淺析附著式升降腳手架在裝配式建筑中的技術運用

黃文天

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淺析附著式升降腳手架在裝配式建筑中的技術運用

黃文天

（中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030024）

以山西省太原市上蘭村在建裝配式建筑施工現場附著式升降腳手架為研究對象，從其基本組成出發，論述了各大系統作為主要組成部分及在裝配式建筑施工過程中的運用機理與問題探究；從其工作原理及施工現場安裝情況方面分析了架體在裝配式建筑安裝過程中可能會出現的問題和誤差，提出技術改進的方法并進行現場實驗。研究表明，主框架高差改進之前的合格率為76.9%，其改進后的合格率為93%；分析降低誤差后所產生的經濟效益發現，縮短了工期并節約了成本。為附著式升降腳手架在裝配式建筑中的技術應用提供了重要的理論依據及實踐參考。

附著式升降腳手架；裝配式建筑；組成系統；工作原理

1 引言

附著式升降腳手架是指搭設一定高度并附著于工程結構上，依靠自身的升降設備和裝置，可隨工程結構逐層爬升或下降，有防傾覆、防墜落裝置的外腳手架；其主要由豎向主框架、水平支撐桁架、架體結構、附著支撐結構、防傾裝置、防墜裝置等組成。建筑周邊外防護架的使用是建筑施工非常重要的一項安全考核項目，本項目使用了附著式升降腳手架，屬于項目施工中的一項重難點，架體安裝及提升過程中的安全穩定效果能有效體現出項目的施工質量管理水平，也能作為項目創優過程中的一個施工亮點進行展示。架體提升過程中的高差對架體的安全性能有至關重要的影響，對架體安裝標準的提升是對自己的一項考驗，也是對施工本身的一種負責態度。

隨著現代工業技術的發展，建造房屋可以像機器生產那樣，成批成套制造。只要把預制好的房屋構件，運到工地裝配起來就可以了。由于裝配式建筑的建造速度快，而且生產成本較低，近幾年得到迅速發展。按照推進供給側結構性改革和新型城鎮化發展的要求，大力發展混凝土裝配式建筑，具有發展節能環保新產業、提高建筑安全水平、推動化解過剩產能等一舉多得之效。

本文以山西省太原市上蘭村施工現場附著式升降腳手架為研究對象，多方面分析附著式升降腳手架在裝配式建筑中的技術應用，根據理論進行實驗，對于附著式升降腳手架在建筑中的技術應用具有重要的指導意義。

2 附著式升降腳手架的系統組成及工作原理

2.1 架體結構

主框架由導軌、龍骨、加固件等組成。導軌由兩根8號槽鋼組合而成，標準長度為6 m；龍骨選用80 mm×40 mm×3 mm矩形焊管加工制作，標準長度為4.5 m、3 m兩種。導軌兩根槽鋼之間焊有防墜擋桿，與附墻裝置的可調式卸荷支頂器與防墜擺塊相互配合，起支撐與防墜的作用，導軌槽鋼翼緣板與附著件導向輪相互配合，起導向、防傾覆作用。導軌分別與每層走道板相連接，將其每層的荷載均勻地分散在主框架上；底部桁架以60 mm×30 mm×3 mm矩形焊管為橫桿，連接相鄰兩個主框架、主框架與副框架；以40 mm×40 mm×2 mm矩形焊管為立桿與斜腹桿；桁架直接承受相鄰主框架之間架體傳遞的荷載，并通過M16螺栓連接將其荷載直接傳遞給主框架。架體結構框架如圖1所示。

