高空翻转式防盗逃生窗设计及高空大跨度联廊采用扣件式钢管支撑施工

高空翻转式防盗逃生窗设计者指导教师（一设计背景随着现代社会的不断进步，科技的不断发展，现实生活中出现越来越多的机械装置，用来适应人们的需要。在人们的生活中存在各种不同的灾难，比如说地震、火灾、水灾等自然灾害，爆炸、煤气泄漏、坍塌等生活灾难时时刻刻威胁着人们的人生财产安全。在科技不断发展的社会，一些形形色色的设备不断地被用于救灾救援，并且起到了不容忽视的作用。“关爱生命，造福社会”是每个人应尽的义务。多功能防盗窗也应该应运而生，用于抵抗地震、火灾等一系列的灾难，为人类造福！在我国，一年之内，由于火灾或者地震所造成的伤亡人数非常之多。我们可以看到，很多人在火灾中因缺乏自救常识，而导致丧失性命。例如由于缺少氧气被闷死，自救不当而延误时机，有的人由于火灾中自救方式不当，而从楼上跳下而导致伤亡。在地震中，很多人都不是因为房屋倒塌死亡，而是在房屋四处乱跑导致被压伤或者死亡。目前我们逃生系统不够完善，迫切需要一套供人们在救援队伍到来之前能够进行自主逃生的装置。在日常生活中，我们所居住的普通居民楼，以及一些商业楼层安装的防盗窗大都是固定在墙口，不能活动也不可轻易打开。其防盗作用仅仅体现在窗架的牢固程度之上，缺乏智能化。现有的防盗窗在这方面的缺陷尤为突出，只能在一定程度上起到防盗作用，而在火灾等灾难中会限制人们的逃生。一旦出现了室内火灾，防盗窗将会成为一个牢笼，使得里面的人无法快速的逃生，给我们在突发的火灾事件中埋下了隐患。我们设计的这款多功能防盗窗，功能先进，结构简单，既可以方便在火灾地震等灾害中逃生，也加强了防盗性能。通过网络检索发现，目前和我们设计类似的防盗窗在我国用的很少，普通居民楼几乎没有，我们设计的这款多功能防盗窗正好满足人们的需要，可以填补市场在这部分的空白。二产品概况如今高楼林立，而高楼面对重大的火灾或者恐怖事件，在电梯和普通楼梯都无法使用并且外部消防救生设备（如：云梯）无法达到效果的情况下，高层自我安全逃生成为备受关注的课题。该新型自动化滑动式防盗窗便应运而生。该新型防盗窗有别于一般产品，采用双层可翻式结构，通过上下楼层的连接组成了类似云梯的结构，达到逃生目的。该自动化滑动式防盗窗，由一组发动机（或改为手摇杆组建）、蜗轮、蜗杆以及双层防盗窗组成，通过发动机驱动（对于特殊环境，可改用手动驱动，考虑到个体应用的成本问题，或者对于用电环境要求高的地方），蜗轮蜗杆传动，翻转外层防盗窗。内层只有楼内才可打开，采用向内翻开来实现打开。外层防盗窗在一般情况下与内层结合，一旦使用，向下翻转，达到最低点与下一楼层的窗架连接，由此当多层类似连接便达到逃生功能。图1所示为该作品基本结构组成示意图。图1自动化翻转式防盗逃生窗基本结构三功能说明1、主要功能（1）防盗功能作为日常安置在家中的窗架，该窗可作为防盗窗使用。该窗采用采用双层可翻式结构，内窗向内翻开来实现打开，外窗向外翻转，常闭设置，保证其防盗功能，保证用户的安全。（2）逃生功能该新型防盗窗有别于一般产品，采用双层可翻式结构，通过上下楼层的连接组成了类似云梯的结构，达到逃生目的。外窗由一组发动机（或改为手摇杆组建）、蜗轮、蜗杆组成，通过发动机驱动（对于特殊环境，可改用手动驱动，考虑到个体应用的成本问题，或者对于用电环境要求高的地方），蜗轮蜗杆传动，翻转外层防盗窗，转动轴置于防盗窗下部，该防盗窗转动180度时实现与下层用户上部的连接，达到逃生目的。（3）报警功能当防盗窗转动180度时实现与下层用户上部的连接时，警报响起提示下层用户有灾难或事故的发生并自动使下层用户开启翻转功能。同时警报指令可传输至物业或楼层安保处，提示有灾难发生。辅助功能：（1）晾晒功能图2晾晒功能示意图若将该窗置于朝阳面，日常也可使其翻转一定角度，起到晾衣晒物的功能，供居民凉晒衣服等。在使用其该功能时，可辅助加入吊钩装置，使其再长时间位于一定夹角时，减少其蜗轮蜗杆的承载，降低负荷。图2为晾晒功能示意图。（2）控制功能图3控制功能示意图1）电动机驱动，带动蜗杆转动。（一套独立电源系统,与室内电源系统隔开，这时可考虑采用新能源电池或者新型蓄电池，如太阳能；当然也可采用手摇装置，视用户需求而定）2）蜗杆传动，带动蜗轮实现换向传动。3）蜗轮联同所在轴实现转动。4）轴的转动带动了整个外窗的转动（转动范围0~180度）。5）当防盗窗转动180度时实现与下层用户上部的连接时，警报响起，提示下层用户有灾难或事故的发生并自动使下层用户开启翻转功能。