高處作業(yè)吊籃非常規(guī)架設(shè)的技術(shù)研究

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1 概述[1-7]

高處作業(yè)吊籃自從國外引入有四十多年，原本是作為腳手架的一項輔助設(shè)施。過去常常將此歸入小機具或工具式腳手架，產(chǎn)品制造商通過引進(jìn)、消化和發(fā)展，到目前已形成了多系列規(guī)格的產(chǎn)品。在通常情況下，按照產(chǎn)品說明書即可架設(shè)使用。但是近年來越來越多施工作業(yè)環(huán)境受到限制，常規(guī)的高處作業(yè)吊籃往往難以架設(shè)或使用。于是，各種各樣的改良設(shè)計技術(shù)就紛紛應(yīng)用到吊籃中，通常被列為非常規(guī)架設(shè)范圍。其中有些特殊的風(fēng)險性較大的安裝方案還需通過專家論證。

2 非常規(guī)架設(shè)吊籃的種類

高處作業(yè)吊籃通常由懸掛機構(gòu)、懸吊平臺、提升機構(gòu)、鋼絲繩吊索的安全裝置組成。一般前梁長度在1.7 m以下，中、后梁總長在3～5 m，配重力矩比≥2，平臺籃體長度在2～8 m，可分拆組合，如圖1所示。

非常規(guī)架設(shè)的高處作業(yè)吊籃，一般仍使用原提升機構(gòu)等部件，主要的設(shè)計變化是懸掛機構(gòu)或懸吊平臺調(diào)整構(gòu)造形式及變更尺寸等方面。

2.1 懸掛機構(gòu)

特別設(shè)計變更懸掛機構(gòu)，使之滿足施工條件，是最常用的非常規(guī)架設(shè)技術(shù)，通常的形式可以歸納如下十多種：

2.1.1 配重長垂式

圖1 高處作業(yè)吊籃的基本型式

前支架擱置點與后支架不在同一平面上，高度差遠(yuǎn)超過2 個支架可調(diào)節(jié)的范圍。懸掛機構(gòu)在后梁末端增設(shè)加長接桿后連接后支座，使配重質(zhì)心的高度下垂，遠(yuǎn)低于前支架擱置點之下，接桿的長度一般在2～5 m。

2.1.2 錨索平衡式

前支架擱置或固定在建筑結(jié)構(gòu)上，取消后支架，在后梁尾端設(shè)置拉桿或拉索，垂直引下錨固在建筑結(jié)構(gòu)中，前梁、后梁長度可隨要求變動。使后錨固點承載力與前端懸吊平臺荷載相平衡。

2.1.3 掛錨配重式

若前支架可擱置、后支架無可靠擱置處（如在鋼結(jié)構(gòu)上架設(shè)時），可增設(shè)異形后支架，使之支撐（錨固）在結(jié)構(gòu)上，配重則吊掛在異形后支梁上，懸掛機構(gòu)后梁尾端通過拉桿或拉索與異形后支架連接，設(shè)計時應(yīng)保證配重力矩≥2，見圖2。

2.1.4 捆綁式

懸掛機構(gòu)不設(shè)配重，后支架底座直接用鋼索捆綁在建筑結(jié)構(gòu)上，以捆索承載前端的平臺荷載力，見圖3。

圖2 掛錨配重式懸掛機構(gòu)

圖3 捆綁式懸掛機構(gòu)

2.1.5 軌道行走式

在建筑結(jié)構(gòu)上設(shè)置鋼連接件和型鋼軌道行走小車等，將懸吊平臺升降鋼絲繩上端與行走小車掛接，使整個平臺可以垂直升降和水平移動。也有上部使用多架常規(guī)懸掛機構(gòu)，在前梁端下部裝設(shè)型鋼軌道并連接貫通，使行走小車能在水平面長距離變換位置。移動懸吊平臺時，操作人員需將平臺上升至接近軌道，用人力操作移動機構(gòu)，移位后需鎖定在軌道上，見圖4。

圖4 軌道行走式懸掛機構(gòu)

2.1.6 夾鉗式

懸掛機構(gòu)沒有前、后支架和配重，而是以型鋼焊接成卡鉗形式，擱置在女兒墻等建筑結(jié)構(gòu)上，前夾鉗為一個支點，后夾鉗為另一支點，由可調(diào)螺桿控制夾緊力。以兩點（A、B點）高差和夾鉗力克服懸吊平臺的荷載力矩，主梁需承受彎剪應(yīng)力，見圖5。

圖5 夾鉗式懸掛機構(gòu)

2.1.7 穿墻式

前梁穿越結(jié)構(gòu)墻體（如筒倉壁、剪力墻留孔處），后梁擴展為支座，取消配重，用多個螺栓直接錨固在墻體上，外伸前梁承受彎剪力，見圖6。

2.1.8 垂錨式

當(dāng)后支座不能穩(wěn)定放置在承載結(jié)構(gòu)上時，在墻體等垂直面上設(shè)置埋件或種植化學(xué)螺栓。固定連接板，將后支座鎖定，也可不設(shè)配重，主要以螺栓承受剪力，平衡懸吊平臺荷載，見圖7。

