置，用來(lái)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(shuō)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(shí)時(shí)刻刻威脅著人們的人生財(cái)產(chǎn)安全。在科技不斷發(fā)展的社會(huì)，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?！瓣P(guān)愛(ài)生命，造福社會(huì)”是每個(gè)人應(yīng)盡的義務(wù)。多功能防盜窗也應(yīng)該應(yīng)運(yùn)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(guó)，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(shí)，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(shí)機(jī)，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?yàn)榉课莸顾劳觯窃诜课菟奶巵y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?cè)诰仍?duì)伍到來(lái)之前能夠進(jìn)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(dòng)也不可輕易打開(kāi)。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(huì)限制人們的逃生。一旦出現(xiàn)了室內(nèi)火災(zāi)，防盜窗將會(huì)成為一個(gè)牢籠，使得里面的人無(wú)法快速的逃生，給我們?cè)谕话l(fā)的火災(zāi)事件中埋下了隱患。我們?cè)O(shè)計(jì)的這款多功能防盜窗，功能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，既可以方便在火災(zāi)地震等災(zāi)害中逃生，也加強(qiáng)了防盜性能。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)檢索發(fā)現(xiàn)，目前和我們?cè)O(shè)計(jì)類似的防盜窗在我國(guó)用的很少，普通居民樓幾乎沒(méi)有，我們?cè)O(shè)計(jì)的這款多功能防盜窗正好滿足人們的需要，可以填補(bǔ)市場(chǎng)在這部分的空白。二產(chǎn)品概況如今高樓林立，而高樓面對(duì)重大的火災(zāi)或者恐怖事件，在電梯和普通樓梯都無(wú)法使用并且外部消防救生設(shè)備（如：云梯）無(wú)法達(dá)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(dòng)化滑動(dòng)式防盜窗便應(yīng)運(yùn)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(guò)上下樓層的連接組成了類似云梯的結(jié)構(gòu)，達(dá)到逃生目的。該自動(dòng)化滑動(dòng)式防盜窗，由一組發(fā)動(dòng)機(jī)（或改為手搖桿組建）、蝸輪、蝸桿以及雙層防盜窗組成，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（對(duì)于特殊環(huán)境，可改用手動(dòng)驅(qū)動(dòng)，考慮到個(gè)體應(yīng)用的成本問(wèn)題，或者對(duì)于用電環(huán)境要求高的地方），蝸輪蝸桿傳動(dòng)，翻轉(zhuǎn)外層防盜窗。內(nèi)層只有樓內(nèi)才可打開(kāi)，采用向內(nèi)翻開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)打開(kāi)。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(dá)到最低點(diǎn)與下一樓層的窗架連接，由此當(dāng)多層類似連接便達(dá)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(dòng)化翻轉(zhuǎn)式防盜逃生窗基本結(jié)構(gòu)三功能說(shuō)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(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)打開(kāi)，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(guò)上下樓層的連接組成了類似云梯的結(jié)構(gòu)，達(dá)到逃生目的。外窗由一組發(fā)動(dòng)機(jī)（或改為手搖桿組建）、蝸輪、蝸桿組成，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（對(duì)于特殊環(huán)境，可改用手動(dòng)驅(qū)動(dòng)，考慮到個(gè)體應(yīng)用的成本問(wèn)題，或者對(duì)于用電環(huán)境要求高的地方），蝸輪蝸桿傳動(dòng)，翻轉(zhuǎn)外層防盜窗，轉(zhuǎn)動(dòng)軸置于防盜窗下部，該防盜窗轉(zhuǎn)動(dòng)180度時(shí)實(shí)現(xiàn)與下層用戶上部的連接，達(dá)到逃生目的。（3）報(bào)警功能當(dāng)防盜窗轉(zhuǎn)動(dòng)180度時(shí)實(shí)現(xiàn)與下層用戶上部的連接時(shí)，警報(bào)響起提示下層用戶有災(zāi)難或事故的發(fā)生并自動(dòng)使下層用戶開(kāi)啟翻轉(zhuǎn)功能。同時(shí)警報(bào)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(yáng)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(shí)，可輔助加入吊鉤裝置，使其再長(zhǎng)時(shí)間位于一定夾角時(shí)，減少其蝸輪蝸桿的承載，降低負(fù)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)。（一套獨(dú)立電源系統(tǒng),與室內(nèi)電源系統(tǒng)隔開(kāi)，這時(shí)可考慮采用新能源電池或者新型蓄電池，如太陽(yáng)能；當(dāng)然也可采用手搖裝置，視用戶需求而定）2）蝸桿傳動(dòng)，帶動(dòng)蝸輪實(shí)現(xiàn)換向傳動(dòng)。3）蝸輪聯(lián)同所在軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。4）軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)了整個(gè)外窗的轉(zhuǎn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)范圍0~180度）。5）當(dāng)防盜窗轉(zhuǎn)動(dòng)180度時(shí)實(shí)現(xiàn)與下層用戶上部的連接時(shí)，警報(bào)響起，提示下層用戶有災(zāi)難或事故的發(fā)生并自動(dòng)使下層用戶開(kāi)啟翻轉(zhuǎn)功能。6）內(nèi)防盜窗上部采用翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，只可在室內(nèi)打開(kāi)，向內(nèi)上翻。7）內(nèi)防盜窗下部有卡槽鎖，平時(shí)鎖上起防盜作用，需逃生時(shí)可打開(kāi)。四操作及運(yùn)行過(guò)程說(shuō)明以電動(dòng)操作為例，如圖4所示。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，打開(kāi)下翻指示開(kāi)關(guān)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)外窗向下翻轉(zhuǎn)。整個(gè)翻轉(zhuǎn)緊密順暢，當(dāng)外窗翻至底部觸及下層時(shí)，即觸碰到停止開(kāi)關(guān)，從而系統(tǒng)停止運(yùn)行，完成打開(kāi)過(guò)程。同時(shí)開(kāi)啟報(bào)警器開(kāi)關(guān)，提示全樓。打開(kāi)上翻指示開(kāi)關(guān)，整個(gè)過(guò)程逆向進(jìn)行，當(dāng)外窗歸位，又觸及了另一個(gè)停止開(kāi)關(guān)（簡(jiǎn)易的PLC就可以滿足要求），從而完成了整個(gè)操作。圖4操作及運(yùn)行過(guò)程五材料需要的材料有：報(bào)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(dòng)機(jī)六關(guān)鍵技術(shù)1、蝸輪蝸桿傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能如圖5所示。