擦窗機(jī)吊船導(dǎo)向斜拉索的設(shè)計(jì)應(yīng)用

蘭陽春，余春福

（上海普英特高層設(shè)備股份有限公司，上海 200127）

隨著各種高層建筑拔地而起，不同的建筑外立面也隨之出現(xiàn)。擦窗機(jī)作為一種服務(wù)建筑外立面的機(jī)械設(shè)備，簡單的通過單臺擦窗機(jī)進(jìn)行建筑外立面清潔維護(hù)已不能滿足客戶需求，必須設(shè)置一些必要的輔助系統(tǒng)來達(dá)到功能需求，比如水平生命線系統(tǒng)、垂直生命線系統(tǒng)、防風(fēng)銷系統(tǒng)、導(dǎo)向斜拉索系統(tǒng)、導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、特殊吊船系統(tǒng)等等，所有這些系統(tǒng)一起組成了擦窗機(jī)輔助體系，幫助擦窗機(jī)在建筑外立面解決各種清潔維護(hù)難題。

杭州來福士中心位于杭州錢江新城CBD核心位置，總高250m，根據(jù)杭州來福士建筑外立面的結(jié)構(gòu)形式，采用導(dǎo)向斜拉索作為擦窗機(jī)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。導(dǎo)向斜拉索整體結(jié)構(gòu)簡單，且為柔性結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)各個(gè)方向變化的外立面形式。

1 設(shè)計(jì)原則

通過對建筑立面的分析發(fā)現(xiàn)，建筑外立面為扭曲結(jié)構(gòu)，建筑外立面存在前后左右4個(gè)方向的變化。普通的擦窗機(jī)以及吊船形式無法滿足該建筑立面的外墻清潔和維護(hù)。為此，考慮到整體擦窗機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、安裝方便性以及操作可靠性，導(dǎo)向斜拉索的設(shè)計(jì)方案應(yīng)運(yùn)而生。斜拉索系統(tǒng)整體為柔性結(jié)構(gòu)，能夠很好地適應(yīng)建筑外立面各個(gè)方向的變化，并將擦窗機(jī)吊船引導(dǎo)到相應(yīng)的外立面進(jìn)行清潔維護(hù)。

1.1 導(dǎo)向斜拉索的組成

整套導(dǎo)向斜拉索系統(tǒng)由鋼絲繩、端部支座、中間支座、張緊裝置、導(dǎo)向裝置組成。其中每組導(dǎo)向斜拉索由一套張緊裝置、兩套端部支座、若干套中間支座以及一根導(dǎo)向鋼絲繩組成，如圖1所示。

圖1 導(dǎo)向斜拉索系統(tǒng)的構(gòu)成

1.2 導(dǎo)向斜拉索的工作原理

通過擦窗機(jī)將吊船下放到斜拉索的頂部位置，吊船通過順繩裝置與相鄰的兩組斜拉索進(jìn)行連接，而后將吊船繼續(xù)往下放，吊船通過順繩裝置在斜拉索導(dǎo)向繩上進(jìn)行前后左右方向的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，為適應(yīng)兩組斜拉索之間的距離變化，順繩裝置與吊船之間采用軌道與滾輪的方式進(jìn)行連接，這樣整個(gè)吊船在上下運(yùn)行的過程中不會因?yàn)樾崩骶嚯x的變化而卡死，如圖2所示。

圖2 導(dǎo)向斜拉索系統(tǒng)工作示意

2 導(dǎo)向斜拉索的設(shè)計(jì)

2.1 端部支座的設(shè)計(jì)

端部支座的起到連接整個(gè)斜拉索的作用，承載著整套斜拉索各個(gè)方向的受力。既要克服斜拉索安裝時(shí)產(chǎn)生的預(yù)緊力，同時(shí)也要克服吊船在運(yùn)行過程中對斜拉索產(chǎn)生的一個(gè)張力以及側(cè)向力。在設(shè)計(jì)端部支座時(shí)，在適應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)的形式下，同時(shí)也要考慮端部支座的受力情況，因此端部支座在設(shè)計(jì)時(shí)，采用的是厚度為25mm的316不銹鋼進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，滿足整條斜拉索裝置的受力要求，如圖3所示。

圖3 端頭支座示意

2.2 中間支座的設(shè)計(jì)

