32-新型剪力墙脚手架拉结点固定装置的研制

新型剪力墙脚手架拉结点固定装置的研制Success山东滕建建设集团有限公司桂语风和SC小组2023年6月发布人：张坤目

录

一、基本情况

二、选题理由

三、设定目标及目标可行性论证

四、原因分析

五、对策

六、实施

七、效果检查

八、巩固措施

九、今后设想一、基本情况（一）、工程概况项目名称：桂语风和项目14#楼及地下工程工程地点：滕州市红荷大道南侧、鑫旺街西侧建筑面积：29354m2工程造价：4109.56万剪力墙跨度：11.5m（二）、小组简介二、小组简介二、选择理由二、选择理由在工程施工过程中发现，因东西两侧剪力墙跨度过大，且中间无洞口、窗口等可用于固定脚手架拉结点的部位。脚手架施工过程中常会将此处拉结点省略，导致外脚手架拉结点缺失，造成安全隐患。本项目因外脚手架拉结点数量不足收到过监理和主管部门的多次处罚。二、选择理由序号需求类型需求内容1项目部需求剪力墙部位脚手架拉结点设置时间过于繁琐，耗时较长，要求外脚手架拉结点设置时间不超过3分钟/个。2公司要求公司在各类检查中要求，外脚手架作为重要的安全防护工具，搭设必须合格，拉结点应100%设置。3甲方要求项目部因脚手架问题导致的停工天数≤1天/季度。不得因脚手架问题导致安全事故。4相关方要求（住建局要求）外脚手架必须按照规范搭设，外脚手架拉结点缺失数量为0。二、选择理由层数要求拉结点数量（个）实际拉结点数量（个）设置方式结论1160无不合格2160无不合格3168预留洞口不合格4160无不合格5160无不合格61616预留洞口合格7160无不合格8160无不合格由上表可看出，目前施工的8层中，仅第6层的脚手架拉结点完全符合要求，其他楼层均不合格。二、选择理由经统计，现有的拉结点设置方式仅洞口模具设置时间平均为660.5s，约11分钟。因设置过于繁琐，导致多数位置预留洞口设置不全，外脚手架搭设无法设置拉结点。楼层序号加工模具时间（s）固定模具（s）调整钢筋（s）合计（s）9层1#点3661261956872#点3501351686533#点3211562056824#点3961111686755#点2991212016216#点3311651996987#点3651051656358#点368109159636平均349.5128.5182.5660.5二、选择理由现有做法效果分析需求结论预留洞口在加工剪力墙模板时在相应位置留置拉结点预留洞口，平均设置时间660.5s/个，即11分钟/个。项目部需求外脚手架拉结点设置时间≤3分钟/个。不满足需求制表人：张坤审核人：孙晓云制表时间：2022年9月2日表3-3-1现有做法与需求分析对比表二、选择理由表3-4-1借鉴结果序号借鉴方式借鉴结果1中国知网无2万方数据库无3百度学术无4SooPAT专利搜索《剪力墙处外脚手架拉结方法》5现场施工用具悬挑用预埋U型螺栓序号名称申请人申请号1《剪力墙处外脚手架拉结方法》中国三冶集团有限公司201710478829.62悬挑用预埋U型螺栓--表3-4-2借鉴情况统计表1.小组成员通过专利信息网等网站，搜索“剪力墙拉结点”、“快速安装拉结点”等关键词，借鉴到1个相关专利，同时小组成员借鉴身边事物，发现了“悬挑用预埋U型环”。借鉴结果见表3-4-1。2.小组成员将借鉴到的2个专利（表3-4-2）进行了整理，并分析专利信息，为小组的创新活动，提供了新的借鉴思路。制表人：张坤

