高大挑檐C形水平滑移平臺的設(shè)計與施工

程勇俊 樓 群 陳軍進(jìn) 章旭江 王建宏

1. 浙江省東陽第三建筑工程有限公司 浙江 東陽 322100；

2. 廣廈建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 浙江 杭州 310005

為便于房屋挑檐的施工作業(yè)，需要搭設(shè)作業(yè)平臺，目前通常的做法是采用落地式或懸挑式操作平臺，但是這2種操作平臺的搭設(shè)與拆除比較煩瑣、周期長、成本高、工作量大、安全風(fēng)險高。C形滑移平臺是一種新型高空挑檐施工作業(yè)平臺，適用于各類外形規(guī)則、頂部結(jié)構(gòu)平緩的屋面挑檐次要結(jié)構(gòu)件安裝及裝飾裝修施工，尤其適用于離地高度較高的大挑檐施工。與落地式、懸挑式作業(yè)平臺相比，滑移平臺無需搭設(shè)外架，具有構(gòu)造簡潔、安拆便捷、施工周期短、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點[1-4]。

1 技術(shù)方案設(shè)計

1.1 基本構(gòu)造

C形滑移平臺系統(tǒng)主要由滑移軌道、平臺、限位裝置和步進(jìn)電機(jī)組成（圖1）。其中，平臺由上部滑移架、豎向傳力桁架及下部操作平臺組成。上部滑移架由型鋼主次梁、外軌道輪組成，擱置于挑檐頂部滑移軌道上；豎向傳力桁架將下部操作平臺荷載直接傳至上部滑移架主梁，作業(yè)人員在下部操作平臺上完成挑檐的施工。C形滑移平臺借助挑檐結(jié)構(gòu)自身承載能力，將挑檐下部施工荷載傳至挑檐頂部滑移軌道。

圖1 滑移平臺系統(tǒng)示意

外軌道輪置于挑檐最外側(cè)的滑移軌道上，平臺重心位于外軌道輪內(nèi)側(cè)，軌道兩端設(shè)置限位裝置，防止平臺滑出挑檐。平臺移動至指定作業(yè)位置后，C端用防傾覆裝置與主體結(jié)構(gòu)連接固定，保障平臺安全使用；D端用纜風(fēng)繩與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)，防止平臺晃動，確保平臺安全可靠。

1.2 技術(shù)方案

操作平臺由型鋼按照設(shè)計規(guī)格尺寸焊接而成，并與豎向傳力桁架焊接成整體。操作平臺縱向?qū)挾纫话闳? 000～3 000 mm，具體尺寸按照工程實際需要確定。為便于人員操作，平臺按照階梯形設(shè)置，階梯踏面與挑檐底部留有適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)高度。

平臺上部滑移架主梁和操作平臺與左右兩側(cè)豎向傳力桁架焊接連接，通過豎向桁架傳遞操作平臺的荷載。豎向傳力桁架由型鋼焊接而成，型鋼型號及桁架寬度依據(jù)挑檐跨度及操作平臺設(shè)計使用荷載確定。桁架高度H由挑檐高度h1、操作平臺作業(yè)高度h2及滑移軌道和軌道輪高度h3共同確定，H=h1＋h2＋h3。

平臺上部滑移架主梁宜選用工字鋼，其具體規(guī)格型號由A點的彎矩及撓度計算確定。次梁采用工字鋼或槽鋼，與2根主梁焊接連接，保證滑移架體的剛度及整體穩(wěn)定性。

根據(jù)滑移平臺工作的實際情況，規(guī)定“當(dāng)有六級及以上強風(fēng)、濃霧、雨或雪天氣時禁止平臺滑移作業(yè)，平臺處于鎖定狀態(tài)”。

平臺抗傾覆安全計算按以下3種工況條件進(jìn)行分析：平臺滑移時（無施工荷載，抗傾覆裝置未起作用）；平臺有施工荷載時（抗傾覆裝置已起作用）；平臺無施工荷載時（抗傾覆裝置已起作用）。

2 實例驗證

2.1 計算論證

以過軌道B點的力矩計算分界線為界（圖2），分別計算兩側(cè)由平臺自重、施工荷載、風(fēng)荷載產(chǎn)生的相對于B點的力矩，傾覆力矩M1為順時針方向的力矩之和，抗傾覆力矩M2為逆時針方向的力矩之和（抗傾覆力矩計算中不考慮風(fēng)荷載、施工荷載的影響）。傾覆力矩計算時，固定荷載、活荷載分項系數(shù)分別取1.3、1.5；抗傾覆力矩計算時，固定荷載、活荷載分項系數(shù)分別取1.0、0。驗證抗傾覆安全系數(shù)K=M2/M1＞2.0。

