反拉技術在附著式升降腳手架中的應用*

鄭 守，聶 超，徐成瑤，鄭 輝

(中建海峽建設發展有限公司，福建 福州 350015)

0 引言

附著式升降腳手架的出現不僅提高了高層建筑的施工進度,而且有效解決了落地式腳手架成本高的問題[1]。搭設高度依建筑物標準層的層高而定，一般取建筑物標準層4個層高加1步護身欄的高度為架體的總高度[2]。附著式升降腳手架以電動葫蘆為提升設備，使整個外腳手架沿建筑物外墻或柱整體向上爬升。傳統的提升方式具有很高的勢能和危險因素，具有架體結構失穩、提升系統偏心傾覆的風險[3]。腳手架提升的穩定性關系施工人員的安全及施工進度[4]。

為解決傳統附著式升降腳手架提升方式中存在的問題，創新性采用電動葫蘆反拉技術，減小了架體離墻間距，降低了工人操作強度，進而有效降低架體附著所需強度，巧妙地避免了電動葫蘆在以往使用過程中產生歪拉斜吊的普遍現象，提高了提升的平穩性。

1 工程概況

福州世茂南通項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號樓、5～7 號樓為超高層住宅樓，2～3，8～11號樓為一類高層住宅樓，其中，1～3，5，8號樓1層局部為公共配套用房。1，5，6號樓高141.1m，7號樓高123.7m，2號樓高98.7m，3，9號樓高99.1m，8號樓高92.0m，10，11號樓高93.3m?？拐鹪O防烈度為7度。

本項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；架體內排豎龍骨中心離墻標準距離0.73m。

2 傳動方式

附著式升降腳手架的升降動力為電動葫蘆，傳動方式有中心吊拉和內側吊拉兩種[4-6]。

1)中心吊拉 電動葫蘆固定在懸挑梁上，懸挑梁通過螺栓固定在建筑結構上，如圖1所示。理論上電動葫蘆提升點為架體重心位置，架體提升時豎直上下，無傾覆力矩。然而由于機位布置及施工荷載的原因，架體重心往往會隨機地偏離理論重心，使得架體升降時產生內傾或外傾，具有不確定性，易產生機位相互制約，增大了架體內應力。

圖1 中心吊拉式附著式升降腳手架

2)內側吊拉 電動葫蘆安裝在附著梁上，附著梁通過螺栓固定在建筑結構上，電動葫蘆提升點處于架體導軌內側，如圖2所示。架體升降時存在傾覆力矩，其大小為重心與電動葫蘆掛點的距離和架體自重的乘積，架體各機位均處于外傾狀態，方向統一。

圖2 內側吊拉式附著式升降腳手架

兩種傳動方式的共同點是，架體提升需倒換電動葫蘆掛點，電動葫蘆凈重85kg，倒換困難，同時倒換電動葫蘆影響線路布置，易造成線路故障，影響施工進度。

3 反拉技術

3.1 反拉技術特點

1)提升過程中或相鄰兩次提升電動葫蘆無需倒換。

2)架體升降或停靠過程中，架體傾覆力矩在可控范圍內，并為其確定方向，避免機位之間產生扭曲變形。

3)若采用電動葫蘆反拉技術，其鏈條作用方向與架體升降方向相反，需進行動力變向，反拉點與轉向點之間的距離隨架體升降發生變化，影響反拉力的方向，進而影響傾覆力矩。

3.2 反拉技術原理

將電動葫蘆固定在架體上，隨架體升降，避免每次提升需倒換電動葫蘆。同時，針對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呈豎直狀態，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 反拉技術原理

4 反拉技術的實施效果

反拉技術動力系統主要由上下提升梁、電動葫蘆、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構上的提升掛座連接，提升掛座由穿墻螺栓固定在建筑結構上，架體整體荷載通過穿墻螺栓傳遞到建筑結構。提升掛座上固定有抱輪，對架子整體升降起導向和防傾覆作用。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 反拉傳動可行性驗算

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

1)靜荷載

各部件統計如表1所示。

表1 各部件統計

因此，靜荷載：

∑F靜=mg=3 730.91×10=37 309.1N

2)活荷載

當3步架體同時作業時取活荷載標準值2kN/m2，當為升降狀態時取0.5kN/m2，取2層。

3)風荷載

根據GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》，風荷載標準值：

Wk=βz·μs·μz·wo

風振系數βz=1，基本風壓wo=400N/m2(取當地基本風壓)，高度修正系數μz=1.27(建筑物高度按100m，地面粗糙度按D類)。

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

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

按規范取動力系數γb=1.05，沖擊系數γc=2.0，恒荷載分項系數γa=1.2，活荷載分項系數γq=1.4。

根據設計布置，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：P使=γb·(P靜+P活)=86 699.5N；

升降時：P升=P靜+γaLH×350=46 660.92N；

防墜時：P墜=γcP升=93 321.84N。

5)上吊掛件銷軸受剪驗算

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)上吊掛件焊縫強度驗算

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《鋼結構設計標準》，在通過焊縫形心的拉力、壓力或剪力作用下，當力垂直于焊縫長度方向時：

當力平行于焊縫長度方向時：

7)上承重梁強度、撓度驗算

采用2[10背對背組合，長度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

強度滿足要求。

撓度滿足要求。

8)抱輪抗傾覆能力驗算

9)鋼絲繩受力驗算

經調查，選用6×37-22-1770規格的鋼絲繩。根據《重型設備吊裝手冊》(第2冊)、GB/T 8918—1996《鋼絲繩》，換算系數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。

升降時的荷載P=46 660.92N

經過上述驗算可看出，使用正置反拉的傳動方式，整體結構穩定性滿足施工要求。

6 結語

對于高層建筑施工，附著式升降腳手架能將高處作業變為低處作業，將懸空作業變為架體內部作業，科技含量高且更經濟、安全、便捷。反拉技術的提出，使爬架提升更加穩定、便捷，對架子整體升降起導向和防傾覆作用。