一種附著式升降平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

尚鑫 梅群 王春意 韓佳慧 劉東升

摘 要：附著式升降平臺具有低成本、安拆使用簡便、管理難度小等特點，建筑越高，其經(jīng)濟效益越明顯，因此這種平臺在高層建筑施工中應(yīng)用越來越廣泛。結(jié)合某實際工程需要，本文設(shè)計了一種附著式升降平臺，并對其主要結(jié)構(gòu)部件進行力學(xué)分析。研究表明，該結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足工程需要，并為類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了參考。

關(guān)鍵詞：附著式升降平臺;結(jié)構(gòu)設(shè)計;力學(xué)分析

中圖分類號：TU731.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）05-0125-03

Abstract： The adhesive integral-lift platform has the characteristics of low cost， easy installation and use， and low management difficulty， the higher the building， the more obvious its economic benefits， so this platform is more and more widely used in the construction of high-rise buildings. According to the needs of an actual project， this paper designed an adhesive integral-lift platform and conducted mechanical analysis of its main structural components. The research shows that the structure design meets the engineering needs and provides a reference for the design of similar structures.

Keywords： adhesive integral-lift platform;structural design;mechanical analysis

洛陽市中心某商業(yè)廣場新建1幢辦公建筑，總建筑面積約為11.5萬m2，地下3層，地上51層，建筑總高度約為210 m。地下為車庫及設(shè)備用房，地上1～3層為裙房商業(yè)，層高為4.2 m，層高4～51層為辦公，層高為3.75 m。結(jié)合本建筑結(jié)構(gòu)的實際情況以及工期、經(jīng)濟性等要求，項目部決定地上主體結(jié)構(gòu)施工采用整體附著式升降平臺結(jié)構(gòu)。

附著式升降平臺屬于技術(shù)革新和性能提高相結(jié)合的產(chǎn)品，國內(nèi)外各建筑設(shè)備企業(yè)均具有一定的研發(fā)基礎(chǔ)，國內(nèi)目前尚未有相關(guān)行業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)出臺。本文結(jié)合該實際工程結(jié)構(gòu)需求，依據(jù)已出臺的各類建筑規(guī)范[1-3]，合理地選擇結(jié)構(gòu)形式和材料，首先給出附著式升降平臺主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計，然后對該平臺主要結(jié)構(gòu)部件的力學(xué)性能（強度、穩(wěn)定性等）進行分析，研究結(jié)果可為類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供參考。

1 附著式升降平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 豎向主框架

豎向主框架包括導(dǎo)軌部分及內(nèi)外立桿。導(dǎo)軌部分為焊接體結(jié)構(gòu)，由兩根6.3#槽鋼背靠背，中間放置一定數(shù)量的[Φ]25 mm防墜擋桿，通過焊接的方式連接，導(dǎo)軌兩端用8 mm鋼板焊接封閉（見圖1）。

內(nèi)外立桿采用尺寸為80 mm×40 mm×3 mm的方鋼，立桿上每隔100 mm留有[Φ]18 mm的螺栓孔，通過螺栓與橫桿、走道板等連接。內(nèi)外立桿間橫距為600 mm，同一種立桿按縱距2 m布置。導(dǎo)軌所在位置內(nèi)立桿與導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)通過焊接連接組成一整體結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)軌所在位置內(nèi)外立桿之間布置有“之”字撐，該結(jié)構(gòu)由50 mm×30 mm×3 m方鋼焊接而成，加強了內(nèi)外立桿的聯(lián)系，提高了豎向框架的整體性。同時，立桿間布置有0.6 mm厚安全防護鋼網(wǎng)。

1.2 防滑走道板

防滑鋼走道板由50 mm×30 mm×3 mm的方鋼、30 mm×30 mm×3 mm的等邊角鋼及1.5 mm厚的花紋鋼板構(gòu)成，方鋼通過螺栓與內(nèi)外立桿連接，承擔(dān)框架橫桿的作用，沿建筑高度每隔2 m布置一層走道板。走道板根據(jù)需要設(shè)計成長度分別為1、1.5、2、2.5、3、4 m的規(guī)格，根據(jù)建筑外輪廓可以調(diào)整使用，如圖2所示。

1.3 水平支撐桁架

升降平臺架體底部通過桁架片連接，增強結(jié)構(gòu)整體安全性，上部結(jié)構(gòu)載荷及活載通過立桿傳遞到桁架片上。桁架片（見圖3）由50 mm×30 mm×3 mm的方鋼焊接而成，規(guī)格為2 m一組，通過螺栓與立桿連接。