审核人：孙晓云

制表时间：2022年9月3日二、选择理由名称剪力墙处外脚手架拉结方法借鉴性质发明专利专利文件专利内容专利核心原理借用剪力墙模板支设时遗留的对拉螺栓孔，根据需要选择其中部分作为外脚手架拉结点连墙件穿墙孔。名称悬挑用预埋U型螺栓借鉴性质身边事物事物内容专利核心原理在剪力墙支模时预埋U型螺栓，作为外脚手架拉结点预埋件，使用时将钢管固定在U型螺栓上。二、选择理由因此我们选择的课题是：“新型剪力墙脚手架拉结点固定装置的研制”。三、设定目标及目标可行性论证三、设定目标及目标可行性论证小组成员设想研制一种新型脚手架拉结点固定装置，将脚手架拉结点的设置时间由目前的11分钟/个降低至2分钟/个。制图人：张坤审核人：孙晓云制表时间：2022年9月4日图4-1设定目标柱状图三、设定目标及目标可行性论证论证一：对借鉴专利《剪力墙处外脚手架拉结方法》的论证。试验序号安装时间s换算分钟结论1106s1′46″满足需求298s1′38″3102s1′42″496s1′36″599s1′39″平均100.2s1′40″通过对借鉴专利《剪力墙处外脚手架拉结方法》进行模拟试验，可将脚手架拉结点设置时间缩短为1分40秒/个，满足目标需求。三、设定目标及目标可行性论证论证二：对借鉴事物《悬挑用预埋U型螺栓》的论证。通过对悬挑用预埋U型螺栓借鉴事物进行模拟试验，发现脚手架拉结点安装时间为1分53秒/个，满足小组设定的≤2分钟/个的目标。序号试验次数规格安装用时（s）换算分钟结论1第一组16#U型螺栓1202′00″满足需求2第二组1191′59″3第三组1101′50″4第四组1051′45″5第五组1091′49″平均1131′53″四、原因分析四、原因分析“脚手架拉结点对拉螺栓孔固定装置”“预埋U型螺栓固定装置”提出总体方案后，我们对两个总体方案进行了创新性分析，未发现有可直接使用的专利或技术，证明提出的2个总体方案具有较好的创新性。方案名称脚手架拉结点对拉螺栓孔固定装置项目借鉴平台查询结果专利SooPAT专利检索平台无国家专利信息网无论文中国知网无百度学术无万方数据无方案名称预埋U型螺栓固定装置项目借鉴平台查询结果专利SooPAT专利检索平台无国家专利信息网无论文中国知网无百度学术无万方数据无四、原因分析“脚手架拉结点对拉螺栓孔固定装置”“预埋U型螺栓固定装置”对提出的两个总体方案进行方案独立性分析，经分析，两个方案的安装方式、受力方式等核心原理不同，具有明显差异，二者具有较好的相对独立性。总体方案名称核心原理差异点结论脚手架拉结点对拉螺栓孔固定装置利用剪力墙对对拉螺栓孔作为脚手架拉结点固定装置的安装孔，尾端设置受力挡板，最大受480MPa拉力。1.后安装；2.挡板受力。二者具有相对独立性预埋U型螺栓固定装置在剪力墙浇筑前预埋U型螺栓，1.预埋安装2.U型螺栓受力四、原因分析项目脚手架拉结点对拉螺栓孔固定装置预埋U型螺栓固定装置方案介绍利用剪力墙浇筑后遗留的对拉螺栓孔，将固定装置从对拉螺栓孔穿过剪力墙，固定在剪力墙上。在剪力墙浇筑前将U型螺栓预埋在剪力墙的相应位置，待脚手架搭设到该位置时将拉结点固定在U型螺栓上。技术可行性数据计算对拉螺栓孔经为16mm，一般可正常穿入直径不大于14mm的螺栓。φ14mm的HPB300光圆钢筋抗拉强度约为270N/mm2，其最大可承受拉力约为π(14/2)2×270N/mm2≈41.54KN。