6）内防盗窗上部采用翻转设计，只可在室内打开，向内上翻。7）内防盗窗下部有卡槽锁，平时锁上起防盗作用，需逃生时可打开。四操作及运行过程说明以电动操作为例，如图4所示。启动电动机，打开下翻指示开关。电动机转动，带动蜗轮蜗杆传动，从而驱动外窗向下翻转。整个翻转紧密顺畅，当外窗翻至底部触及下层时，即触碰到停止开关，从而系统停止运行，完成打开过程。同时开启报警器开关，提示全楼。打开上翻指示开关，整个过程逆向进行，当外窗归位，又触及了另一个停止开关（简易的PLC就可以满足要求），从而完成了整个操作。图4操作及运行过程五材料需要的材料有：报警器、内窗、窗架、外窗、支撑架、蜗杆、轴、蜗轮、联轴器、标准件、转轴、电动机六关键技术1、蜗轮蜗杆传动实现翻转功能如图5所示。图5蜗轮蜗杆传动实现翻转功能结构示意图2、防盗窗转动180度时实现与下层连接并警报如图6所示。图6防盗窗转动180度时实现与下层连接并警报示意图3、内防盗窗上部采用翻转设计如图7所示。图7内防盗窗上部采用翻转设计结构七其他补充说明美观性：交错的格状分布，在满足功能性的同时，大方利落，不失简约风格，符合东西方审美。透光性：整体布局与一般防盗窗无太大区别，在透光方面不存在大问题。成本及市场：该产品成本势必高于一般防盗窗，因为涉及传动，其精度要求较之一般产品有较高要求。成本会随着制造工艺的成熟，很市场的逐步确立而有所下降。设计标准：严格参照有关国家标准。八综述及应用前景这是一项看似复杂实则有效的系统。若一高层楼采用统一安装，则可安装一套统一协调控制的操作系统（例如PLC），成为应对灾害的“统战组织”。若是局部安装，则可考虑该防盗窗系统的手动操作版，火灾或者其他灾害发生时，通电会带来一定的危险隐患（当然大规模安装会采取一套独立的系统,将这一隐患消除），小规模安装采用手动，会降低这一危险系数，若再配合以绳索等救援设备，同样在危难之时能使你成功脱险。传统的防盗窗只有单一的防盗作用，而且防盗系数低，起不到高要求防盗的作用。我们的多功能防盗窗，首先在防盗方面进行了改进，完善了防盗窗的性能。我们在窗体上加入了自动报警系统，适用于家庭；当然政府、保密机关、金银店等防盗需求高的单位，更加需要这种多功能防盗窗。第二，我们防盗窗具有高效的避难功能，这也是关键所在。对于地震、火险等突发事件，多功能防盗窗是一道绿色生命通道，通过控制可以瞬间将防盗窗变成垂直救生梯，帮助受困人员脱险。不仅如此，在窗体上缘装有报警器，室内即使有被困人员，也可以通过触摸使指示灯亮或者报警，通过灯光和声音向外界求救，吸引救援人员。该设备具有很高的应用前景，一旦工艺成熟，可大量用于高层商业写字楼，高层商业住宅居民楼等地方。不但在救援逃生方面有其独特的优势，而且在日常生活中也给了人们很大的帮助，同时，其还可以在楼层外部装修施工时发挥重大作用。高空大跨度联廊采用扣件式钢管支撑体系施工○潘宁涛楼少敏何央素陈永波（浙江省二建建设集团有限公司）○杜建江（浙江省宁波高专建设工程监理公司）【摘要】介绍高空大跨度联廊的模板支撑架体系施工方案、结构计算，采用扣件式钢管施工方法和构造节点处理等技术措施,以确保模板支撑架体系整体稳定性。【关键字】高空大跨度联廊扣件式钢管模板支撑体系工程概况杭州师范学院新校区第Ⅶ标段工程两座五层框架生命实验大楼和化学实验大楼，在五层屋面(标高21.5m)生命实验大楼和化学实验大楼设计有一装饰性的联廊相通建筑平面如图1：图1连廊平面图 根据本工程的实际情况，从工期和经济方面分析，采用钢柱、钢托梁或钢管门型架的组合支撑体系不实际。故根据JGJ130-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》等编制专项模板支撑架体施工方案。经过计算、采取相应的技术措施，可以使用扣件式钢管支撑体系，特别是在支撑结构构造、节点、钢管及扣件质量控制等方面应采取措施，以保证立体支撑架体系有足够的强度、刚度和稳定性。模板支撑架体计算取梁为600×250mm，板厚110mm。初步确定梁底立杆间距1000×1000mm，板底立杆间距1000×1000mm，荷载通过梁、板底模板传递到横楞，钢楞初步设计采用Φ48×3.5@300。2.1楼板验算（荷载计算过程略）板底横向钢楞第二支座反力最大Rb=2.976KN板底纵向钢楞第二支座反力最大Pb=10.2KN板底纵向钢楞δ=M/W=0.8722×106／5.08×103=172N/mm2<fm满足要求。