一种可调角度装配式水平悬挑防护棚及其施工方法
阅读说明：本技术 一种可调角度装配式水平悬挑防护棚及其施工方法 (Angle-adjustable assembly type horizontal cantilever protection shed and construction method thereof ) 是由 曾凡荣 李荣芳 姚开成 何显文 陈祝华 于 2019-12-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种可调角度装配式水平悬挑防护棚,包括防护棚框架,所述防护棚框架的一侧通过连接件与钢框架柱铰接连接,所述防护棚框架的另一侧通过钢丝连接绳与钢框架柱连接,所述钢丝连接绳的一端与防护棚框架的外侧连接,另一端与连接件上方的钢框架柱连接。所述防护棚框架的外侧设有两个以上的钢筋圆环,所述钢筋圆环焊接在所述防护棚框架上,每个钢筋圆环内均穿接有钢丝连接绳；所述钢框架柱与连接绳连接的位置设有拉环,所述钢丝连接绳的一端与钢筋圆环穿接,另一端固定在拉环上。本发明可调角度装配式水平悬挑防护棚具有安全性强、材料消耗低、可预置、适合钢框架结构建筑特点等优点。(The invention relates to an angle-adjustable assembly type horizontal cantilever protective shed which comprises a protective shed frame, wherein one side of the protective shed frame is hinged with a steel frame column through a connecting piece, the other side of the protective shed frame is connected with the steel frame column through a steel wire connecting rope, one end of the steel wire connecting rope is connected with the outer side of the protective shed frame, and the other end of the steel wire connecting rope is connected with the steel frame column above the connecting piece. The outer side of the protection shed frame is provided with more than two reinforcing steel bar circular rings, the reinforcing steel bar circular rings are welded on the protection shed frame, and a steel wire connecting rope penetrates through each reinforcing steel bar circular ring; the steel frame column is provided with a pull ring at the position connected with the connecting rope, one end of the steel wire connecting rope is connected with the steel bar circular ring in a penetrating manner, and the other end of the steel wire connecting rope is fixed on the pull ring. The angle-adjustable assembly type horizontal cantilever protection shed has the advantages of being strong in safety, low in material consumption, capable of being preset, suitable for steel frame structure buildings and the like.)