满足脚手架拉结点设置要求2.7KN。普通悬挑用预埋U型螺栓直径16mm，采用HRB300热轧光圆钢筋制作，其理论抗拉强度为480MPa，换算其最大可承受拉力为π(16/2)2×270N/mm2≈54.26KN，因其为两根钢筋同时受理，则其最大承重能力约为96.46KN×2=108.52KN。满足脚手架拉结点设置要求。实施难度前期正常施工，对剪力墙浇筑施工无影响，浇筑完成第2天拆除掉剪力墙侧模后即可进行安装。在剪力墙绑扎钢筋阶段提前将U型螺栓预埋完成，待混凝土强度升至2MPa时拆除模板，连接脚手架拉结点。小结技术可行性好技术可行性好对其它工序的影响前期不需额外操作，对剪力墙施工对影响为0。影响剪力墙施工，每个U型螺栓安装时间约为10分钟。对施工进度有影响。经济合理性该方案共需材料费用30元。30元合计30该方案共需材料费用30元。预期效果随用随装，预计安装时间≤1分钟。需前期策划预埋，成品安装时间约2分钟结论采用不采用四、原因分析小组成员对选定总体方案“脚手架拉结点对拉螺栓孔固定装置”进行详尽分解，得到以下系统图：四、原因分析分级方案比选1.拉杆部分比选项目热轧光圆钢筋热轧带肋钢筋技术参数抗拉强度400-600MPa445-630MPa屈服强度335-500MPa335-500MPa断后伸长率25%≤17%小结热轧光圆钢筋断后伸长率为25%，韧性和耐冲击性比热轧带肋钢筋高47%。实施效果最大抗拉强度600MPa，最大屈服强度500MPa，满足拉结点设置需要。最大抗拉强度630MPa，最大屈服强度500MPa，满足拉结点设置需要。适用性经测试，光圆钢筋适用性较好，穿过16mm直径的对拉螺栓孔一次成功率为90%。带肋钢筋因钢筋肋影响其通过性，经测试，带肋钢筋穿过16mm直径的对拉螺栓孔一次通过率为60安全性断后伸长率25%，韧性较好，可有效防止脆断。抗拉强度445-630MPa，强度较高。能够承受更大拉力。制作时间设计1天-采购1天-制作1天，合计需要3天时间。设计1天-采购1天-制作1天，合计需要3天时间。经济性材料价格约4600元/吨。材料价格约4200元/吨。总结热轧光圆钢筋各项性能满足使用需求。结论采用不采用四、原因分析分级方案比选1.拉杆部分比选项目φ14mmφ12mm适用性φ14mm的HPB300光圆钢筋抗拉强度约为270N/mm2，其最大可承受拉力约为π(14/2)2×270N/mm2≈41.54KN。满足脚手架拉结点设置要求。φ12mm的HPB300光圆钢筋抗拉强度约为270N/mm2，其最大可承受拉力约为π(12/2)2×270N/mm2≈30.52KN。满足脚手架拉结点设置要求。安全性脚手架钢管直径为48.3mm，壁厚3.6mm，其理论抗拉强度为235MPa，则其最大抗拉强度为{π(48.3/2)2-π[(48.3-3.6)/2]2}×235MPa≈6.176KN。则其安全储备约为41.54KN/6.176KN×100%≈672.6%。脚手架钢管直径为48.3mm，壁厚3.6mm，其理论抗拉强度为235MPa，则其最大抗拉强度为{π(48.3/2)2-π[(48.3-3.6)/2]2}×235MPa≈6.176KN。则其安全储备约为30.52KN/6.176KN×100%≈494.2%。经济性材料价格约5元材料价格约4元。总结两者对适用性均满足需求，φ14mm比φ12mm圆钢安全储备高36.1%，安全性更好。