装配式建筑剪刀式楼梯间多功能平台设计

为了提高装配式建筑的施工进度，通常选用预制楼梯作为装配式建筑的楼梯。但装配式建筑的预制剪刀梯吊装与楼层结构面施工不同步，导致楼梯间存在洞口临边安全隐患，本层楼梯间支模无操作台和楼梯间无上下楼通道。因此，有必要发明一种装配式建筑剪刀式楼梯间多功能平台，以提高装配式建筑剪刀式楼梯间施工的安全和进度。目前，有较多的装配式建筑楼梯间多功能平台研究成果，但在装配式建筑剪刀式楼梯间多功能平台的研究成果中，较少具备同时能支模、洞口临边防护和上下作业面。结合装配式建筑的预制剪刀梯吊装与楼层结构面施工不同步的特点，设计了一种装配式建筑剪刀式楼梯间多功能平台，有效解决了作业人员在楼梯间处支模、洞口临边防护和上下作业面的难题。1 多功能平台使用功能和技术设计1.1 多功能平台使用功能要求现有装配式建筑剪刀式楼梯间采用“钢管+热镀锌压型钢跳板”的搭设作法，为每层预制剪刀梯安装后搭设楼梯间模板操作脚手架及临边防护脚手架，待需进行预制剪刀梯吊装时进行该操作脚手架及临边防护的拆除工作，且操作工人上下作业面还需搭设楼梯架。现有搭设作法安全性低，使用功能少，且重复浪费人工。因此，该多功能平台的使用功能要求和功能特点体现在以下几方面。（1）楼梯间处支模没有操作面，满足楼梯间处墙、柱和预制剪刀梯钢托座梁的安全支模。（2）预制剪刀梯吊装前楼梯间为临边洞口，满足作业层临边防护的要求。（3）预制剪刀梯吊装前，为作业人员提供从楼梯间上下作业面的安全通道。（4）吊装和移出简便，且无需二次搭设。1.2 多功能平台方案设计根据该多功能平台的使用功能要求和功能特点，若平台的传力途径采用楼梯踏步直接承载，平台高度较高，平台使用过程晃动较大，因此考虑采用楼梯钢托座梁直接承载，通过8根可伸缩横杆将平台的力直接传递给楼梯钢托座梁，同时因平台整体高度降低而提升了施工人员在平台上开展施工作业时的安全性。8根可伸缩横杆设置有锁止装置，避免可伸缩横杆移动，进一步提高平台在吊装、使用和移出过程的安全性。多功能平台安装流程如下。（1）将该装配式建筑楼梯间多功能平台吊装至装配式建筑剪刀式楼梯间内。（2）取下销钉，将8根可伸缩横杆均调整至钢托座梁处，插入销钉固定好可伸缩横杆，放置该装配式建筑楼梯间多功能平台。（3）于两层操作平台上搭设楼梯间墙柱和楼梯钢托座梁模板，浇筑混凝土后，拆卸楼梯间模板，得到楼梯间墙面。（4）将该装配式建筑楼梯间多功能平台吊起悬空作业层楼梯间内，把8根可伸缩横杆收至最里处，插入销钉固定，移出该装配式建筑楼梯间多功能平台。（5）将预制楼梯吊装于装配式建筑剪刀式楼梯间内。（6）重复步骤1至步骤5，以继续完成现场施工。为有效拦截铝模的销钉、销片和混凝土等杂物掉落伤人，两层支模操作台的踏板均采用热镀锌压型钢跳板，底层两边支模操作台中间的两侧采用花纹钢板设置翻板。为了提高支模时作业人员的安全，底层支模操作台和2层支模操作台均设置有2道水平防护。两边操作台中间设置有上下作业面的楼梯架，以满足作业人员上下作业面的需要。操作台在高于楼层作业面处设置有洞口临边防护，保障作业人员开展临边作业时的安全。多功能平台主要采取焊接，因此，在结构上可分为：底层8根可伸缩横杆、锁止装置、底层支模操作台、2层支模操作台、支模操作台防护、上下作业面楼梯和洞口临边防护7部分。基于以上分析，多功能平台设计方案如图1所示。图1 装配式建筑剪刀式楼梯间多功能平台设计方案1.3 确定技术参数多功能平台的外部长度和宽度应满足支模所需的操作空间和防止作业人员坠落的要求，高度应满足作业层洞口临边防护的要求。