1.4 附墻支座

附墻支座主要在使用和升降防墜落工況下起保護作用，在架體正常升降工況下主要起導(dǎo)向的作用。該支座用6.3#槽鋼及6 mm厚鋼板焊接成支撐鋼架，并配置防墜頂桿、復(fù)位彈簧等，防墜桿頂住防墜檔桿，有導(dǎo)向、防傾、防墜等安全作用。在上升、下降狀態(tài)時，沿架體高度布置3處附墻支座，每個支座裝置用2根穿墻螺栓與建筑結(jié)構(gòu)固定。

2 附著式升降平臺主要結(jié)構(gòu)分析

實際工程中，附著式升降平臺結(jié)構(gòu)要承受水平風(fēng)荷載及豎向荷載（自重荷載+施工荷載），通過豎直主框架傳遞給附墻支座再作用于建筑主體上。平臺結(jié)構(gòu)各部件的強度、焊縫強度以及整體穩(wěn)定性是該類結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要重點考慮的問題[4-5]。因此，本文選取該附著式升降平臺6 m跨度架體為計算單元，取圖4所示部分為計算模型，分析其相關(guān)力學(xué)性能。架體高度為14 m，跨度為6 m，寬度為0.6 m，架體防護面積為84 m2。

2.1 荷載計算

附著式升降平臺結(jié)構(gòu)自重荷載（恒荷載[G]）根據(jù)結(jié)構(gòu)管材尺寸等可以直接計算出來，計算結(jié)果為[G]=28.7kN。施工人員、材料、機具等施工載荷（活荷載[Q]）的計算應(yīng)根據(jù)施工具體情況，按使用、升降及墜落三種工況來確定控制荷載標(biāo)準(zhǔn)值。三種工況下，活荷載的計算值分別為21.6、3.6、32.4kN。

風(fēng)荷載計算公式為：

依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017），取恒荷載分項系數(shù)[γG]=1.2，活荷載分項系數(shù)[γQ]=1.4，使用工況荷載不均勻系數(shù)[γ1]=1.3，升降、墜落工況荷載不均勻系數(shù)[γ2]=2，各工況下荷載組合的效應(yīng)值用式（2）計算：

2.2 平臺架體穩(wěn)定性計算

在正常使用狀態(tài)下，主框架承受的垂向荷載作用在架體截面形心處，受力分析簡圖如圖5所示。在使用工況且考慮風(fēng)荷載作用下，架體內(nèi)外立桿不僅要承受恒荷載和活荷載的作用，還要承受風(fēng)荷載產(chǎn)生的剪力和彎矩影響。

由受力分析圖可知，在使用工況下，架體上的荷載為84.1 kN，風(fēng)荷載產(chǎn)生的最大剪力值為11.88 kN，風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩最大值為23.76 kN·m。架體的垂向荷載由內(nèi)、外兩根立桿承受，則單根立桿承受的荷載為[F]=84.1/2=42 kN。

立桿抗剪強度為：

立桿穩(wěn)定性計算公式為：

與《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）相比，立桿設(shè)計滿足使用要求。

2.3 防滑鋼走道板

防滑鋼走道板計算時簡化為矩形管承受最大線荷載。6 m長走道板自重為1 010.8 N。走道板上活荷載為2 000 N/mm2，則走道板上的線荷載[q]=1 010.8/0.6+2 000×0.6=2 884.7 N/m。

按三跨連續(xù)梁計算（見圖6）走道板強度，梁內(nèi)最大彎矩為：

走道板強度為：

最大撓度應(yīng)按式（7）計算：

所以，結(jié)構(gòu)的強度和剛度均滿足使用要求。

2.4 焊縫強度計算

本平臺部分結(jié)構(gòu)采用了直角焊接方式設(shè)計，因此焊縫的強度也需要特別注意?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）規(guī)定：當(dāng)力平行于焊縫長度方向時，直角角焊縫的強度應(yīng)按式（8）計算：

Q235鋼的角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度為[fwf]=160 N/mm2。

按最不利情況計算（使用工況防墜落時），防墜檔桿的焊縫強度為：

附墻支座的焊縫強度為：

與抗剪強度相比，二者焊縫強度均滿足要求。

3 結(jié)論

本文根據(jù)實際工程需要，設(shè)計了一種附著式升降平臺結(jié)構(gòu)，對其結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定性等力學(xué)性能進行分析。研究表明，所設(shè)計的升降平臺結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求，目前已經(jīng)在實際工程中使用。

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