用于清水砼圆柱上的消火栓箱及其安装方法与流程

本发明涉及一种用于清水砼圆柱上的消火栓箱及其安装方法，属于消防栓安装装置技术领域。

背景技术：

目前消火栓箱的安装方式主要分为明装、暗装和半暗装，明装又分为落地安装和挂墙安装，其固定方式也有多种，如：底部支架托装，落地支架固定，背部膨胀螺栓固定，砖砌基础固定等。但这些都是基于消火栓箱在墙面上安装或者在方柱上安装，箱体能够很好的与墙面贴合。之前很少甚至没有遇到过消火栓箱在清水砼圆柱上安装，所以如何在一个清水砼弧面上固定消火栓，如何在消火栓箱与柱子接触面很小的条件下保证消火栓箱的固定强度，如何保证不破坏清水砼圆柱的清水饰面，如何保证整体观感是我们面临的困难。如果采用落地支架，施工方便，但固定不牢固，影响整体观感；如果定制弧形消火栓箱，但目前市场无弧形消火栓箱，箱体加工难度大，成本太高。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种用于清水砼圆柱上的消火栓箱及其安装方法，抱柱支架的是清水砼圆柱的结构质量和观感要求，又降低了工程造价；安装方法目的是不破坏清水砼圆柱饰面的前提下保证消火栓箱安装安全牢固、美观大方。

本发明所述的用于清水砼圆柱上的消火栓箱，包括清水砼圆柱和消火栓箱，还包括抱柱支架，抱柱支架包括弧形支架和角钢支架，弧形支架与角钢支架相互焊接，弧形支架与清水砼圆柱螺栓连接，角钢支架与消火栓箱螺栓连接；弧形支架为扁钢加工而成，扁钢两端各往外侧弯曲且呈两端高中间低的下凹弧段，其两端向下弯折成翼翅，翼翅与角钢支架的一端焊接，角钢支架另外一端通过螺栓与消火栓箱的表面螺栓连接；弧形支架与翼翅呈M型设置。

优选地，所述弧形支架根据清水砼圆柱的弧度进行扁钢弧度加工，扁钢两端各往外侧弯成翼翅。

优选地，所述弧形支架与角钢支架之间的焊缝采用满焊焊接。

优选地，所述螺栓包括螺栓Ⅰ和螺栓Ⅱ，螺栓Ⅰ连接弧形支架与清水砼圆柱，弧形支架上设置有与螺栓Ⅰ配合的孔，

螺栓Ⅱ连接角钢支架与消火栓箱，角钢支架上设置有与螺栓Ⅱ配合的孔。

优选地，所述螺栓为膨胀螺栓。

优选地，所述弧形支架和角钢支架均采用材质为Q235的金属制作。

本发明所述的用于清水砼圆柱上的消火栓箱的安装方法，包括如下步骤：

步骤一：清水砼圆柱上消火栓安装BIM模型建立：利用BIM对清水砼圆柱和消火栓箱进行建模，并模拟不同的安装方式和安装施工顺序；

步骤二：受力分析选择支架，包括如下小步：

第一步：首先对螺栓强度进行受力分析；第二步：再对角钢和扁钢强度进行受力分析；第三步：最后进行焊缝强度验算；

步骤三：角钢支架制作：根据深化模型，截取四根角钢，在每根角钢支架其中一面的中心进行开孔，供螺栓Ⅱ固定使用；

步骤四：弧形支架制作：利用BIM导出CAD图纸，已知支架整体宽度和圆柱半径，求出弧形扁钢对应的圆心角；再根据弧长计算公式，计算出弧长；最后加上两倍的角钢支架宽度，即得出同心弧形扁钢的总长度；再根据清水圆柱弧度进行弧形支架的弧度加工，弧形支架两端各往外侧弯折成翼翅，用于与角钢支架搭接焊接；

步骤五：抱柱支架制作：将已经准备好的角钢支架和弧形支架两端焊接，焊接要求满焊，焊缝饱满，保证焊缝强度；

步骤六：柱上定位开孔：首先确定高度，上下两个抱柱支架对称放置，再根据BIM模型，保证膨胀螺栓的伸出部分不能超出圆柱正切面；利用电钻在柱上定位点开孔，同时根据柱上定位尺寸在弧形支架上对应开孔；

