预应力脚手架系统 【技术领域】
本发明涉及一种脚手架系统，该系统暂时置于地下以在地下结构建好时防止挖开地面的倒塌，更具体地，本发明涉及使用带有垂直桩(如，宽翼工字梁)和水平桩(如，腰梁)的预应力钢腱脚手架系统，由此支撑垂直桩的支柱的数量大大减少。
背景技术
众所周知，建造地铁或一座大厦的地下室的时候，挖掘工作开始于按照技术图纸，从地表挖掘设计深度的洞，然后将垂直桩安装在挖好的洞里。垂直桩安装好后，挖掘工作部分完成，然后安装大梁和盖板，盖板安置完成后，剩下的工作是重复执行挖掘和安装支柱的交替工作。
因此，为了设计脚手架系统，在各个挖掘层的地面压力和施加在支柱上的负载反复计算，因此能够设计可承受施加于梁上的最大负载的支柱。所以，需要大量的支柱。在大多数情况下，支柱紧密排列，例如，其中间隔大约2-3m，大大妨碍了工作区域建筑材料的传输、重型设备的运输、以及建筑工作的实施。在主体结构建好后，支柱也会对制模或钢铁工程造成严重妨碍。例如，不在主体结构上可避免地会形成多个孔，使得完成的地下结构会受到水的渗透。
在常规脚手架系统中，钢工字桩用于垂直桩，而将混凝土灌入挖空孔的混凝土桩(而不是用钢工字桩)用作垂直桩。另外，可同时使用钢桩和混凝土桩，也可使用板桩。但是，通过在地上打孔然后用桩形成墙来支撑挖开地面的负载的这一基本原理和上述工作的原理几乎相同。预弯梁也可用作垂直桩，并且工字桩可连接到板桩上以加固板桩。
地面锚固系统用于支撑脚手架系统中的钢桩，以利用上述支柱在系统适当位置构造地下结构。根据这一系统，在桩后面的地上钻出倾斜孔，将钢腱或者高强度钢条插入到所钻的孔中，插入条地端部通过机械方法或者化学方法锚固，例如环氧化物或者水泥灌浆，然后将条拉紧并固定在钢桩上。这一系统的优点在于脚手架系统的内部空间很大，使得容易实施土工作业和支撑工作。另一方面，该系统的缺点在于当该系统应用于拥挤的城市中时，工作必须位于私有物业附近，这会引起住宅区的大量民事诉讼。建造的高成本则是另一个缺点。
韩国实用新型登记号258949公开了使用桁架去除支柱的方法，其贯穿脚手架系统中挖开的空间。该方法意在用于挖掘地面的深度相对较浅的情况。宽翼工字梁在靠近地面的地方双重地排成格子状。该宽翼工字梁由垂直梁和倾斜梁加固，使得位于脚手架系统上部的两层桁架支撑地面压力。这一发明的提出是为了克服支撑地面的脚手架系统的大量支柱所带来的挖掘和建造结构的困难。所以，该方法对于挖掘地面底部具有较宽结构而顶部具有较窄结构的结构很有用。
韩国专利号188465、韩国实用新型登记号247053和日本专利837994公开了使用预应力来加固腰梁的方法。在该方法中，附加腰梁置于现有腰梁的顶部以拉紧钢腱并扩大支柱之间的距离。该方法可通过附加腰梁或加强现有宽翼工字梁的凸缘而实现。这两种方法在增加支柱之间的距离方面会起作用。但是，因为钢腱是线性布置的，所以会生成固定的支撑弯矩，其与地面压力产生在腰梁上的抛物线式力矩分布不同。对于负载的不同力矩及其分布约束了加固腰梁的长度。
【发明内容】
本发明的实施例提供了一种大大减少和除去支柱数量的安全有效的方法，该支柱影响建筑作业，且增加了建筑的成本，所以本发明可获得地下建造的空间，并减少了建筑成本。