结论采用不采用四、原因分析分级方案比选2.挡板部分比选项目钢板圆钢方案描述使用钢板制作挡板，阻止拉结点出现水平移动。使用圆钢制作止挡杆，在水平方向上限制拉结点对移动。实施效果将钢板切割为直径50mm或边长100mm的挡板，使用螺栓将其卡在剪力墙的两侧，使其水平移动范围≤1mm。使用直径10mm的圆钢，制作四只撑脚，撑脚长度约100mm，起到限制拉结点移动的目的。可靠性经计算，挡板可承受约65KN拉力，满足使用需求。撑杆可承受40KN拉力，满足使用需求。经济成本结构简单，挡板加工约20元。结构相对较复杂，撑脚加工约50元。总结挡板结构简单，应用效果好。结论采用不采用四、原因分析分级方案比选2.挡板部分比选项目φ100mm×5mm100mm×100mm×3mm方案描述制作一个宽800mm的支架，两端固定于外墙吊篮的两侧护栏上，电热丝安装于支架上，工作时将EPS保温板置于固定支架上，切割保温板。参照现用手持钢锯的形式，将锯片替换为电热丝，锯片长度为250mm，电热丝功率P=U2/R=24V2/22.21Ω×0.25m≈103.74W。技术参数作用面积7850mm210000mm2抗剪强度110KN96KN使用压力0.79MPa0.61MPa实施效果挡板最大使用压强为0.79MPa，满足使用要求。变形，日常使用中可承受较大的力矩。挡板最大使用压强为0.61MPa，满足使用要求。经济成本圆形冲孔加工成本约10元/个。方形冲孔约8元/g个。总结100mm×100mm×3mm方案加工方便，力学性能满足使用需求。结论不采用采用四、原因分析分级方案比选3.连接部分比选项目直接式垂直式基本特点将拉杆与脚手架小横杆轴向对齐，使固定装置整体只承受轴向力，有利于装置和拉结点的稳定。将拉杆首端垂直固定在一段架管上，再将脚手架小横杆使用扣件或钢丝绳固定在该段架管上。技术参数最大拉力即为拉杆的最大抗拉强度41.54KN。计算需要考虑固定端架管的长度，设该段长度为150mm，则该装置可承受最大拉力为12KN。安全性保留600%的安全储备系数安全储备约为194.4%。实施性在小横杆末端进行焊接或螺栓连接，连接强度可达到600KN。增加固定端架管后，出现力矩，小组成员无法准确计算可承受拉力数值。总结直接式保留600%安全系数，计算数值明确。结论采用不采用四、原因分析分级方案比选3.连接部分比选项目螺母连接焊接实施效果M14螺栓理论可承受拉力400KN，远大于材料的最大抗拉强度。焊接强度值与材料的最大抗拉强度基本一致，即41.54KN。安全性螺栓抗拉强度为材料抗拉强度的900%，安全储备充足。安全性取决于焊接质量，总体抗拉强度相当于材料强度的100%。适用性采用螺母连接，安装拆卸便捷，经测试，安装时间平均为20s，拆卸时间16s。安装时需进行焊接，安装时间约110s，拆卸需要切割，拆卸时间约90s。经济性M14螺母售价2元，综合安装价格约10元，且为一次成本，后续使用增加费用为0。焊接接头价格约5元，且无法循环使用，每次使用均需重新焊接。总结螺母连接安装拆卸方便，适用性较好，成本较低。结论采用不采用四、原因分析确定最佳方案五、对策五、对策小组成员根据“5W1H”原则，将调试方案加入到对策表中，对策表如下：序号对策目标措施地点时间负责人1φ14光圆钢筋拉杆设计与制作1.长度加工尺寸误差≤1mm；2.直径加工误差≤0.05mm。