中間支座在整個(gè)導(dǎo)向系統(tǒng)起著引導(dǎo)的作用，即導(dǎo)向鋼絲繩通過中間支座固定在立面的各個(gè)點(diǎn)位。設(shè)計(jì)難點(diǎn)有3處：①如何保證順繩裝置在不脫離導(dǎo)向鋼絲繩的前提下，能夠順暢地穿過中間支座；②如何保證每個(gè)點(diǎn)位的安裝座都能夠在各個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，確保鋼絲繩在每個(gè)點(diǎn)位中都是流暢地穿過；③如何保證中間支座能夠滿足運(yùn)行過程中產(chǎn)生的水平力。

經(jīng)過計(jì)算優(yōu)化，最終確定設(shè)計(jì)方案。中間支座設(shè)計(jì)成三部分，底下部分是與建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接固定的固定基座，中間部分是可旋轉(zhuǎn)的連接頭，頭部是一個(gè)管套與支撐板組成的連接件。如圖4，為保證順繩裝置能夠順利通過中間支座，頭部位置設(shè)計(jì)成支撐管套的形式，管套與支撐板之間采用坡口焊接，降低焊縫對順繩裝置的影響。中間部分的連接頭，與基座采用單螺栓固定，連接頭可旋轉(zhuǎn)，頂部與支撐管套采用單螺桿連接，這樣實(shí)現(xiàn)支撐管套與基座之間各個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)可調(diào)。在滿足以上兩點(diǎn)要求前提下，通過加長支撐管套的長度來滿足運(yùn)行過程中產(chǎn)生的水平力要求。

圖4 中間支座示意

2.3 導(dǎo)向斜拉索鋼絲繩的選型

導(dǎo)向斜拉索鋼絲繩通過對比各種型號以及對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，選用的直徑10mm，材質(zhì)為316不銹鋼鋼絲繩，能夠保證順繩裝置在運(yùn)行過程的不脫落，預(yù)防鋼絲繩在運(yùn)行過程中磨損而產(chǎn)生的銹蝕，減少了對建筑外立面的污染。

2.4 張緊裝置的設(shè)計(jì)

每條導(dǎo)向斜拉索安裝長度約150m，為保證整個(gè)導(dǎo)向拉索安裝完畢后有一定的張緊力，在導(dǎo)向拉索的兩端各設(shè)置一組張緊裝置（圖5），以防止斜拉索安裝完畢后鋼絲繩的松弛。

圖5 張緊裝置示意

在張緊的同時(shí)，設(shè)計(jì)中需要考慮如何保證該導(dǎo)向裝置的預(yù)緊力不超過一定數(shù)值，避免過大張緊力破壞整個(gè)系統(tǒng)的安全性能和結(jié)構(gòu)受力。通過在頂部張緊位置設(shè)置一個(gè)測力計(jì)，同時(shí)在測力計(jì)上用紅色標(biāo)記預(yù)緊力的位置。在張緊裝置拉力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)即滿足斜拉索的安裝要求。

2.5 順繩裝置的設(shè)計(jì)

順繩裝置（圖6）為保證吊船沿著導(dǎo)向斜拉索運(yùn)行的一個(gè)重要連接部件。根據(jù)斜拉索的使用狀況以及環(huán)境可知，順繩裝置需包含以下的特性：能夠快速拆裝；可以順暢從頂部運(yùn)行到底部；必須保證在運(yùn)行過程中不與鋼絲繩發(fā)生脫離；與吊船的連接為可調(diào)節(jié)，保證吊船能夠在兩組導(dǎo)向斜拉索之間各種不同間距都能運(yùn)行。

結(jié)合以上問題以及實(shí)際使用情況，順繩裝置導(dǎo)向部分采用兩組滾輪在鋼絲繩上進(jìn)行運(yùn)行，同時(shí)每組滾輪之間為可拆式設(shè)計(jì)，以便現(xiàn)場的拆裝。滾輪安裝后間隙大于中間制作支撐板的厚度，但必須保證滾輪在運(yùn)行過程中不脫離鋼絲繩。在吊船的工作面設(shè)置導(dǎo)向軌道，順繩裝置通過該導(dǎo)向軌道與吊船連接，通過該軌道來適應(yīng)斜拉索之間的距離變化。

圖6 順繩裝置示意

3 結(jié)語

本文通過擦窗機(jī)對導(dǎo)向斜拉索的設(shè)計(jì)分析，將整套系統(tǒng)很好地與建筑情況相結(jié)合，過程中遇到多個(gè)難點(diǎn)，經(jīng)過與杭州來福士業(yè)主共同分析技術(shù)可行性，最終得出了解決方案。目前擦窗機(jī)吊船借助該導(dǎo)向系統(tǒng)，有效地完成了外立面的清潔維護(hù)。