步骤七：消火栓箱背面开孔：消火栓箱背面开4个孔用于箱体固定，四个孔上下左右对称，与角钢支架上四个孔对应；

步骤八：同心圆弧形抱柱支架安装固定：先在柱上开孔处安装螺栓Ⅰ，在将制作好的抱柱形支架通过螺栓Ⅰ固定在柱上；

步骤九：消火栓箱安装：利用螺栓Ⅱ将消火栓箱通过背面开孔固定在已经开好孔的四个角钢上，拧紧螺栓。

优选地，所述消火栓箱选用乙型单栓式消火栓，箱体尺寸为800mm*650mm*240mm；弧形支架与角钢支架分别采用50mm*5mm扁钢和角钢制作，弧形支架宽度为390mm，角钢支架长度为10cm；支架清水砼圆柱半径为400mm，弧形支架对应的圆心角为55°；翼翅高度为5cm。

优选地，所述消火栓箱的栓口距地1100mm，箱底距地920mm，消火栓箱上下两个抱柱支架对称放置，再根据BIM模型，所以第一道弧形支架中心距地1070mm，第二道弧形支架中心距地1570mm；根据安装高度及箱体尺寸，第一排孔距箱底150mm，距箱侧边160mm；第二排孔距箱顶150mm，距箱侧边160mm。

优选地，所述步骤五中，抱柱支架焊接前先将角钢支架的螺栓Ⅱ放置上去，或者后期扳动弧形支架放置。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述的用于清水砼圆柱上的消火栓箱通过在清水砼圆柱上进行消火栓箱安装，能够实现以下几点：同心圆弧形抱柱形一体化支架受力合理，能够满足强度要求，安装固定更加牢固，不会出现晃动；柱上膨胀螺栓的位置可以适当调整，减少了局限性，避免了膨胀螺栓与结构主筋冲突；同心圆弧弧形扁钢抱柱安装可以很好的遮挡在清水柱上的开孔，不会影响整体观感。

(2)本发明所述的用于清水砼圆柱上的消火栓箱的安装方法形成了消火栓箱在清水砼圆柱上高效、牢固、美观的标准化安装施工工艺，本发明定型化同心圆弧形抱柱一体化支架定位精确，标准化施工，提高工效，缩短工期，节约成本，而且相对其他固定方式更加的安全可靠、美观大方，能广泛应用于实际工程中，具有推广意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是抱柱支架的结构示意图。

图3是消火栓箱及抱柱支架安装的结构示意图。

图4是本发明的工艺流程框图。

图中：1、清水砼圆柱；2、消火栓箱；3、抱柱支架；31、弧形支架；32、翼翅；33、角钢支架；34、螺栓Ⅰ；35、螺栓Ⅱ。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示，本发明所述的用于清水砼圆柱上的消火栓箱，包括清水砼圆柱1和消火栓箱2，还包括抱柱支架3，抱柱支架3包括弧形支架31和角钢支架33，弧形支架31与角钢支架33相互焊接，弧形支架31与清水砼圆柱1螺栓连接，角钢支架33与消火栓箱2螺栓连接；弧形支架31为扁钢加工而成，扁钢两端各往外侧弯曲且呈两端高中间低的下凹弧段，其两端向下弯折成翼翅32，翼翅32与角钢支架33的一端焊接，角钢支架33另外一端通过螺栓与消火栓箱2的表面螺栓连接；弧形支架31与翼翅32呈M型设置。