圖1 架體結構框架圖

2.2 附墻防墜系統

附墻系統由10 mm厚鋼板、8#槽鋼、可調式卸荷防墜支頂器、導輪、防墜擺塊、彈簧組成。附墻支座通過穿墻螺栓與建筑物連接，使附著式升降腳手架附著在建筑物上；防墜裝置為單獨設計的防墜擺塊，架體提升時利用防墜裝置重心與銷孔不在同一豎向直線，且防墜裝置由于重力倒向升降架軌道一側，從而不妨礙架體提升。當整體架發生意外墜落時，防墜落裝置由于支座角鋼限位塊不能向下擺動，使得架體停止向下運動。架體意外下墜時擺塊被激活，導軌的防墜擋桿頂住防墜擺塊起到了防墜的作用，附墻支座上的導向輪與導軌上的滑槽卡在一起變滑動為滾動同時防止架體傾斜。附墻防墜系統如圖2所示。

圖2 附墻防墜系統

2.3 動力提升系統

動力系統采用特制電動葫蘆，額定起重量為7.5 t，既可以手動調節也可以遙控操控。手動主要用于調節升降前葫蘆初始受力狀態，電動遙控主要控制架體的自動升降。動力提升系統如圖3所示。

圖3 動力提升系統

2.4 控制系統

控制系統包括電控系統和荷載感應系統。電控系統與每個機位的荷載感應系統通過信號線連接，能夠對各主框架吊點的運行狀態進行信息采集、處理和程序控制，顯示各個點位承受實時荷載的數據，對架體同步升降進行調整。如升降時任意點位的荷載達到提前設定好的規定值時，控制系統會自動報警并切斷電源，停止整個架體的提升或下降，同時指示故障部位。控制系統如圖4所示。

2.5 工作原理

附著式升降腳手架的升降原理為：提升鋼絲繩一端固定在建筑物的附著提升裝置上同時繞過底部提升滑輪組另一端同電動葫蘆的掛鉤連接；啟動電動葫蘆后，拉結鋼絲繩使得架體主框架導軌順著附墻導向裝置上升或下降，實現架體整體同步升降。

圖4 控制系統

3 附著式升降腳手架在應用中的優勢

為了符合國家倡導的建筑施工機具機械化、裝配化、標準化的要求，且符合國家以人為本的安全發展、科學發展理念，也符合國家低碳環保、節能減排要求，附著式腳手架在實際工程中被廣泛應用和發展，不僅降低了安全管理成本，而且也降低了施工成本。

3.1 先進性

傳統鋼管架都是人工搭設作業，而附著升降腳手架采用電控箱來進行架體升降作業或安全控制，安裝搭建過程中散搭散拆，幾乎不占用施工場地，對現場作業面條件要求較小，省時省力。

3.2 經濟性

一般18層（50 m高）以上建筑物就可適用，樓層越高經濟性優勢越明顯。據測算，每棟樓的外架綜合成本與其他類型腳手架相比，可節省鋼材用量70%，節省用電量90%，節省施工耗材30%，每棟樓可綜合節約30%～60%的成本。

3.3 安全性

附著式升降腳手架能把其他腳手架的室外作業變成車間作業；在現場地面或底層組裝，把高空作業變為低空做作業；另外能將高層施工懸空作業變為架體內部作業，將人工作業變為機電控制作業，極大限度避免了作業危險；全鋼裝配架還能杜絕火種、避免火災事故的發生，四周形成相對封閉的整體圍護結構，能有效防止高空墜物，避免衍生傷害。

3.4 實用性

幾乎所有高層、超高層、筒式建筑和造型比較復雜的建筑均可采用。走道板上斜拉桿件很少，通透方便，人員通過無障礙。簡便、簡潔，有利于工地文明施工。

在使用功能上，上升能滿足各類主體施工（比如高層房屋建筑，煙囪等超高結構的施工，且能做到上層支模澆筑、中層拆模轉料、下層邊墻砌磚）。下降能進行外墻裝修（比如打底抹灰、安裝幕墻、貼瓷清洗等）。并且能適用于不同氣候地區、各種高層建筑物的外架施工需求，可應用于各種結構的建筑主體。