圖2 抗傾覆驗算示意

本文選用浙江省東陽市橫店便民服務(wù)中心項目所采用的C形水平滑移平臺作為驗證對象（圖3）。該項目屋面挑檐采用鋼結(jié)構(gòu)，離地高度為43.3 m，結(jié)構(gòu)平面尺寸為110.80 m×32.66 m，外挑跨度為5.36 m；滑移架主梁采用22a#工字鋼，其余桿件均為60 mm×80 mm×5 mm矩形管。平臺上鋪設(shè)厚18 mm膠合板。計算模型如圖4所示。

圖3 移動平臺應(yīng)用

圖4 計算模型

計算可得：操作平臺龍骨最大正應(yīng)力為70 N/mm2＜205 N/mm2，抗彎強度滿足要求，計算最大撓度7.88 mm＜12 mm，符合要求；操作平臺下部三角形桁架驗算最大正應(yīng)力39 N/mm2＜205 N/mm2，符合要求；豎向傳力桁架CD桿最大正應(yīng)力66 N/mm2＜205 N/mm2，EF桿最大正應(yīng)力59.9 N/mm2＜205 N/mm2，均符合要求?；萍苤髁鹤畲笳龖?yīng)力為113 N/mm2＜205 N/mm2，抗彎強度符合要求，計算最大位移8.1 mm＜10 mm，剛度符合要求；當(dāng)施工荷載位于最高臺階處時，抗傾覆最不利，施工荷載在H點產(chǎn)生傾覆力矩（若施工荷載位于另外2個臺階，則其作用屬于抗傾覆力矩），故以此工況進(jìn)行傾覆驗算。由計算得傾覆力矩為4.5 kN·m，抗傾覆力矩為5.86 kN·m，抗傾覆力矩與傾覆力矩之比為1.30，抗傾覆驗算滿足要求。

2.2 檢測論證

為進(jìn)一步驗證C形滑移平臺在高大挑檐施工作業(yè)的安全性和可靠性，了解水平位移、豎向位移、滑動輪壓的應(yīng)力應(yīng)變值，對橫店便民服務(wù)中心項目所用C形滑移平臺進(jìn)行檢測論證，并與ANSYS有限元軟件模擬計算數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

1）工況1：自重下，分級加載，3×55 kg及6×55 kg分別作用于操作平臺最高臺階時（外端分布）測試內(nèi)、外軌道輪壓。此時，豎向荷載布置對結(jié)構(gòu)抗傾覆最不利。

2）工況2：自重下，分級加載，3×55 kg及6×55 kg分別作用于操作平臺最低臺階時（內(nèi)端分布）測試內(nèi)、外軌道輪壓以及操作平臺最低臺階最內(nèi)端的豎向及水平位移。此時，豎向荷載布置對結(jié)構(gòu)抗傾覆最有利，但對下部操作平臺產(chǎn)生的彎矩最大。

通過對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：試驗工況條件下，內(nèi)、外輪壓變化趨勢與理論計算變化趨勢相同，測得的位移與理論計算值、位移的變化趨勢與理論計算相符。

試驗測試結(jié)果與理論模擬一致，說明理論模擬計算可以預(yù)測水平滑移平臺的實際工作性能。位移測試結(jié)果顯示，水平和豎向變形都小于理論計算值，說明平臺結(jié)構(gòu)具有良好的剛度，在試驗荷載下，平臺結(jié)構(gòu)滿足強度和剛度的要求。

2.3 應(yīng)用論證

詳細(xì)的研究表明，C形水平滑移平臺施工技術(shù)在高大挑檐施工中具有較好的可行性，在應(yīng)用的工程中均取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。目前C形滑移平臺已經(jīng)在多個工程中成功應(yīng)用。在工程實踐中，C形滑移平臺均表現(xiàn)出良好的可操作性、穩(wěn)定性、安全性，符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。

3 結(jié)語

通過對C形水平滑移平臺進(jìn)行安全性計算、試驗檢測論證以及有限元分析，證明該新型作業(yè)平臺的設(shè)計具有可行性。通過實際工程應(yīng)用，其在施工過程中具有較大的安全儲備，材料可回收利用，環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著，值得被推廣應(yīng)用。