圖5蝸輪蝸桿傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能結(jié)構(gòu)示意圖2、防盜窗轉(zhuǎn)動(dòng)180度時(shí)實(shí)現(xiàn)與下層連接并警報(bào)如圖6所示。圖6防盜窗轉(zhuǎn)動(dòng)180度時(shí)實(shí)現(xiàn)與下層連接并警報(bào)示意圖3、內(nèi)防盜窗上部采用翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)如圖7所示。圖7內(nèi)防盜窗上部采用翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)七其他補(bǔ)充說(shuō)明美觀性：交錯(cuò)的格狀分布，在滿足功能性的同時(shí)，大方利落，不失簡(jiǎn)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(wú)太大區(qū)別，在透光方面不存在大問(wèn)題。成本及市場(chǎng)：該產(chǎn)品成本勢(shì)必高于一般防盜窗，因?yàn)樯婕皞鲃?dòng)，其精度要求較之一般產(chǎn)品有較高要求。成本會(huì)隨著制造工藝的成熟，很市場(chǎng)的逐步確立而有所下降。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：嚴(yán)格參照有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。八綜述及應(yīng)用前景這是一項(xiàng)看似復(fù)雜實(shí)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(duì)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(dòng)操作版，火災(zāi)或者其他災(zāi)害發(fā)生時(shí)，通電會(huì)帶來(lái)一定的危險(xiǎn)隱患（當(dāng)然大規(guī)模安裝會(huì)采取一套獨(dú)立的系統(tǒng),將這一隱患消除），小規(guī)模安裝采用手動(dòng)，會(huì)降低這一危險(xiǎn)系數(shù)，若再配合以繩索等救援設(shè)備，同樣在危難之時(shí)能使你成功脫險(xiǎn)。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(jìn)行了改進(jìn)，完善了防盜窗的性能。我們?cè)诖绑w上加入了自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，適用于家庭；當(dāng)然政府、保密機(jī)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(duì)于地震、火險(xiǎn)等突發(fā)事件，多功能防盜窗是一道綠色生命通道，通過(guò)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(xiǎn)。不僅如此，在窗體上緣裝有報(bào)警器，室內(nèi)即使有被困人員，也可以通過(guò)觸摸使指示燈亮或者報(bào)警，通過(guò)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而且在日常生活中也給了人們很大的幫助，同時(shí)，其還可以在樓層外部裝修施工時(shí)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(tuán)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(jì)算，采用扣件式鋼管施工方法和構(gòu)造節(jié)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)大樓和化學(xué)實(shí)驗(yàn)大樓，在五層屋面(標(biāo)高21.5m)生命實(shí)驗(yàn)大樓和化學(xué)實(shí)驗(yàn)大樓設(shè)計(jì)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(shí)際情況，從工期和經(jīng)濟(jì)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(shí)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(xiàng)模板支撐架體施工方案。經(jīng)過(guò)計(jì)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(diǎn)、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(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。模板支撐架體計(jì)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(guò)梁、板底模板傳遞到橫楞，鋼楞初步設(shè)計(jì)采用Φ48×3.5@300。2.1樓板驗(yàn)算（荷載計(jì)算過(guò)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(jì)承載力要求立柱穩(wěn)定性驗(yàn)算：根據(jù)JGJ130-20015.3.3條Φ48×3.5鋼管計(jì)算長(zhǎng)度L0＝h+2a=1.5m+0.4=1.9m，回轉(zhuǎn)半徑i＝15.8mm根據(jù)長(zhǎng)細(xì)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(jì)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(yàn)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(guò)要求，必須采取技術(shù)措施減少立桿軸向變形2.2梁驗(yàn)算（取1m寬作為計(jì)算單元,荷載計(jì)算過(guò)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(jì)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(jì)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(yàn)算根據(jù)JGJ130-20015.3.3條Φ48×3.5鋼管計(jì)算長(zhǎng)度L0＝h+2a=1.5m+0.4=1.9m，回轉(zhuǎn)半徑i＝15.8mm根據(jù)長(zhǎng)細(xì)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(jì)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(yàn)算：鋼楞按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，承受梁底傳來(lái)的均布荷載?？箯潖?qiáng)度驗(yàn)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(yàn)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(yàn)算:按三跨鋼管驗(yàn)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(yàn)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(guò)要求，必須采取技術(shù)措施減少立桿軸向壓縮變形三、計(jì)算匯總根據(jù)以上設(shè)計(jì)計(jì)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(yàn)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(yàn)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(guò)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的70~80%；4、梁底單跨鋼管撓度變形驗(yàn)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(guò)密造成架體自重過(guò)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(qiáng)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(jiàn)圖2、圖3、圖4。圖2立干平面布置圖圖3