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，具体为一种可调角度装配式水平悬挑防护棚及其施工方法。
背景技术
水平悬挑防护棚是指用于在建建筑中的水平防护措施，目的是在于防止在施工过程中的高空坠物对地面人员造成伤害。传统的水平悬挑防护棚均是使用于钢筋混凝土结构建筑中，现有的水平悬挑防护棚结构和安装方式为：U型卡扣预埋于楼板中——楼板混凝土浇筑并达到强度要求——工字钢调运到位——钢丝绳张拉工字钢悬挑端头——工字钢在U型卡扣中固定——在工字钢悬挑部位铺设竹条板并固定——在工字钢悬挑部位端头设置防护栏杆。传统的水平悬挑防护棚为高空人工现场组装的形式，在安装过程中工序较多，对施工作业人员及施工区域下方的非作业人员存在较大的安全隐患，且该防护形式使用的工字钢、竹条板、防护栏杆等材料较多，产生的费用较大。
发明内容
本发明提供一种具有安全性强、材料消耗低、可预置、适合钢框架结构建筑特点的可调角度装配式水平悬挑防护棚及其施工方法，解决了现有技术施工工序多、材料损耗高及安全性低的缺陷，使其能有效的解决钢框架结构建筑在施工过程中无水平悬挑防护棚的短板，提高钢框架结构的稳定性和施工过程中的安全性。
为了实现上述目的，通过以下技术方案实现。
一种可调角度装配式水平悬挑防护棚，包括防护棚框架，所述防护棚框架上安装有防护网，所述防护棚框架的一侧通过连接件与钢框架柱铰接连接，所述钢框架柱为预制件，所述防护棚框架的另一侧通过钢丝连接绳与钢框架柱连接，所述钢丝连接绳的一端与防护棚框架的外侧连接，另一端与连接件上方的钢框架柱连接。
进一步地，所述防护棚还包括多个钢筋圆环，所述钢筋圆环分别呈一一对应状焊接在所述防护棚框架的外端和钢框架柱上，所述钢框架柱上的钢筋圆环所在高度高于防护棚框架外端的钢筋圆环所在的高度，所述钢筋圆环内均穿接有钢丝连接绳。
进一步地，所述防护棚框架包括多个横向和纵向呈纵横网格状分布的多条主龙骨方钢，所述横向和纵向分布的主龙骨方钢的连接处通过角钢连接件固定，相邻角钢采用紧固件紧固。
进一步地，所述连接件包括第一异形钢板和第二异形钢板，所述第一异形钢板和第二异形钢板均为凸字形钢板，所述第一异形钢板和第二异形钢板相对分布在钢框架柱的两侧抱住钢框架柱，所述经一异形钢板和第二异形钢板两侧的伸出板通过第一栓钉紧固在一起。
进一步地，所述第二异形钢板位于钢框架柱的外侧，所述第二异形钢板外部设有两块向外伸出的耳板，两块耳板呈平行分布，并分别焊接在第二异形钢板上，两块耳板之间的间距与所述主龙骨方钢的尺寸相配合，所述主龙骨方钢***两块耳板之间，通过第二栓钉与两块耳板转动连接，实现主龙骨方钢与钢框架柱的铰接。
进一步地，所述钢框架柱包括钢框架，所述钢框架内浇注有用于填充钢框架柱的柱心自密实混凝土。
进一步地，所述横向和纵向分布的主龙骨方钢均为50×50×2.5的方钢，所述角钢连接件为50×50×2.5的角钢。
一种可调角度装配式水平悬挑防护棚的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：防护棚材料选择，根据建筑的受力影响情况，选择方钢作为水平防护棚龙骨，并呈横向和纵向形成网格状防护棚龙骨；具体地，由于水平防护棚主要作用为防止施工过程中的高空坠物，不考虑在水平防护棚上堆放荷载，为减少对建筑的受力影响，尽量选择质量较轻且能达到防护要求的材料。本发明施工方法中选择50×50×2.5的方钢作为水平防护棚龙骨，重量为3.73kg/m，防护网类型选择密目钢丝网，重量为1.5kg/m2，成型后的水平防护棚重量约为16kg/m。此种材料制作成型的水平防护棚重量大大低于钢筋混凝土结构的工字钢+竹条板的防护棚重量。
S2：防护棚整体平面图设计，
S2.1：根据JGJ80-2016中坠落半径的要求和建筑高度，确定需要设置的水平防护棚所在位置，并设置宽度，通过建筑施工平面图，确定单体建筑的建筑外型，按照设置宽度在建筑***整圈设置水平防护棚，得到水平防护棚的整***置布置初步图；
S2.2：根据选定的材料技术参数对水平防护棚的龙骨位置、拉节点位置进行细化设计，将设计结果绘制到已完成的初步图中，得到水平防护棚的整体平面设计图。
S3：建立防护棚BIM模型，利用BIM技术应用软件对整体平面布置图进行建模，得到防护棚的整体BIM模型，模型包括预制件的位置、连接节点的具体结构以及阴阳角部位。
S4：防护棚拆分分析，由于整体水平防护棚制作、运输、安装的难度都很大，需要将水平防护棚进行拆分，并确定以下两点拆分原则：