如图2所示，所述弧形支架31根据清水砼圆柱1的弧度进行扁钢弧度加工，扁钢两端各往外侧弯成翼翅32。

所述弧形支架31与角钢支架33之间的焊缝采用满焊焊接。

所述螺栓包括螺栓Ⅰ34和螺栓Ⅱ35，螺栓Ⅰ34连接弧形支架31与清水砼圆柱1，弧形支架31上设置有与螺栓Ⅰ34配合的孔，

螺栓Ⅱ35连接角钢支架33与消火栓箱2，角钢支架33上设置有与螺栓Ⅱ35配合的孔。

所述螺栓为膨胀螺栓。

所述弧形支架31和角钢支架33均采用材质为Q235的金属制作。

如图3和图4所示，本发明所述的用于清水砼圆柱上的消火栓箱的安装方法，包括如下步骤：

步骤一：清水砼圆柱1上消火栓安装BIM模型建立：利用BIM对清水砼圆柱1和消火栓箱2进行建模，并模拟不同的安装方式和安装施工顺序；

步骤二：受力分析选择支架，包括如下小步：

第一步：首先对螺栓强度进行受力分析；第二步：再对角钢和扁钢强度进行受力分析；第三步：最后进行焊缝强度验算；

步骤三：角钢支架33制作：根据深化模型，截取四根角钢，在每根角钢支架33其中一面的中心进行开孔，供螺栓Ⅱ35固定使用；

步骤四：弧形支架31制作：利用BIM导出CAD图纸，已知支架整体宽度和圆柱半径，求出弧形扁钢对应的圆心角；再根据弧长计算公式，计算出弧长；最后加上两倍的角钢支架33 宽度，即得出同心弧形扁钢的总长度；再根据清水圆柱弧度进行弧形支架31的弧度加工，弧形支架31两端各往外侧弯折成翼翅32，用于与角钢支架33搭接焊接；

步骤五：抱柱支架3制作：将已经准备好的角钢支架33和弧形支架31两端焊接，焊接要求满焊，焊缝饱满，保证焊缝强度；

步骤六：柱上定位开孔：首先确定高度，上下两个抱柱支架3对称放置，再根据BIM模型，保证膨胀螺栓的伸出部分不能超出圆柱正切面；利用电钻在柱上定位点开孔，同时根据柱上定位尺寸在弧形支架31上对应开孔；

步骤七：消火栓箱2背面开孔：消火栓箱2背面开4个孔用于箱体固定，四个孔上下左右对称，与角钢支架33上四个孔对应；

步骤八：同心圆弧形抱柱支架3安装固定：先在柱上开孔处安装螺栓Ⅰ34，在将制作好的抱柱形支架通过螺栓Ⅰ34固定在柱上；

步骤九：消火栓箱2安装：利用螺栓Ⅱ35将消火栓箱2通过背面开孔固定在已经开好孔的四个角钢上，拧紧螺栓，如图3所示。

所述步骤五中，抱柱支架3焊接前先将角钢支架33的螺栓Ⅱ35放置上去，或者后期扳动弧形支架31放置。

实施例2：

如图4所示，本发明所述的用于清水砼圆柱上的消火栓箱从支架入手，制作弧形抱柱支架3，利用支架抱柱让支架与圆柱完全贴合，保证固定强度；再让消火栓箱2与抱柱支架3 水平贴合，保证整体观感；利用BIM模型先进行模拟，再进行放线施工，合理安排工序，一次成型，保证清水柱的饰面观感及施工效率。

(1)建立清水砼圆柱1上消火栓安装BIM模型。消火栓箱2选用乙型单栓式消火栓，箱体尺寸800mm*650mm*240mm。首先利用BIM对清水砼圆柱1和消火栓箱2进行建模，并模拟不同的安装方式和安装施工顺序，更加直观地比较整体观感。最后通过BIM模拟确定最终安装方案，并制定出高效合理的施工工艺流程。

(2)受力分析选择支架。

拟选用M12膨胀螺栓、M12螺栓、50*50*5角钢、50*5扁钢、乙型单栓消火栓箱2 (800*650*240)。消火栓箱2整体重量按50公斤算，栓口的压力35公斤。

①首先对螺栓强度进行受力分析:

查阅膨胀螺栓受力性能表(表一)可知，M12膨胀螺栓的剪力允许值为345公斤＜50+35＝85 公斤，所以膨胀螺栓强度符合要求。

表一：膨胀螺栓受力性能表

②再对角钢和扁钢强度进行受力分析：

支架采用50mm*5mm扁钢和角钢制作，材质为Q235，支架主要受拉力计算式：

σ＝N/An≤F (1)

其中，σ：轴心受拉构件的强度；

An：净截面面积；

F：钢材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值；

则有：

σ＝850/(50*5*2)＝1.7N/mm²<235N/mm² (2)

注：消火栓箱2整体和栓口压力按850N即85kg计。

所以角钢和扁钢强度符合要求。

③最后进行焊缝强度验算：

σt＝F/L*δ1≤σ＇t (3)

