反拉技術(shù)在附著式升降腳手架中的應(yīng)用*

鄭 守，聶 超，徐成瑤，鄭 輝

(中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 福州 350015)

0 引言

附著式升降腳手架的出現(xiàn)不僅提高了高層建筑的施工進(jìn)度,而且有效解決了落地式腳手架成本高的問題[1]。搭設(shè)高度依建筑物標(biāo)準(zhǔn)層的層高而定，一般取建筑物標(biāo)準(zhǔn)層4個(gè)層高加1步護(hù)身欄的高度為架體的總高度[2]。附著式升降腳手架以電動(dòng)葫蘆為提升設(shè)備，使整個(gè)外腳手架沿建筑物外墻或柱整體向上爬升。傳統(tǒng)的提升方式具有很高的勢(shì)能和危險(xiǎn)因素，具有架體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、提升系統(tǒng)偏心傾覆的風(fēng)險(xiǎn)[3]。腳手架提升的穩(wěn)定性關(guān)系施工人員的安全及施工進(jìn)度[4]。

為解決傳統(tǒng)附著式升降腳手架提升方式中存在的問題，創(chuàng)新性采用電動(dòng)葫蘆反拉技術(shù)，減小了架體離墻間距，降低了工人操作強(qiáng)度，進(jìn)而有效降低架體附著所需強(qiáng)度，巧妙地避免了電動(dòng)葫蘆在以往使用過程中產(chǎn)生歪拉斜吊的普遍現(xiàn)象，提高了提升的平穩(wěn)性。

1 工程概況

福州世茂南通項(xiàng)目土建總承包工程由1層地下室、4棟超高層及6棟高層住宅組成，1號(hào)樓、5～7 號(hào)樓為超高層住宅樓，2～3，8～11號(hào)樓為一類高層住宅樓，其中，1～3，5，8號(hào)樓1層局部為公共配套用房。1，5，6號(hào)樓高141.1m，7號(hào)樓高123.7m，2號(hào)樓高98.7m，3，9號(hào)樓高99.1m，8號(hào)樓高92.0m，10，11號(hào)樓高93.3m。抗震設(shè)防烈度為7度。

本項(xiàng)目架體采用特制型鋼與螺栓連接,寬1.1m,步距2.2m；架體總高度20.8m；架體內(nèi)排豎龍骨中心離墻標(biāo)準(zhǔn)距離0.73m。

2 傳動(dòng)方式

附著式升降腳手架的升降動(dòng)力為電動(dòng)葫蘆，傳動(dòng)方式有中心吊拉和內(nèi)側(cè)吊拉兩種[4-6]。

1)中心吊拉 電動(dòng)葫蘆固定在懸挑梁上，懸挑梁通過螺栓固定在建筑結(jié)構(gòu)上，如圖1所示。理論上電動(dòng)葫蘆提升點(diǎn)為架體重心位置，架體提升時(shí)豎直上下，無(wú)傾覆力矩。然而由于機(jī)位布置及施工荷載的原因，架體重心往往會(huì)隨機(jī)地偏離理論重心，使得架體升降時(shí)產(chǎn)生內(nèi)傾或外傾，具有不確定性，易產(chǎn)生機(jī)位相互制約，增大了架體內(nèi)應(yīng)力。

圖1 中心吊拉式附著式升降腳手架

2)內(nèi)側(cè)吊拉 電動(dòng)葫蘆安裝在附著梁上，附著梁通過螺栓固定在建筑結(jié)構(gòu)上，電動(dòng)葫蘆提升點(diǎn)處于架體導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)，如圖2所示。架體升降時(shí)存在傾覆力矩，其大小為重心與電動(dòng)葫蘆掛點(diǎn)的距離和架體自重的乘積，架體各機(jī)位均處于外傾狀態(tài)，方向統(tǒng)一。

圖2 內(nèi)側(cè)吊拉式附著式升降腳手架

兩種傳動(dòng)方式的共同點(diǎn)是，架體提升需倒換電動(dòng)葫蘆掛點(diǎn)，電動(dòng)葫蘆凈重85kg，倒換困難，同時(shí)倒換電動(dòng)葫蘆影響線路布置，易造成線路故障，影響施工進(jìn)度。

3 反拉技術(shù)

3.1 反拉技術(shù)特點(diǎn)

1)提升過程中或相鄰兩次提升電動(dòng)葫蘆無(wú)需倒換。

2)架體升降或?？窟^程中，架體傾覆力矩在可控范圍內(nèi)，并為其確定方向，避免機(jī)位之間產(chǎn)生扭曲變形。

3)若采用電動(dòng)葫蘆反拉技術(shù)，其鏈條作用方向與架體升降方向相反，需進(jìn)行動(dòng)力變向，反拉點(diǎn)與轉(zhuǎn)向點(diǎn)之間的距離隨架體升降發(fā)生變化，影響反拉力的方向，進(jìn)而影響傾覆力矩。

3.2 反拉技術(shù)原理

將電動(dòng)葫蘆固定在架體上，隨架體升降，避免每次提升需倒換電動(dòng)葫蘆。同時(shí)，針對(duì)傾覆力難以控制的問題，智能附著式升降腳手架采用滑輪換向，即采用鋼絲繩一端固定在電動(dòng)葫蘆下掛鉤，另一端固定在附墻掛座上，中間通過滑輪換向，滑輪與提升梁上固定點(diǎn)呈豎直狀態(tài)，避免角度變化，保證了傾覆力矩為恒定值，且受力明確。架體升降時(shí)只需倒換鋼絲繩即可，大大降低了倒換難度，如圖3所示。