S4.1：拆分部位选择在结构阴阳角部位、跨度大部位以及易于安装预制件部位这三种位置；
S4.2：拆分后的水平防护棚单榀跨度不大于7米，重量不大于1吨。
S5：将整体BIM模型拆分成单榀BIM模型，根据防护棚拆分分析，将水平防护棚整体BIM模型拆分成单榀BIM模型，生成单榀水平防护棚设计图；在拆分部位，注意预制件与龙骨的调整设置。
S6：购置和准备材料，根据拆分后得到的单榀BIM模型，统计水平防护棚的材料用量及规格，生成下料单；根据BIM模型统计生成的下料单进行购置原材料。
S7：工厂加工成型，根据单榀水平防护棚设计图纸将原材料制作成型，得到成型的单榀水平防护棚，并把每个制作好的单榀水平防护棚进行编号，以便于运输及安装。在单榀水平防护棚工厂加工成型的同时，施工现场进行预制件的安装和固定工作，安装前根据单榀水平防护棚设计图进行放线定位，确保单榀水平防护棚进场后可直接就位安装。
S8：现场安装；按照施工进度计划将制作成型的单榀防护棚运分批拉运至现场，在运输过程中注意做好成品保护措施。单榀防护棚被运送至现场后，将多个单榀防护棚通过吊装方式固定，使多个单榀防护棚拼接成整体防护棚。在吊装前需先在单榀防护棚外侧固定钢丝绳，用于不同部位的防护棚钢丝绳长度要合理设置。然后用塔吊将单榀水平防护棚调运至安装部位，先将单榀水平防护棚内侧下端与抱柱预制件即钢框架柱用螺栓铰接固定，然后张拉钢丝绳将单榀水平防护棚的另一端与钢梁预制件固定。调整钢丝绳长度，使单榀水平防护棚与楼面成约30度角倾斜，所有单榀防护棚倾斜度一致时，将单榀防护棚之间的连接缝贴合密实，形成整体水平防护棚。
S9：检查验收，通知检查验收部门，对防护棚的结构稳定性、完整性、安全性进行检查验收。
本发明可调角度装配式水平悬挑防护棚及其施工方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
第一、安全系数高。此种水平防护棚的安装与拆除可在楼层内完成，相比于悬挑钢梁式水平防护棚的结构形式需要在悬挑结构上进行安装、拆卸，施工安全性大大的提高；而且这种预制组合成型的水平防护棚形式自重轻盈、利于施工，为钢框架结构的水平防护形式带来了从无到有的突破，也大大的提高了钢框架结构住宅施工过程中的安全性。
第二、可预置，工厂预制完成，节省工期。采用该种水平防护棚的防护形式可在工厂进行预制生产成型，在需要使用时可立即进行吊装固定，与传统的悬挑钢梁式水平防护棚需要在施工到相应部位才能进行安装相比，节省了现场制作安装的时间，从而节约了工期。
第三、操作简易。施工现场安装作业只需要将成型的防护棚与预制件进行连接固定即可，操作简单，与传统工艺相比简化了施工工艺。
第四、经济效益显著。此种防护形式自重轻，用钢量少，每平米重量仅约16kg，与传统悬挑钢梁式卸料平台相比大大节约了用钢量，且无需设置防护栏杆、竹条板等防护设施，节约了材料的投入使用，大大减少了耗材，获得了较好的经济效益。
附图说明
附图1为本发明可调角度装配式水平悬挑防护棚的水平结构示意图；
附图2为本发明可调角度装配式水平悬挑防护棚的吊装后的侧面示意图；
附图3为附图1中的方钢相接处角钢连接件位置的局部放大图；
附图4为附图1中钢框架柱与防护棚连接位置的局部放大图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及附图对本发明防坠机构作进一步详细描述。
实施例1
参照图1至图4，一种可调角度装配式水平悬挑防护棚，包括防护棚框架，所述防护棚框架上安装有防护网，所述防护棚框架的一侧通过连接件1与钢框架柱11铰接连接，所述钢框架柱11为预制件，所述防护棚框架的另一侧通过钢丝连接绳4与钢框架柱11连接，所述钢丝连接绳4的一端与防护棚框架的外侧连接，另一端与连接件1上方的钢框架柱11连接。所述钢丝连接绳4选用直径为
参照图2和图4，所述防护棚框架还包括多个钢筋圆环5，所述钢筋圆环5分别焊接在所述防护棚框架的外端及钢框架柱11上，所述防护棚框架外端的钢筋圆环5与钢框架柱11上的钢筋圆环5位置一一对应，所述钢框架柱11上的钢筋圆环5所在高度高于防护棚框架外端的钢筋圆环5所在的高度，每个钢筋圆环5内均穿接固定有钢丝连接绳4，所述钢筋圆环5为
参照图1和图3，所述防护棚框架包括多个横向和纵向呈纵横网格状分布的多条主龙骨方钢2，所述横向和纵向分布的主龙骨方钢2的连接处通过角钢连接件3固定，相邻角钢采用紧固件栓钉8紧固。紧固件栓钉8为直径