确定多功能平台的主要技术参数如下。（1）在使用功能的舒适性方面，楼梯间四周混凝土墙面距离完成吊装的平台为300 mm，便于搭设楼梯间模板和平台吊装；操作台宽度为400 mm，底层操作台距离2层操作台净高为2 m，楼板作业完成面的顶部混凝土标高与最高一层踏步平面的标高一致，满足作业人员正常通行。（2）在使用功能的预制楼梯保护性方面，可伸缩横杆端部的底部均焊接有高80 mm的垫片，底层可伸缩横杆中间的翻板端部焊接有直径25 mm的钢筋头，以免平台在使用过程中与预制楼梯接触。（3）在使用功能的安全性方面，操作台临边和洞口临边均设置2道间距为600 mm的水平杆防护，踏步正下方的2层操作台镀锌压型钢跳板按水平方向满铺至踏步，避免平台在使用过程中掉落铝模销钉、销片和混凝土等杂物。1.4 主要材料选用为保证多功能平台的安全系数，底层操作台选用4 mm×100 mm×100 mm的镀锌方管，可伸缩横杆选用4 mm×80 mm×80 mm的镀锌方管，2层操作台选用1.5 mm×40 mm×60 mm的镀锌方管，8根临边立杆选用2 mm×40 mm×60 mm的镀锌方管，洞口临边防护的水平杆采用1.5 mm×40 mm×60 mm的镀锌方管，两层操作台防护采用1 mm×40 mm×40 mm的镀锌方管，上下作业面的楼梯梁选用6 mm×70 mm×70 mm的角铁，上下作业面踏板采用厚3 mm的花纹钢板，两端翻板选用厚度为8 mm的花纹钢板。2 多功能平台稳定性有限元分析为确保多功能平台研制的技术可行性，有必要在装配式建筑剪刀梯楼梯间多功能平台设计阶段模拟其应力分布与变形，在此基础上，完成负载下的稳态动力学响应分析。为了解平台在使用过程中的承载情况，对平台的结构进行简化，并采用有限元建模。在最不利条件为可变荷载作用情况下（在板单元上加载3 kN/㎡的可变荷载以及在立杆上加1 kN的风荷载）对多功能平台截面应力比、最大位移、支座最大反力等进行计算。由竖向位移、水平位移和支座反力变化图可知，最大竖向位移2.2 mm，最大水平位移1 mm，最大支座反力17 kN，计算结果满足安全和稳定性的要求。多功能平台稳定性和刚度较好，能满足安全施工需要。3 应用情况该装配式建筑剪刀式楼梯间多功能平台在新建居住、公园绿地、复合公共停车场库及供应设施项目一标段（热电厂宿舍片地块一标段项目）进行了试验与现场应用。该项目位于湖北省武汉市武昌区、新河后街与和平大道交汇处。2号楼为装配式建筑，共两个单元，建筑面积有29 815.5㎡，装配率50.63 %，均采用预制剪刀梯构件，楼梯间长×宽×高的净空尺寸为4 820 mm×2 600 mm×2 900 mm，因装配式建筑剪刀式楼梯间多功能平台同时设计有多工种操作台、临边防护和上下作业面功能，且功能间采用焊接工艺进行连接，解决了作业人员在剪刀式楼梯间处的洞口临边防护、支模、钢筋绑扎和上下作业面的问题。该多功能平台使用安全性高，无需二次搭设，大幅缩短了该多功能平台的吊装和移出时间，提升了泥工班组、木工班组和钢筋工班组的施工效率，经商务测算，相比“钢管+热镀锌压型钢跳板”的搭设作法，该多功能平台在两个单元同时使用（不考虑周转使用）可节约87 865.84元。4 结论运用有限元建模分析，验证了装配式建筑剪刀式楼梯间多功能平台的技术可行性，对于确保研制装配式建筑剪刀式楼梯间多功能平台模型的安全可靠至关重要。该多功能平台实现了“一物多用”，具有双层支模操作台，能提高支模作业人员的施工安全和施工速度；设置了上下作业面的楼梯架，为作业人员提供