圖3 反拉技術(shù)原理

4 反拉技術(shù)的實(shí)施效果

反拉技術(shù)動(dòng)力系統(tǒng)主要由上下提升梁、電動(dòng)葫蘆、鋼絲繩、滑輪等組成。上下提升梁固定在架體豎向主框架上。電動(dòng)葫蘆上鉤掛在上提升梁橫銷上，下鉤與鋼絲繩鉤連接，鋼絲繩繞過下提升梁上的滑輪與建筑結(jié)構(gòu)上的提升掛座連接，提升掛座由穿墻螺栓固定在建筑結(jié)構(gòu)上，架體整體荷載通過穿墻螺栓傳遞到建筑結(jié)構(gòu)。提升掛座上固定有抱輪，對(duì)架子整體升降起導(dǎo)向和防傾覆作用。腳手架提升過程如圖4所示。

圖4 智能附著式升降腳手架提升示意

5 反拉傳動(dòng)可行性驗(yàn)算

根據(jù)JGJ 202—2010《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》要求，所選取的計(jì)算單元必須滿足以下條件：架體高度與支架跨度的乘積≤110m2，架體計(jì)算跨度≤7m。

1)靜荷載

各部件統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 各部件統(tǒng)計(jì)

因此，靜荷載：

∑F靜=mg=3 730.91×10=37 309.1N

2)活荷載

當(dāng)3步架體同時(shí)作業(yè)時(shí)取活荷載標(biāo)準(zhǔn)值2kN/m2，當(dāng)為升降狀態(tài)時(shí)取0.5kN/m2，取2層。

3)風(fēng)荷載

根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

Wk=βz·μs·μz·wo

風(fēng)振系數(shù)βz=1，基本風(fēng)壓wo=400N/m2(取當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓)，高度修正系數(shù)μz=1.27(建筑物高度按100m，地面粗糙度按D類)。

沖孔網(wǎng)擋風(fēng)系數(shù)φ=0.6(擋風(fēng)系數(shù)φ為擋風(fēng)面積與迎風(fēng)面積之比，即0.5，考慮到施工過程中網(wǎng)眼會(huì)留有混凝土等雜物，因此確定為0.6)，則體型系數(shù)：

μs=φ×1.3=0.6×1.3=0.78

Wk=1×0.78×1.27×400=396.2N/m2

4)荷載合計(jì)

按規(guī)范取動(dòng)力系數(shù)γb=1.05，沖擊系數(shù)γc=2.0，恒荷載分項(xiàng)系數(shù)γa=1.2，活荷載分項(xiàng)系數(shù)γq=1.4。

根據(jù)設(shè)計(jì)布置，最大跨度L=6.0m，前、后立桿距離H=0.75m。

靜荷載：P靜=γa∑F靜=44 770.92N；

活荷載：P活=γqLH×3×2 000=37 800N；

使用時(shí)：P使=γb·(P靜+P活)=86 699.5N；

升降時(shí)：P升=P靜+γaLH×350=46 660.92N；

防墜時(shí)：P墜=γcP升=93 321.84N。

5)上吊掛件銷軸受剪驗(yàn)算

上吊掛件銷軸采用直徑28mm Q235A圓鋼軸，[f]=215N/mm2，[fv]=125N/mm2，受剪截面積As=615mm2。

6)上吊掛件焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算

焊縫采用母材(厚度8mm)直角焊，雙面滿焊，焊腳尺寸hf≥6mm，由GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，在通過焊縫形心的拉力、壓力或剪力作用下，當(dāng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向時(shí)：

當(dāng)力平行于焊縫長(zhǎng)度方向時(shí)：

7)上承重梁強(qiáng)度、撓度驗(yàn)算

采用2[10背對(duì)背組合，長(zhǎng)度750mm，截面模量Wx=39.7cm3，慣性矩Ix=198cm4。提升荷載P=46 660.92N，兩端剛接：

Mmax=PL/8=4 374N·m

強(qiáng)度滿足要求。

撓度滿足要求。

8)抱輪抗傾覆能力驗(yàn)算

9)鋼絲繩受力驗(yàn)算

經(jīng)調(diào)查，選用6×37-22-1770規(guī)格的鋼絲繩。根據(jù)《重型設(shè)備吊裝手冊(cè)》(第2冊(cè))、GB/T 8918—1996《鋼絲繩》，換算系數(shù)C=0.82，K=6。

T=273.00×1.336×0.82=299.08kN

式中：T為鋼絲繩的破斷拉力(N)；K為鋼絲繩的安全系數(shù)。

升降時(shí)的荷載P=46 660.92N

經(jīng)過上述驗(yàn)算可看出，使用正置反拉的傳動(dòng)方式，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足施工要求。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于高層建筑施工，附著式升降腳手架能將高處作業(yè)變?yōu)榈吞幾鳂I(yè)，將懸空作業(yè)變?yōu)榧荏w內(nèi)部作業(yè)，科技含量高且更經(jīng)濟(jì)、安全、便捷。反拉技術(shù)的提出，使爬架提升更加穩(wěn)定、便捷，對(duì)架子整體升降起導(dǎo)向和防傾覆作用。