参照图1和图4，所述连接件1包括第一异形钢板6和第二异形钢板12，所述第一异形钢板6和第二异形钢板12均为凸字形钢板，所述第一异形钢板6和第二异形钢板12相对分布在钢框架柱11的两侧抱住钢框架柱11，所述第一异形钢板6和第二异形钢板12两侧的伸出板通过第一栓钉7紧固在一起。所述第一异型钢板和第二异形钢板12的厚度均为10mm厚钢板，用于固定在钢框架柱11外部抱住，以固定防护棚框架使用。所述第一栓钉7为直径
参照图4，所述第二异形钢板12位于钢框架柱11的外侧，所述第二异形钢板12外部设有两块向外伸出的耳板13，两块耳板13呈平行分布，并分别焊接在第二异形钢板12上，两块耳板13之间的间距与所述主龙骨方钢2的尺寸相配合，所述主龙骨方钢2***两块耳板13之间，通过第二栓钉14与两块耳板13转动连接，实现主龙骨方钢2与钢框架柱11的铰接。所述第二栓钉14为直径
参照图4，所述钢框架柱11包括钢框架15，所述钢框架15内浇注有用于填充钢框架15的柱心自密实混凝土10形成钢框架柱11。
参照图1至图4，本发明可调角度装配式水平悬挑防护棚在具体使用时，具有以下优点：
第一、安全系数高。此种水平防护棚的安装与拆除可在楼层内完成，相比于悬挑钢梁式水平防护棚的结构形式需要在悬挑结构上进行安装、拆卸，施工安全性大大的提高。
第二、工厂预制完成，节省工期。采用该种水平防护棚的防护形式可在工厂进行预制生产成型，在需要使用时可立即进行吊装固定，与传统的悬挑钢梁式水平防护棚需要在施工到相应部位才能进行安装相比，节省了现场制作安装的时间，从而节约了工期。
第三、操作简易。施工现场安装作业只需要将成型的防护棚与预制件进行连接固定即可，操作简单，与传统工艺相比简化了施工工艺。
第四、经济效益显著。此种防护形式自重轻，用钢量少，每平米重量仅约16kg，与传统悬挑钢梁式卸料平台相比大大节约了用钢量，且无需设置防护栏杆、竹条板等防护设施，节约了材料的投入使用，获得了较好的经济效益。
本发明的受力原理：这是一种利用钢框架结构特点，单榀预制、现场拼装组合成形的水平悬挑防护棚，它通过预先在钢框架结构上设置异型钢板及钢筋圆环5等固定件，将水平悬挑防护棚吊装固定于钢框架结构上，竖向荷载及水平荷载均通过预制构件及钢丝绳传递至钢框架结构。
本发明的工艺原理：首先根据建筑外型绘制水平防护棚整体平面设计图，利用BIM技术建立水平防护棚模型，结合结构受力及阴阳角转角部位综合考虑，将整体的水平防护棚模型拆分成易于制作、安装的单榀水平防护棚，通过精细化的BIM模型将单榀水平防护棚在生产车间加工完成，最后通过预制件吊装固定于钢框架结构上。这种预制组合成型的水平防护棚形式自重轻盈、利于施工，为钢框架结构的水平防护形式带来了从无到有的突破，也大大的提高了钢框架结构住宅施工过程中的安全性。
实施例2
参照图1至图4，一种可调角度装配式水平悬挑防护棚的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：防护棚材料选择，根据建筑的受力影响情况，选择方钢2作为水平防护棚龙骨，并呈横向和纵向形成网格状防护棚龙骨；具体地，由于水平防护棚主要作用为防止施工过程中的高空坠物，不考虑在水平防护棚上堆放荷载，为减少对建筑的受力影响，尽量选择质量较轻且能达到防护要求的材料。本发明施工方法中选择50×50×2.5的方钢2作为水平防护棚龙骨，重量为3.73kg/m，防护网类型选择密目钢丝网，重量为1.5kg/m2，成型后的水平防护棚重量约为16kg/m。此种材料制作成型的水平防护棚重量大大低于钢筋混凝土结构的工字钢+竹条板的防护棚重量。
S2：防护棚整体平面图设计，
S2.1：根据JGJ80-2016中坠落半径的要求和建筑高度，确定需要设置的水平防护棚所在位置，并设置宽度，通过建筑施工平面图，确定单体建筑的建筑外型，按照设置宽度在建筑***整圈设置水平防护棚，得到水平防护棚的整***置布置初步图；
S2.2：根据选定的材料技术参数对水平防护棚的龙骨位置、拉节点位置进行细化设计，将设计结果绘制到已完成的初步图中，得到水平防护棚的整体平面设计图。
S3：建立防护棚BIM模型，利用BIM技术应用软件对整体平面布置图进行建模，得到防护棚的整体BIM模型，模型包括预制件的位置、连接节点的具体结构以及阴阳角部位。
S4：防护棚拆分分析，由于整体水平防护棚制作、运输、安装的难度都很大，需要将水平防护棚进行拆分，并确定以下两点拆分原则：
S4.1：拆分部位选择在结构阴阳角部位、跨度大部位以及易于安装预制件部位这三种位置；