1.根据最佳方案，设计φ14光圆钢筋拉杆，确定其长度、直径、螺纹类型、牙距等参数；2.采购直径14mmHPB300热轧光圆钢筋，根据设计需求裁切至合适长度。3.根据设计要求，加工拉杆螺纹。项目部办公室2022.10.17孙晓云2100mm×100mm×2mm钢制挡板设计与制作1.内孔直径加工误差≤0.1mm。1.采购一块100mm×100mm×2mm的Q235钢板2块，到货后测量尺寸是否符合要求；2.加工φ14.5mm内径，使其可灵活安装到拉杆上；3.采购M14进度螺母两个，用于固定挡板。项目部仓库2022.10.20朱光宇3M14螺母连接装置制作1.螺母焊接100%满焊；2.夹渣、裂缝等缺陷数量数量为0。

1.根据最佳方案，使用Solidworks机械建模软件设计连接装置3维模型；2.根据设计要求采购加工连接装置所需的螺母、钢管等材料；3.根据设计要求，制作连接装置。项目部仓库2022.10.22孙晓云4进行组装调试1．承受20KN拉力不发生断裂；1.根据设计图纸，将装置各构件进行组装；2.检查装置是否可正常安装。项目部实验室2022.10.27孙晓云六、实施六、实施（一）对策实施一：φ14光圆钢筋拉杆设计与制作措施1.10月14日，由孙晓云负责，根据最佳方案的要求，根据最佳方案，设计φ14光圆钢筋拉杆，确定其长度、直径、螺纹类型、牙距等参数；六、实施（一）对策实施一：φ14光圆钢筋拉杆设计与制作措施2.采购直径14mmHPB300热轧光圆钢筋，根据设计需求裁切至合适长度；措施3.根据设计要求，加工拉杆螺纹；六、实施对策实施一效果验证1.制作完成后，由孙晓云负责，检查光圆钢筋拉杆长度是否符合设计要求。经检查，长度为30.3mm，满足对策目标。效果验证2.检查拉杆外径误差是否在合理范围内，使用游标卡尺测量3个点的直径，测量结果如下表。测试点理论直径允许公差实测值实测公差结论负责人1#14mm±0.05mm14.02mm+0.02mm合格孙晓云2#14.03mm+0.03mm合格孙晓云3#14.02mm+0.02mm合格孙晓云经测量，直径加工误差在允许范围内。结论：对策一的两个目标均实现，对策有效！六、实施（一）对策实施二：100mm×100mm×3mm钢制挡板设计与制作措施1.10月19日，由朱光宇负责，采购一块100mm×100mm×3mm的Q235钢板2块，到货后测量尺寸是否符合要求；序号项目理论尺寸实测尺寸结论负责人1长100mm101mm合格孙晓云2宽100mm100.5mm合格孙晓云3厚3mm2.06mm合格孙晓云六、实施（二）对策实施二：100mm×100mm×3mm钢制挡板设计与制作措施2.根据设计图纸，加工φ14.5mm内径，使其可灵活安装到拉杆上；措施3.由朱光宇负责，采购M14紧固螺母两个，将其安装到挡板两侧，用于固定挡板。六、实施对策实施二效果验证：由孙晓云负责，使用游标卡尺测量内孔加工误差。序号项目理论直径允许公差实测尺寸实测公差结论负责人1内径14.5mm0.1mm14.50mm0mm合格孙晓云经试测量，内孔尺寸为14.50mm，公差＜0.1mm。结论：对策二目标实现，对策有效！六、实施（三）对策实施三：M14螺母连接装置制作措施1.10月22日，由孙晓云负责，根据最佳方案，使用Solidworks机械建模软件设计连接装置3维模型；六、实施（三）对策实施三：M14螺母连接装置制作措施2.根据设计要求采购加工连接装置所需的螺母、钢管等材料；措施3.根据设计要求，制作连接装置。将连接螺母与钢管轴向对齐后进行焊接，要求焊接为满焊，以确保承重能力。六、实施对策实施三效果验证：1.由孙晓云负责，检查螺母焊接情况，焊接率是否达到100%，经目测检查，螺母周圈无遗漏，目视焊接率100%；，满足对策目标要求。2.检查螺母焊接部位是否存在夹渣、裂缝、气孔、烧穿等情况，检查表如下：检查项目夹渣裂缝气孔烧穿咬边结论负责人缺陷数量00000合格孙晓云经检查，焊接部位缺陷数量为0结论：对策三的两个目标均实现，对策有效！六、实施（四）对策实施四：进行组装调试措施1.10月23日，由孙晓云负责，根据设计的结构图，将装置各构件进行组装；措施2.现场选择一处剪力墙，检查装置是否可正常安装；六、实施对策实施四效果验证：1.由孙晓云负责，检查装置承重情况，对该装饰施加20KN拉力，检查其是否出现松动、断裂等问题。检查位置拉杆挡板螺母连接焊口结论负责人问题变形无无无无合格孙晓云断裂无无无无合格孙晓云裂缝无无无无合格孙晓云经检查，施加荷载后装置未出现明显故障。结论：对策四两个目标均实现，对策有效！七、效果检查七、效果检查（一）目标完成情况2022年10月27日，小组成员完成“脚手架拉结点对拉螺