在本发明的一个优选实施例中，预应力脚手架系统通过形成多边形闭合区域来支撑挖掘地面护墙，该预应力脚手架系统包括在中间部分具有多个三角钢腱支架的预应力腰梁、位于腰梁两端的钢腱锚固单元，以及连接支架和钢腱锚固单元的连接支撑。支柱由桁架或多个宽翼工字梁、或具有较大横截面的宽翼工字梁构成，且被加固以支撑钢腱锚固单元。
三角钢腱支架由垂直构件和倾斜构件构成，或仅由垂直构件，或仅由倾斜构件构成，以形成三角形并支撑腰梁。中间桩和钢腱支架的支撑梁支撑和连接三角钢腱支架。
钢腱锚固单元固定钢腱，且连接腰梁以施加压力，且也与倾斜或者垂直构件连接，以支撑产生的压力。
【附图说明】
为了更好地理解本发明的特征和目的，请结合附图参看以下的详细说明，其中：
图1是根据本发明的实施例应用于闭合区域的脚手架系统的俯视图；
图2是根据本发明的实施例应用于另一个闭合区域的脚手架系统的俯视图；
图3是图示根据本发明的实施例应用于闭合区域的脚手架系统的横截面图；
图4是根据本发明的实施例应用于横截面的一个方向的脚手架系统的横截面图；
图5是根据本发明的实施例图示应用于横截面的一个方向的脚手架系统的横截面图；
图6a到6d是根据本发明的实施例用于脚手架的钢腱支架的详细视图；
图7a到7b是根据本发明的实施例用于脚手架系统的角钢腱-锚固单元的详细视图；
图8a到8d是根据本发明的实施例用于脚手架系统的水平钢腱-锚固单元的详细视图；和
图9是根据本发明的实施例用于脚手架系统的垂直钢腱-锚固单元的详细视图。
【具体实施方式】
现在参考附图详细说明本发明的优选实施例。
图1是本发明应用于建筑现场的闭合区域的俯视图。根据本发明的示例性实施例，预应力腰梁1位于闭合区域的四个侧面。桁架构成的支柱3置于四角且支撑腰梁。常规的角撑梁5位于支柱后面。每个侧面的预应力腰梁1包括三个三角钢腱支架12、一个三角锚固单元13和一个用来连接三角钢腱支架12与三角锚固单元13的连接支撑10。设置有中间桩23以支撑三角钢腱支架12，而钢腱支架16的支撑梁例如通过螺栓或者焊接固定在中间桩23上。钢腱支架16的支撑梁在安装脚手架系统的过程中支撑三角钢腱支架12。三角钢腱支架12和钢腱支架16的支撑梁通过U形螺栓连接，以防止在施加预应力时可能发生的垂直翘曲，这是在完成脚手架系统的装配工作后进行。
各个角的桁架支柱3位于两个三角锚固单元13之间以传输锚固单元的压力。例如，本发明实施例的桁架支柱可由一个具有较大横截面工字钢或多个工字钢等替代，只要该结构可承受高压力即可。在桁架支柱3后的角支撑梁5的构造方法与常规系统的构造方法相同，并且在附图中示出，以解释本发明。构件标记60是钢腱。
当挖开平面较小时可使用图2的构造。角锚固单元14替代了图1中的常规角撑梁5和桁架支柱3。T形连接支撑11用于预应力腰梁1和角锚固单元之间间隙较窄的地方。实施建筑作业的其它图示和方法与图1的相同。
图3是图1和2的横截面图，说明了根据本发明实施例的水平预应力脚手架系统2和主体结构7。与常规方法不同，没有装置影响系统的中部，且腰梁25沿着地下挖开的深度排列成四级。竖桩22以常规方式位于远端的外墙处，并且腰梁25被安装来支撑竖桩22。附图中也示出了钢腱支架16的支撑梁和中间支柱23。
图4是地铁脚手架系统的横截面图，其包括主体结构8、垂直预应力脚手架系统6和水平预应力脚手架系统2。附图上部示出的水平预应力脚手架系统2的外形和构造方法与图2的实施例相同。因此略去了该系统的说明。但是，在板料(slab)硬化后，附图下部示出的垂直预应力脚手架系统6在其一侧由主体结构的地面板9支撑。系统6的另一侧由传统的常规支柱26支撑。