S4.2：拆分后的水平防护棚单榀跨度不大于7米，重量不大于1吨。
S5：将整体BIM模型拆分成单榀BIM模型，根据防护棚拆分分析，将水平防护棚整体BIM模型拆分成单榀BIM模型，生成单榀水平防护棚设计图；在拆分部位，注意预制件与龙骨的调整设置。
S6：购置和准备材料，根据拆分后得到的单榀BIM模型，统计水平防护棚的材料用量及规格，生成下料单；根据BIM模型统计生成的下料单进行购置原材料。
S7：工厂加工成型，根据单榀水平防护棚设计图纸将原材料制作成型，得到成型的单榀水平防护棚，并把每个制作好的单榀水平防护棚进行编号，以便于运输及安装。在单榀水平防护棚工厂加工成型的同时，施工现场进行预制件的安装和固定工作，安装前根据单榀水平防护棚设计图进行放线定位，确保单榀水平防护棚进场后可直接就位安装。
S8：现场安装；按照施工进度计划将制作成型的单榀防护棚运分批拉运至现场，在运输过程中注意做好成品保护措施。单榀防护棚被运送至现场后，将多个单榀防护棚通过吊装方式固定，使多个单榀防护棚拼接成整体防护棚。在吊装前需先在单榀防护棚外侧固定钢丝绳，用于不同部位的防护棚钢丝绳长度要合理设置。然后用塔吊将单榀水平防护棚调运至安装部位，先将单榀水平防护棚内侧下端与抱柱预制件即钢框架柱11用螺栓铰接固定，然后张拉钢丝绳将单榀水平防护棚的另一端与钢梁预制件固定。调整钢丝绳长度，使单榀水平防护棚与楼面成约30度角倾斜，所有单榀防护棚倾斜度一致时，将单榀防护棚之间的连接缝贴合密实，形成整体水平防护棚。
S9：检查验收，通知检查验收部门，对防护棚的结构稳定性、完整性、安全性进行检查验收。
具体如下：
钢框架柱11连接：钢框架柱11与水平防护棚的连接节点设置于楼板面高度上200mm高的位置，通过设置连接件1的方式进行连接，连接方式为铰接连接。首先在钢框架柱11连接位置固定用第一栓钉7固定两块异形钢板(如图示中第一异形钢板6和第二异形钢板12)夹板于钢框架柱11上，两块钢板夹板前端设有耳板13，耳板13上开设有栓钉孔，孔径20mm，两块带有栓钉口的耳板13之间位置相距60mm，以便于在防护棚安装的时候，可以将主龙骨50*50*2.5方钢2***耳板13之间，然后用直径18的栓钉穿过耳板13和主龙骨方钢2，将主龙骨方钢2以铰接的方式固定于钢框架柱11上。
混凝土板连接：楼板混凝土浇筑时提前埋设水平防护棚连接件1，楼板连接件1为带有耳板13的不锈钢板，钢板厚10mm，耳板13厚8mm，耳板13上设置栓钉口，方便连接件1与50*50*2.5的主龙骨方钢2交接连接，连接方式与钢框架柱11连接方式相似。
钢梁连接：预先采用φ16圆钢预制成钢筋圆环5然后焊接与钢梁上，主要目的在于可以固定钢丝绳，将钢梁与水平防护棚外侧可以用钢丝绳形成连接。由于水平防护棚内侧已经与钢框架柱11以铰接的形式固定，再将水平防护棚外侧与钢梁用钢丝绳固定后，水平防护棚将形成一个稳定可靠的连接。
单榀龙骨预制时，统一按照纵向龙骨间距1250mm，横向龙骨间距1000mm布置，纵向龙骨为通长龙骨，横向龙骨按间距尺寸焊接于纵向上。如碰上阴阳角转角位置而产生的异型单榀龙骨，纵横向龙骨间距应保证不大于原有尺寸。密目钢丝网用12#铁丝(2.8mm直径)绑扎于方钢2龙骨上，绑扎间距≤500mm，防护棚龙骨焊接接缝位置必须设置绑点，并且保证钢丝网与龙骨之间间隙≤2mm。完成好单榀防护棚的制作后，对应之前设计图形成的下料单，将单榀防护棚进行编号，形成物料单。
在吊装前先在单榀防护棚上绑扎φ16钢丝绳，钢丝绳固定于单榀水平防护棚外侧两端。吊装时，用塔吊挂钩挂住单榀水平防护棚的外侧横向龙骨。将单榀水平防护棚调运至安装部位，先将防护棚内侧与钢框架柱11连接件1或楼板连接件1用栓钉固定，在确保单榀水平防护棚内侧两边铰接固定稳固后，将水平防护棚外侧的钢丝绳穿过钢梁上的预制圆环，然后指挥塔吊缓缓将水平防护侧向下降，调整水平防护棚的角度，在水平防护棚达到合适位置时，将拉环与钢丝绳拉紧固定。在确保单榀水平防护棚两侧高度一致后，松脱塔吊挂钩。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语诸如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上述实施例仅为本发明的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。
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