智能附著升降腳手架施工技術研究

張哲文，羅勇，宋滿榮

（1.合肥工業大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009；2.中鐵四局集團建筑工程有限公司，安徽 合肥 230022）

1 引言

隨著我國社會經濟水平的快速提升，城市化進程不斷加快，城市人口也迅速膨脹，為滿足城市發展需求，現代意義上的高層建筑逐漸開始普及。高層建筑的出現也帶動施工技術的發展進步，腳手架就是技術進步的典型代表。腳手架作為一種重要的施工器械，可保證高處作業安全和施工的順利開展，其發展主要經歷三個階段，第一階段是傳統竹木腳手架，第二階段是鋼管腳手架，第三階段則是升降腳手架，也被稱為“爬架”。升降腳手架相比傳統的鋼管腳手架具有結構穩定、防護性好、施工效率高等優勢，隨著計算機技術逐漸應用于在工程建設領域之中，性能更加完善的智能附著升降腳手架開始出現。

2 工程概況

中鐵四局集團有限公司承建的鄭州航空港河東四棚戶區一標項目位于鄭州市航空港區三官廟鄉教場袁村附近，距新鄭國際機場約10km，總建筑面積82.95萬m2，包含1#～5#五個獨立地塊。項目主要由27棟高層住宅樓組成，樓棟總層數為22～28層不等，結構單體樓層高度均為2.8m，地基采用粘結性較好的CFG樁復合地基，基礎結構為筏板基礎，主體結構則為鋼筋混凝土剪力墻結構。本工程對標準化施工要求較高，且樓棟外立面沿垂直方向較為統一，適宜采用智能附著升降腳手架開展施工作業。

3 技術特點

①智能附著升降腳手架引入實時監測系統和遠程控制系統，有效預防架體升降或正常作業過程中因超載或失載而產生的安全事故，確保工程施工安全。

②智能附著升降腳手架采用工廠預制化生產，其系統以及構件分為若干模塊，現場將所有模塊組裝成一個整體，施工結束可再拆分為各個模塊，安裝拆除簡單快捷，實現了模塊化施工。

③智能附著升降腳手架采用定型化整體式防護，用沖壓鋼板網代替傳統密目網，用型鋼代替鋼管，架體防護嚴密，結構強度高，抗沖擊能力強。

④智能附著升降腳手架可實現穩定同步升降，克服傳統腳手架搭建復雜、鋼材使用量大等缺陷，不僅節約成本，還能提高施工效率。

4 施工工藝及操作要點

4.1 機位設計及施工設備協調

4.1.1 機位設計

智能附著升降腳手架平面布置需考慮經濟性與安全性的統一，設計時依據現有圖紙的標高，可結合BIM技術建模，在整合建筑預埋管線的同時確定外墻預留洞口位置。為保證流水施工的順利進行，需將整個架體進行合理的劃分，原則是確保劃分后的架體能夠與施工流水段相對應。不僅如此，架體分片也需要考慮工作量的平衡，即每個分片架體設置的機位數量基本保持一致，防止某一分段出現機位數量過多或者過少現象，影響架體提升穩定性。

4.1.2 施工設備協調

機位設計前要依據主樓工程結構圖紙并確定塔吊、人貨電梯位置。首先要保證塔吊附墻連接桿件不會干擾架體提升構件及豎向龍骨，為消除隱患，在塔吊附墻桿件處，架體安裝有可活動的特殊龍骨板，此處位置的龍骨板之間通常使用轉角連接角鋼進行固定，當架體上升時，塔吊附墻桿件會對龍骨板產生干擾，此時可松開角鋼一側的連接螺栓，將可活動的龍骨板整個抬起，當架體通過后再將龍骨板放回。施工電梯一般安裝在架體下部位置，為防止兩種設備沖突，電梯導軌會低于架體一層，當架體到頂后，拆除部分架體使施工電梯通頂。轉料平臺設計時應注意荷載傳遞，在架體處于靜止狀態時，平臺需將材料荷載直接傳遞到主體結構而避免爬架承力，在架體提升時，平臺能脫離主體結構和架體共同提升。

4.2 臨時支撐平臺搭建

根據高層建筑智能附著升降腳手架的設計要求，架體的組裝應從第二層（標準層）就開始，為確保架體安裝穩定，需要在架體底部設置臨時支撐平臺，可根據架體規格采用懸挑桿或者落地腳手架，落地腳手架一般為外雙排腳手架，結構如圖1所示。當主體工程施工至標準層后，將雙排落地腳手架作為找平架用于組裝智能附著升降腳手架，找平架在附墻支座安裝時需承擔部分架體荷載，因此要放置在堅實基礎上，為提高平臺穩定性，還應設置連墻桿與主體結構拉結。

圖1 臨時外雙排腳手架搭設立面圖

4.3 架體組裝

組裝架體的第一步是按平面布置尺寸放置龍骨板，再選擇專用的節點板將龍骨板連接并緊固，如圖2所示，再按要求在龍骨板之上組裝架體的豎龍骨，同時還得用斜桿將豎龍骨與龍骨板進行固定，如圖3所示。