圖6 穿墻式懸掛機構(gòu)

圖7 垂錨式懸掛機構(gòu)

2.1.9 焊固式

將前后支架豎桿縮短為支座，直接焊接在建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)埋件或鋼結(jié)構(gòu)上，其主要抗傾覆力由后支座處的焊縫承受。

2.1.10 架臺式

當(dāng)前或后支架擱置面有高差時，可用鋼管扣件搭設(shè)支架，形成局部平臺，懸掛機構(gòu)不作變更，將前或后支架荷載通過平臺轉(zhuǎn)遞到建筑結(jié)構(gòu)上，見圖8。

圖8 架臺式懸掛機構(gòu)

2.1.11 掛車配重式

后支架自成一帶有走輪可移動的小車，配重放置在車內(nèi)，架設(shè)時將小車連配重一起掛扣在后梁尾端，形成平衡力矩，見圖9。

圖9 掛車配重式懸掛機構(gòu)

2.1.12 高低梁式

前后梁不在同一水平面上，且分別連接在前支架上下兩處，有一定高差，由前支架立桿承受壓彎力，見圖10。

2.1.13 掛梁式

取消懸掛機構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)桿件，直接在建筑或鋼結(jié)構(gòu)梁上設(shè)置吊環(huán)或捆扎綁索，起升鋼絲繩直接扣接在鋼環(huán)中或綁索上，見圖11。

圖10 高低梁式懸掛機構(gòu)

圖11 掛梁式懸掛機構(gòu)

2.1.14 拉索式

懸掛機構(gòu)只有前梁而無后梁，用拉索扣接前梁前端，該拉索以一定的上傾角度錨固在建筑結(jié)構(gòu)上，也可越過上部建筑結(jié)構(gòu)后再行錨固，見圖12。

圖12 拉索式懸掛機構(gòu)

2.1.15 鋼架式

用型鋼焊接成所需的形狀、高度和支固點不一的鋼架，或直接錨固在建筑結(jié)構(gòu)上，或用連系桿件拉結(jié)在承力結(jié)構(gòu)上，以滿足作業(yè)要求。

2.2 懸吊平臺

在高處作業(yè)吊籃的非常規(guī)架設(shè)中，懸吊平臺的改變主要是變更懸吊平臺的一字形單一組合形式，采用各種幾何形狀或疊加或組合或變形，以適應(yīng)作業(yè)環(huán)境條件。

2.2.1 雙層平臺

將2 個懸吊平臺作豎向上下設(shè)置組合，在上平臺中設(shè)置提升機構(gòu)，兩平臺之間用剛性桿件連接，并有爬梯相通。上下平臺可等長度，也可組合成不同長度，甚至下平臺設(shè)置在上平臺的外垂面，有利于作業(yè)人員的應(yīng)急逃生，見圖13。

2.2.2 導(dǎo)索平臺

懸吊平臺上設(shè)有扣滑輪，可沿導(dǎo)索在非垂直立面上下升降，導(dǎo)索上、下端均需錨固，且有適當(dāng)?shù)膹埦o力，平臺升降動力為提升機，見圖14。

圖13 雙層式懸吊平臺

圖14 導(dǎo)索式雙層懸吊平臺

2.2.3 曲徑平臺

將平臺設(shè)計成彎曲或折角形式，仍使用2 套提升機構(gòu)作為升降動力，平臺籃體可適應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角、弧形和凹凸面的施工作業(yè)，見圖15。

圖15 曲徑式懸吊平臺

2.2.4 多提升機平臺

懸吊平臺上的提升機構(gòu)多于2 臺，分別設(shè)置在平臺不同點，以形成較大的平臺作業(yè)面或適應(yīng)特殊環(huán)境，平臺有圓環(huán)型、矩（橢圓）型、伸縮型和外掛輔籃型等，但提升機構(gòu)需同步升降，以保持平臺的穩(wěn)定，見圖16。

圖16 多提升機懸吊平臺

2.2.5 伸縮平臺

懸吊平臺上下升降時，若受到建筑結(jié)構(gòu)梁、凸臺、退臺等在立面上有變化障礙時，懸吊平臺可在端部或工作面增設(shè)可伸縮附籃，以延伸作業(yè)面，見圖17。

3 非常規(guī)吊籃的設(shè)計原則

在施工實踐中，根據(jù)現(xiàn)場實際，均可以對以上各種懸掛機構(gòu)和懸吊平臺進(jìn)行拆分和組合，設(shè)計成符合施工環(huán)境的高處作業(yè)吊籃。但根據(jù)《高處作業(yè)吊籃》規(guī)范，在選型設(shè)計時必須充分考慮到如下要求：