在主体结构很长时(例如地铁)，垂直预应力脚手架系统很有用。在垂直预应力脚手架系统中，垂直的宽翼工字梁19从预安装的腰梁25后被插入，并且短支架18被连接到腰梁25相反侧以支撑钢腱60的拉伸。钢腱置于宽翼工字梁19的两端并固定在单独的钢腱锚固单元20上，该锚固单元预先连接到垂直的宽翼工字梁上。这样，当上端的锚固单元由常规支柱26支撑时，主体结构的硬化混凝土板9支撑垂直预应力脚手架系统下端的锚固单元。构件标记24是承土板(earth retainingplate)。
图5是图4的俯视图，用于挖掘面较长的情况，如地铁或者通道的建造。预应力腰梁1沿着两个侧边排列，且桁架支柱3位于各个固定预应力腰梁的钢腱的位置。预应力腰梁的构造与图1的闭合区域的腰梁相同，因此省略进一步的说明。
附图的放大部分说明了宽翼工字梁19相对于竖桩22的相对位置，其中图4所示的垂直预应力脚手架系统的宽翼工字梁19安装在现有的竖桩22之间。在垂直预应力脚手架系统中，承土板24应该安装在现有垂直桩后面的凸缘上，以容许安装垂直预应力脚手架系统的宽翼工字梁。如果垂直桩是替代竖桩22的板桩21，那么垂直宽翼工字梁19被插入到板桩21和腰梁25之间的空间中。
图6a到6d示出了用于本发明的预应力脚手架系统实施例的各种形状和尺寸的三角钢腱支架。三角钢腱支架设置有垂直构件32和倾斜构件33，并设置为减少与钢腱接触的支撑点31的数量。三角钢腱支架还被设置为用来支撑长度较长的腰梁30。当在与钢腱接触的支撑点31上施加压力时，压力会通过垂直构件32和倾斜构件33来支撑长的腰梁30。
在图6a中，通过焊接或者用螺栓(未示出)将两个倾斜构件连接，以形成一个等腰三角形，并支撑长度较短的腰梁30。图6b是本发明的第二实施例，其示出一对从垂直构件32侧面伸出以45度角互相连接的倾斜构件33。例如，倾斜和垂直构件都通过螺栓或者焊接连接到腰梁30。根据涉及较长腰梁30的第三实施例，图6c中有两对倾斜构件33分别连接到垂直构件32的两侧。在图6d中使用了多个垂直构件和倾斜构件来支撑长腰梁30。三角钢腱支架的结构并不限于本发明的实施例，因此，可利用垂直构件和倾斜构件形成三角来支撑腰梁，也可仅利用垂直构件，或仅利用倾斜构件来实现。
图7a和7b是图2的角锚固单元的详细视图，其设计为通过加强构件36来连接角处的腰梁35从而稳固钢腱60。即，当用于构造预应力脚手架系统的钢腱60经过锚固单元的加强构件36，钢腱被液压千斤顶70拉紧。然后锚固钢腱的锚固单元71将拉紧的钢腱固定。通过钢腱的拉力由长度调节单元72(如预加载千斤顶或者螺旋千斤顶)将压力传送到相邻的腰梁(未示出)。作为本发明的另一个实施例，图7b的构造被用来仅通过没有缀板的加强构件38来锚固钢腱。上述实施例的外形可在本发明的基本概念和功能范围内变化。附图标记39表示锚固单元的入口。
图8a到8d示出了水平预应力腰梁的各种锚固单元。图8a示出了在施加少量压力时使用的小锚固单元。支撑腰梁41的钢腱60由倾斜支撑43或者垂直支撑44支承。锚固单元形成有孔，因此倾斜支撑43或者垂直支撑44可如图所示通过这些孔而被插入到锚固单元，或者可以伸出(未示出)。考虑到钢腱的挠性，锚固单元的入口39可优选形成为弯曲形状。钢腱通过钢腱锚固单元73固定在入口39的对面。另外，设置有长度调节单元72(例如，预加载千斤顶或者螺旋千斤顶)，以在拉紧钢腱后向角支撑梁增加压力。