圖2 龍骨板安裝示意圖

圖3 豎龍骨安裝示意圖

第二步首先是參照第一步繼續組裝第二層的龍骨板，再安裝剛性構件和下承重梁，如圖4所示。最后是安裝沖壓鋼板防護網，如圖5所示。

圖4 剛性構件、下承重梁安裝示意圖

圖5 沖壓鋼板網安裝示意圖

4.4 附著支撐及升降系統安裝

附著支撐及升降系統主要由附墻支座、荷載控制器、動力裝置、防傾覆附著導軌、導輪等構件組成。附墻支座分為兩種，一種用于導向防墜，一種用于提升架體，安裝前需對建筑物預埋處混凝土強度進行檢驗，確定強度達到設計要求，方可安裝。支座采用穿墻螺桿與主體結構固定，其中心線應與架體導軌及預埋孔洞的中心線保持一致，水平偏差應控制在30mm以內，安裝時應對附墻支座進行調平并確保與導軌垂直。荷載控制器上方吊掛在上承重梁上，下方與電動葫蘆吊鉤相連接。升降動力裝置選用環鏈電動葫蘆，鏈條的上吊鉤承掛在荷載控制器上，下吊鉤則承掛在下承重梁。

防傾覆附著導軌通常設置在架體主框架的立柱之上，安裝順序是先在主框架安裝剛性支架，再通過螺栓將導軌的連接板與主框架上的連接板相連。導輪與用于導向的附墻支座共同組裝成架體導向構件，再通過穿墻螺栓將導向構件與主體結構相連。架體升降過程中，導軌與架體平臺共同沿導輪滑動，實現對架體的導向控制和防傾覆效果，整個系統的荷載傳遞路徑是先將由架體傳遞至附墻支座，再由附墻支座轉傳至建筑主體結構。

4.5 智能控制系統

附著升降腳手架智能控制系統主要由智能總控、重力傳感器、控制電纜、通訊電纜、智能分控制柜等部件組成，總、分控制柜及微機控制界面如圖6、圖7所示。控制系統使用計算機做上位機，即發出操控命令的計算機，再以一組主控制柜、多組分控制柜以及荷載傳感器組成智能監測系統，通過通訊電纜將計算機以及各個控制柜連接成整體，保證上位機能夠對系統中各分控的荷載開展全流程的監測及控制。

圖6 主、分控箱示意圖

圖7 微機控制界面

整套系統可以開展25路信號的監測工作，計算機對各通道傳輸回來的標定數值進行動態顯示及實時儲存，施工過程中，當一路或者多路通道荷載達到報警閥值時，系統主控器繼電器工作（常開變常閉）啟動中間繼電器切斷主控回路，各系統立即停止運行并開啟報警，根據不同的故障工況，還將采取不同的報警方式，方便工作人員快速排查，有效保證智能附著升降腳手架運行的準確安全。

4.6 架體提升流程

智能附著升降腳手架的提升主要依靠架體提升裝置、控制裝置、防墜支頂裝置等協作運行實現。標準層主體結構工程施工時，在建筑結構的四周會均勻布置架體提升裝置，提升鋼絲繩一端與坐落于結構梁板上的用于提升的附墻支座相連，一端穿過架體底座的滑輪電動葫蘆底部掛鉤相連，電動葫蘆則安裝在架體主框架的提升梁上，通過動滑輪原理實現架體依靠附墻支座的上下相對運動。控制裝置在架體提升過程中進行實時監測，一旦出現觸電、振動、過載以及變形量預警，控制系統立即介入，主控機繼電器輸出開關信號切斷主控回路，爬升過程立即停止。防墜落支頂裝置設計為簡單可靠的擺針式結構，當架體提升時，裝置的重心與銷孔將位于不同的豎向直線上，且防墜支頂裝置斜撐桿會由于自身重力而偏向架體導軌，并自然搭接在軌道橫桿上，因此不會影響架體的提升。當架體上升過程發生意外而下墜時，防墜落裝置的撐桿會立刻抵住升降架的軌道橫桿，而防墜裝置本身通過穿墻螺栓固定于主體結構，使得架體最終停止墜落。

架體的防墜裝置與提升裝置應采用不同附墻支座分開設置，兩者互不干擾，各自承受架體荷載并將荷載直接傳遞給建筑物的主體結構，這樣做的目的是當一個裝置功能突然發生故障時，其他裝置的功能仍可正常發揮功效，可充分保證升降腳手架的施工安全。

4.7 架體拆除

智能附著升降腳手架采用分單元的方式吊裝拆除，按照預先分配好的單元，拆除單元之間的連接件，之后再安裝塔吊吊具，當塔吊勾住吊具后，再對吊掛鋼絲繩進行預警，為防止架體在拆除后出現搖擺晃動，待塔吊預緊完成后，再拆除附墻支座，隨后將單元整體吊至地面，在地面將此單元拆除并分類堆碼好，重復以上工作直至所有單元拆除完畢。

5 結語

項目實施過程中采用的智能附著升降腳手架克服傳統升降腳手架存在的安裝復雜、升降不穩定，無法同步升降、缺乏預警系統等問題，不僅可以保證工程質量和施工進度，還有效提高施工安全水平。智能附著升降腳手架施工技術在該項目的成功應用對提高我國高層建筑施工技術水平，增加國家在相關建設領域的技術儲備，具有十分重要的現實意義。