圖17 伸縮式懸吊平臺

（a）懸掛機構(gòu)架設(shè)在建筑物上的，其支承處應(yīng)能承受吊籃的全部質(zhì)量。

（b）使用錨固金屬件的，包括螺栓、鋼環(huán)或類似鋼錨件的，其直徑應(yīng)在16 mm以上。

（c）吊籃的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，其許用應(yīng)力不得過高，一般應(yīng)按材料屈服點的50%取值，即安全系數(shù)不應(yīng)小于2 倍。

（d）懸掛機構(gòu)的荷載由建筑預(yù)埋件承受的，其埋件包括連接件或焊件的設(shè)計安全系數(shù)應(yīng)不小于3 倍。

（e）用配重方式平衡懸吊平臺荷載的，其配重和梁組成的平衡力矩應(yīng)大于懸掛平臺總荷載力矩的2 倍以上。

4 驗算要點

任何非常規(guī)的吊籃，當(dāng)選定形式后，都應(yīng)通過分析，建立力學(xué)模型，然后分別計算各桿件、連接銷、拉索、焊縫應(yīng)力，并符合上述條件，以策安全。

（a）對前后梁驗算壓穩(wěn)應(yīng)力，不僅要驗算受力垂直平面內(nèi)的穩(wěn)定，更要驗算平面外（水平面）的穩(wěn)定，這是因為桿件端部約束的力學(xué)模型不同，否則極易造成平面外失穩(wěn)。

（b）對懸掛機構(gòu)上拉索跨越上支柱，且上支柱頂部是以滑輪為支點的力學(xué)模型設(shè)計時，必須認(rèn)識到拉索前后內(nèi)力是相同的（不計摩擦阻力），當(dāng)前梁與后梁長度不等時，上支柱將承受壓彎力，因此驗算時要同時作平面內(nèi)外壓桿穩(wěn)定驗算。

（c）使用鋼絲繩作為拉錨索時，鋼絲繩承載力驗算的安全系數(shù)不能以纜風(fēng)索參數(shù)取值，而應(yīng)作為載人吊索來考慮，其安全系數(shù)不得小于9 倍。

5 幾點不可忽視的問題

（a）高處作業(yè)吊籃作為載人的平臺，任何時候都應(yīng)將人員的安全列為第一位，在非常規(guī)架設(shè)的方案設(shè)計時，就必須考慮人員逃生措施，應(yīng)有人工下降的機構(gòu)，為吊籃失電時人員能安全降落地面。

（b）對部分雙層懸吊平臺，常規(guī)的生命繩尚不能可靠提供安全保障，尤其是當(dāng)整個平臺意外墜落時，下層作業(yè)人員逃生仍存在難度，因此必須謹(jǐn)慎使用。

（c）搭拆非常規(guī)懸掛機構(gòu)，作業(yè)條件往往比較復(fù)雜和困難，設(shè)計時應(yīng)同時考慮裝拆人員的登高設(shè)施、防墜措施，盡可能提供人員安全作業(yè)平臺。

（d）高處作業(yè)吊籃只能作為施工人員操作平臺，不得同時兼作材料垂直運輸或起重設(shè)施。若有時確需配合起重機械吊掛作業(yè)的，如安裝幕墻、鋼結(jié)構(gòu)件等大、重材料時，必須考慮到懸吊平臺與吊裝件在時序或空間上的分離，確保兩者不重疊干涉。

（e）懸掛機構(gòu)架設(shè)時，不僅只是在垂立面上做到穩(wěn)定可靠，還應(yīng)考慮到水平風(fēng)荷載的作用，尤其當(dāng)架設(shè)高度超過100 m時，風(fēng)荷載的影響不可忽視，應(yīng)設(shè)計增加抗風(fēng)拉索桿、保險索等補充措施，確保任何時候機構(gòu)穩(wěn)定。

（f）安全裝置是高處作業(yè)吊籃必配部件，在非常規(guī)設(shè)計架設(shè)時，不得隨意變更或取消，仍應(yīng)以原始的防墜、防傾安全鎖、升降高度限位及超載保護(hù)裝置為首選，否則必須進(jìn)行相應(yīng)形式的運行試驗，確認(rèn)合格后方可使用。

（g）多提升機懸吊平臺應(yīng)有同步控制設(shè)施，保障平臺升降時，各提升機受力平衡，不產(chǎn)生單機超載，同時也保障平臺結(jié)構(gòu)件和登高操作人員的安全。

6 結(jié)語

非常規(guī)架設(shè)技術(shù)使高處作業(yè)吊籃的應(yīng)用范圍得到了擴展，為建筑施工提供了更多的技術(shù)手段。通過以上的研究，不難發(fā)現(xiàn)，各種類型的懸掛機構(gòu)和懸吊平臺的組合，能適應(yīng)極大多數(shù)不同作業(yè)工況，不僅是腳手架的替代設(shè)施，更是一類自成體系、靈活方便的施工設(shè)備，必將越來越多地出現(xiàn)在建筑施工中。