图8b示出了带有附加腰梁42的锚固单元，其用来在腰梁41变长因而施加在腰梁上的压力显著增大时增强腰梁。图8b和图8a在以下方面是相同的，即弯曲形状的入口39形成在支撑腰梁42的钢腱60插入锚固单元的地方，并且锚固单元73位于入口39的对面。与图8a的不同之处在于，支撑锚固单元的倾斜支撑43是双重设置的，以承受增大的压力和泥土压力。另外，当压力施加在双重腰梁上时，在每个腰梁上施加的压力会有所不同，因此应使用高负载的螺旋千斤顶72将两个腰梁之间的压力平均调整。
图8c示出了图1中用来锚固钢腱60的三角锚固单元13，其通过钢腱锚固单元73支撑腰梁41。图8c也用来将负载传递到支撑三角锚固单元13的桁架支柱3。在三角锚固单元中，工字钢的倾斜构件47被设置为形成一个等腰，以承受施加在单元上的负载。这些构件互相接触的顶点通过合适的缀板46加强。设置螺旋千斤顶74以调节双腰梁的压力，并设置预加载千斤顶(precedent load jack)72以向角支撑梁5增加压力。螺旋千斤顶74还与支撑整个锚固单元的桁架支柱相连接。设置有液压千斤顶75，以在锚固单元和桁架支柱之间增加大量压力。即，在液压千斤顶70拉紧钢腱后，液压千斤顶75向桁架支柱3施加压力。
图8d示出了用于图4所示脚手架系统的锚固单元。支撑腰梁41的钢腱60通过液压千斤顶70拉紧，然后通过钢腱锚固单元73固定。钢腱设计为在倾斜构件47的入口部分穿过。桁架支柱3可通过螺旋千斤顶74和液压千斤顶75连接到锚固单元，或者可不借助于这些构件而直接连接。安装合适的缀板46，以承受垂直构件和水平构件48之间较高的压力，该水平构件连接锚固单元的两侧。因为构件仅受到预应力，并且压力较小，因此仅示出了单个腰梁。但是，根据实际情况可优选使用双腰梁。
图9是图4所示垂直预应力脚手架系统的锚固单元20的详细视图。与图4所示实施例相似，现有结构的平板和中间支柱用作支撑，而宽翼工字梁从建成的腰梁后面插入。短支架连接到腰梁的前面，钢腱支架支撑固定到宽翼工字梁两端的锚固单元的钢腱。该方法用于支撑通道式挖空表面的垂直预应力脚手架系统。具体地说，与水平构架26连接的螺旋千斤顶或者预加载千斤顶72连接到锚固单元20。如果锚固单元20置于脚手架的下端，锚固单元20直接接触现有的平板(未示出)，而不是支柱26。垂直宽翼工字梁通过插入到垂直孔50中而连接到锚固单元。该接触或者连接部分可例如通过焊接或者螺栓稳固地连接，优选通过螺栓连接，以方便拆卸构件。一旦支撑垂直宽翼工字梁的钢腱60插入到锚固单元，钢腱通过钢腱锚固单元73固定在锚固单元的对面。因此，该锚固单元用于垂直预应力脚手架系统，其中腰梁或者垂直梁支撑被制成为可移动的形式。
从上述很明显可以了解，本发明的预应力脚手架系统的一个优点在于，垂直桩或者水平梁都通过使用多个支架、锚固单元和钢腱施加预应力。显著减少了在实施常规建筑作业时造成严重障碍的支柱和中间桩的数量。
其另一个优点在于显著改善了挖掘和脚手架系统，以及建筑成本。
还有，有效地消除了使用常规脚手架系统在结构中不可避免形成的孔，从而有利于钢加固作业和成型作业，减少了建造时间，并大大改进了水密性和最终结构的耐用性。