3.5 操作簡單、使用方便

豎向主框架、附著支撐、底部桁架均定型定模數生產，運輸方便、安裝簡捷，3～5人即可徒手安拆和操作，無需使用大量作業機械，也不需要大批料具和大量人力。尤其是全鋼裝配式爬架和改進的電葫蘆安裝工藝，省去了傳統爬架需要大量人工作業和電動葫蘆重復安裝的煩瑣工藝及耗時用工，節省了大量勞動力并減輕了施工人員的勞動強度，還保護了產品，避免了電動葫蘆因重復拆裝、搬運造成的人員或機械損傷。

3.6 機械化作業，效率高，易管理

由于附著升降腳手架都是在車間加工，在現場組裝、低空或室內作業、高層使用。除組裝外整個作業過程不占用塔吊時間，極大提高了施工效率，降低了安全管理難度，還有利于現場文明施工。

3.7 節能、低碳和環保

采用附著式升降腳手架有節能、低碳和環保作用，符合國家現在要求的綠色環保建筑理念。

4 附著式升降腳手架在裝配式建筑安裝中的技術控制分析

在附著式升降腳手架的安裝與應用中，附墻支座的安裝是一項重難點。每個提升點位在每層上設置量組預埋孔，其中導軌對應的預埋孔供安裝附墻裝置用，另一組預埋孔供安裝提升裝置使用。提升裝置與附墻裝置預埋孔中心間距250 mm，兩組孔均設置在板底下50～100 mm，剪力墻可適當降低埋設高度；同一點位的孔在上下相鄰樓層水平位置偏差應控制在20 mm以內。預埋孔直徑應以35 mm為宜，可采用外徑40 mm的PVC管埋設。

4.1 附著式腳手架安裝前的位置確定

附著式升降腳手架在安裝前應通過放線確定其機位位置，附著式升降腳手架的第一道走道板應鋪放在鋼管架搭建的水平平臺上。在施工現場，由于地面平整度較低，因此，采用水準儀測量不同位置的高度差，找準水平點從而進行搭建。架體安裝平臺水平是影響附著式升降腳手架安裝成功的關鍵因素，因此，安裝平臺的搭建必須由專業人員完成，在合理的范圍內盡量縮小誤差以保證架體的準確安裝。

4.2 不同裝配式建筑施工對附著式升降腳手架安裝的影響

部分建筑在施工時采用現澆樓層和預制樓層兩部分，下面樓層主體采用現澆混凝土澆筑，上面樓層主體采用預制裝配式建筑。如果在現澆樓層澆筑時出現高度不統一的情況，會造成預制樓層安裝誤差，從而影響機位與墻板的對接和架體的安裝。因此，在現澆樓層的澆筑時，應保證澆筑完成后的主體處于水平高度，從而保證預制墻板的安裝，以達到架體順利安裝的目的。

4.3 預制樓層的制作和安裝

裝配式樓層的墻板在制作與安裝的過程中也可能存在誤差。相比于現澆混凝土，在裝配式建筑的應用中，附墻支座預留的穿墻螺栓孔在工廠提前進行預留，因此預制墻的穿墻螺栓孔與設計是否一致至關重要。如果出現不可調整的誤差，只能以改變機位的方法來重新設計安裝，造成了財力物力的浪費，所以附著式升降腳手架的設計人員與預制工廠的前期溝通顯得尤為重要。

4.4 附著式升降腳手架技術研究改進辦法

傳統的附墻支座背部連接孔為直徑為35 mm的圓孔，在裝配式建筑中我們采用將圓孔改為長孔的方法，并且在受力允許的范圍內將長孔的長徑增加到100 mm，可調節范圍變大，在一定的誤差內有效提高了架體的安裝成功率。

5 全鋼附著式升降腳手架的安全性能分析

根據規范要求，附著式升降腳手架相鄰豎向主框架的高差小于等于30 mm、整個架體最大升降差小于等于80 mm時為最安全的高差范圍。根據爬架提升原理及現場調研后，分析造成附著式升降腳手架安全性能減小的原因。

5.1 電動葫蘆使用分析

由于現場使用混亂，同一棟樓使用不同種類電動葫蘆的情況普遍存在。因為不同批次的電動葫蘆提升速率不同，所以在提升的過程中勢必會造成主框架產生高差。如果把電動葫蘆按編號分類碼放，確保同批次電動葫蘆安裝至同一棟樓，這樣就會保證架體的提升速率相同，從而減少附著式腳手架在建筑運用中的主框架高差。電動葫蘆使用情況如圖5所示。