其中，F：接头所受的拉力或压力(N)；

L：焊缝长度(cm)；

δ1：接头中较薄板的厚度(cm)；

σ＇t：焊缝受拉时的许用应力(N/cm²)。

查表得：

(σ＇t)＝14200N/cm² (4)

σt＝2000/(5*0.5)＝800N/cm²≤14200N/cm² (5)

所以支架强度满足要求，结构工作安全。

(3)角钢支架33制作。

根据深化模型，截取四根10cm长的50*5角钢，在每根角钢支架33其中一面的中心进行开孔，供M12螺栓固定使用。

(4)同心弧形扁钢制作。

先利用BIM确定方案，建立模型，导出CAD图纸，已知支架整体宽度为390mm，圆柱半径为400mm，已知三角形三边，根据余弦定理cosA＝(b²+c²：a²)/2bc，求出弧形扁钢对应的圆心角55°。

再根据弧长计算公式：l＝n圆心角×π圆周率×r半径/180＝α圆心角弧度数×r半径，计算出弧长。最后加上两倍的50*5角钢宽度100mm(角钢与扁钢焊接长度)，即得出同心弧形扁钢的总长度。

再根据清水砼圆柱1弧度进行扁钢弧度加工，扁钢两端各往外侧弯出5cm，用于与角钢搭接焊接。

(5)同心圆弧形抱柱支架3制作。

将已经准备好的10cm角钢和同心弧形扁钢两端焊接(注意焊接前先将角钢上螺栓放上，也可后期扳动扁钢再放)，焊接要求满焊，焊缝饱满，保证焊缝强度。

(6)柱上定位开孔。

首先确定高度，因消火栓栓口距地1100mm，箱底距地920mm，上下两个支架对称放置，再根据BIM模型，所以第一道扁钢中心距地1070mm，第二道扁钢中心距地1570。柱上膨胀螺栓孔水平位置靠近两侧，为支架边往里侧5：10cm左右，可适当调整，注意避开结构主筋，保证膨胀螺栓位置不影响消火栓箱2固定即可，即伸出部分不能超出圆柱正切面。利用电钻在柱上定位点开孔，同时根据柱上定位尺寸在扁钢上对应开孔。

(7)消火栓箱2背面开孔。

消火栓箱2背面需开4个孔用于箱体固定。根据安装高度及箱体尺寸，第一排孔距箱底 150mm，距箱侧边160mm(根据角钢中心距箱体中心距离确定，施工中以现场实际校核为准)。第二排孔距箱顶150mm，距箱侧边160mm。四个孔上下左右对称，与角钢上四个孔对应。

(8)同心圆弧形抱柱支架3安装固定。

先在柱上开孔处安装M12膨胀螺栓，在将制作好的抱柱形支架通过膨胀螺栓固定在柱上，固定牢固。

(9)消火栓箱2安装。

利用M12螺栓将消火栓箱2通过背面开孔固定在已经开好孔的四个角钢上，拧紧螺栓。

本专利的主要技术特点是利用角钢和扁钢焊接制作成一体化同心圆弧形抱柱支架3，通过支架与清水砼圆柱1固定，消火栓箱2再固定在支架上实现消火栓箱2在清水砼圆柱1上的安装，这样确保了消火栓箱2安装牢固可靠，美观大方。本专利的技术成果能够保证消火栓箱2在清水砼圆柱1上安装固定牢固，不影响清水柱饰面观感，标准化施工，缩短了工期，降低了成本，具有较好的技术经济效果和较高的推广应用价值。

本发明主要过程如下：从支架入手，制作弧形的抱柱支架3，利用抱柱支架3让消火栓箱2与清水砼圆柱1完全贴合，保证固定强度；再让消火栓箱2与抱柱支架3水平贴合，保证整体观感；利用BIM模型先进行模拟，再进行放线施工，合理安排工序，一次成型，保证清水柱的饰面观感及施工效率。

本发明所述的抱柱形一体化支架，很好的解决了消火栓箱2在清水圆柱上的安装固定问题；BIM模拟精准定位体系以及安装工艺，既保证了清水砼圆柱1的结构质量和观感要求，又降低了工程造价。

本发明主要运用于消防栓安装装置场合，尤其适用于在不破坏清水砼圆柱1饰面的前提下保证消火栓箱2安装安全牢固、美观大方的施工环境。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。