Pb/2=5.1KN<[Rc]=8.0KN满足扣件设计承载力要求立柱稳定性验算：根据JGJ130-20015.3.3条Φ48×3.5钢管计算长度L0＝h+2a=1.5m+0.4=1.9m，回转半径i＝15.8mm根据长细比λ=L/i=1.9×103/15.8＝120查表求出ψ=0.452Ng:支撑架体自重,每米高度的支撑架体每平方米自重1394N计算得出底部钢管的轴向荷载N=Pb+Ng=10200N+21M×1394N/m=39474Nσ=N/(ψA)==39474／(0.452×489)=178.6N/mm2<f（＝205M/mm2）即板底支模立柱满足稳定性要求。纵横向水平钢管的挠度变形验算：三跨钢管、单跨钢管均符合要求(小于[f]=l/250)板底立杆轴向压缩变形Δω=N×L/E×A=39474×22500÷2.06×105×489=8.8mm立杆变形超过要求，必须采取技术措施减少立杆轴向变形2.2梁验算（取1m宽作为计算单元,荷载计算过程略）2.2.1最大第二支座反力Rb=(Kg×Qg+Kq×Qq)×l=3.3KN梁底钢楞下纵向钢楞按三跨连续梁计算最大第二支座反力Pb=[(Kg×Fg+Kq×Fq)+Rb]=13.8KNPb/2=6.9KN<[Rc]=8.0KN满足扣件设计承载力要求2.2.2钢楞下纵向钢楞Mmax=(Kg,×Fg+Kq,×Fq)×l=0.916KN·Mδ=M/W=0.916×106／5.08×103=180N/mm2<fm满足要求。2.2.3立柱稳定性验算根据JGJ130-20015.3.3条Φ48×3.5钢管计算长度L0＝h+2a=1.5m+0.4=1.9m，回转半径i＝15.8mm根据长细比λ=L/i=1.9×103/15.8＝120查表求出ψ=0.452Ng:支撑架体自重,每米高度的支撑架体每米自重1394N计算得出底部钢管的轴向荷载N=Pb+Ng=13800N+21M×1394N/m=43074Nσ=N/(ψA)=43074／(0.452×489)=194.8N/mm2<f＝205M/mm2即板底支模立柱满足稳定性要求。2.2.4梁底横向钢楞的验算：钢楞按简支梁计算，承受梁底传来的均布荷载。抗弯强度验算：跨中最大弯矩M=Fa＝(3.3/2)×[(1-0.25)/2]＝0.61875KN.mδ=M/W=0.61875×106／5.08×103=121.8N/mm2<fm，满足要求。挠度验算ω=Fa×(3l2-4a2)/24EI=2.5mm<[δ]=l/250=1000/250=4mm，符合要求。2.2.5梁底纵向水平钢管的挠度验算:按三跨钢管验算ω=Kf×F×l3/100×E×I=2.75MM<[f]=l/250=1000/250=4mm，符合要求按单跨钢管验算ω=Fa×(3l2-4a2)/24EI=9.7mm＞[δ]=l/250=1000/250=4mm，不符合要求。2.2.6梁底立杆轴向压缩变形:Δω=N×L/E×A=43074×22500÷2.06×105×489=9.6mm变形超过要求，必须采取技术措施减少立杆轴向压缩变形三、计算汇总根据以上设计计算汇总结果如下表板底梁底横向钢楞最大支座反力Rb=2.976KNRb=3.3KN纵向钢楞最大支座反力Pb=10.2KNPb=13.8KN纵向钢楞抗弯应力172N/mm2180N/mm2f＝205M/mm2三跨钢管、单跨钢管挠度变形验算均符合要求三跨钢管符合单跨钢管不符合小于[f]=l/250扣件5.1KN6.9KN[Rc]=8.0KN立柱底部稳定性验算应力178.6N/mm2194.8N/mm2f＝205M/mm2立杆轴向压缩变形Δω=8.8mmΔω=9.6mm分析结果：1、立杆轴向变形太大，超过允许要求；2、立柱底部及纵向钢楞内应力接近允许应力值；3、扣件承载力达到标准值的70~80%；4、梁底单跨钢管挠度变形验算不符合要求；四、技术措施最后确定扣件式Φ48×3.5钢管满堂支撑架采取的措施：1、根据轴线尺寸的划分，将1m立杆间距调整为0.8m×0.8m，避免间距过密造成架体自重过大；水平横杆每步高1500m至结构梁板底，左右两端与主体砼结构刚性连接，与中间4只圆柱抱牢，且与两端大楼的五层模板支撑架连成整体，即5层部位整体搭设成钢管桁架格构形式，以增强支撑体系稳定性、减少变形;梁板底横向钢楞采用Φ48×3.5钢管@300；具体见图2、图3、图4。图2立干平面布置图图3