圖5 電動葫蘆使用情況

5.2 鋼絲繩使用分析

架體提升前，不能保證鋼絲繩處于同時繃緊狀態，鋼絲繩的松緊不統一也成為主框架存在高差的成因之一。因此，在提升之前應對鋼絲繩停機檢查，未繃緊的鋼絲繩電動葫蘆應單獨打開提升繃緊，檢測到鋼絲繩處于繃緊狀態并且架體高差統一后再同時打開所有電動葫蘆，使得提升后的架體也處于同一高度。鋼絲繩使用情況如圖6所示。

5.3 高空作業分析

架體的搭建要在空中完成，在安裝難度較大的情況下極易造成施工工藝的不規范，從而使整個架體在施工中產生誤差。如果在施工現場制作方便施工的移動式操作平臺，統計好每部分使用材料數，減少倒料次數，就能在保證施工質量的同時大大縮短施工時間。高空作業情況如圖7所示。

圖6 鋼絲繩使用情況

圖7 高空作業情況

6 效益分析

在施工現場進行實驗，主框架高差改進之前的合格率為76.9%，其改進后的合格率為93%，極大提高了工程施工的質量。

6.1 社會效益

經過論證，避免了安全影患，展示了公司技術水平，提高了公司知名度，為后續技術創新積累了經驗和參考數據。

6.2 經濟效益

嚴格按照分析結果安裝，提高了工效，提高了合格率，提升了安裝質量，由于制定了行之有效的施工程序和科學合理的施工工藝，避免了因安裝不到位造成的材料重新倒運及返工，縮短了工期（平均每棟樓可縮短工期2 d），節約了成本?？s短工期、一次施工合格直接經濟效益分析如表1所示。

7 結論

附著式升降腳手架已經成為建筑施工的發展趨勢，相比傳統腳手架具有低碳性、經濟性、實用性、安全性、智能化、機械化、美觀性等優點，但是處于發展中的全鋼式附著升降腳手架還存在許多問題。本文以山西省太原市上蘭村施工現場的附著式升降腳手架為研究對象，分析了附著式升降腳手架的工作原理及在裝配式建筑中的安裝運用，主要得到以下結論：①論述了附著式升降腳手架的基本組成及工作原理，具有經濟型、實用性等優點，具有極高的推廣價值。②從附著式升降腳手架的工作原理及安裝經驗中分析其在裝配式建筑應用中的存在的問題，為其在安裝與提升過程中減少誤差提供了行之有效的理論依據及方法，降低安全影患的同時提高了安裝效率。③從附著式升降腳手架的使用及安裝方面分析其安全性能，探究其產生的原因并進行現場實驗驗證，為提高其安全性能提供了有效的方法。④分析附著式升降腳手架技術改進后所產生的效益，為其生產及推廣提供了重要理論支持。

表1 縮短工期、一次施工合格直接經濟效益分析表

項目內容費用計算備注 人工費8天×10人×200元/人=16 000元平均10人 材料重復倒運費4棟×300元/棟=1 200元 施工水電費10天×100元=1 000元 總計18 200元

［1］秦春芳，張鎮華，魏忠澤，等.JGJ 202—2010 建筑施工工具式腳手架安全技術規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［2］《建筑施工手冊》編寫組.建筑施工手冊［M］.第4版.中國建筑工業出版社，2003.

［3］陳斌.附著式升降腳手架控制系統研究與設計［D］.寧波：寧波大學，2016.

［4］遲紅.新型腳手架開發與設計及應用研究［J］.技術探討，2015（1）.

［5］王海波.附著式外腳手架在建筑施工中的應用研究［J］.中國高新技術企業，2010（6）.

2095－6835（2019）03－0045－04

TU731.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.045

〔編輯：嚴麗琴〕