塔式起重機(jī)附著作業(yè)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)研究

陳 柱 ，馬 俊 ，尹富榮 ，姜鵬杰

（1.中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 蘇州 215131；2.中億豐設(shè)備租賃有限公司，江蘇 蘇州 215131）

0 引言

隨著社會(huì)快速發(fā)展，高層建筑數(shù)量不斷增加，建筑物高度也越來(lái)越高。而塔式起重機(jī)作為施工現(xiàn)場(chǎng)最常用的建筑起重機(jī)械設(shè)備之一，其本身也需要不斷升節(jié)加高，從而滿足材料安全吊運(yùn)要求。在塔式起重機(jī)頂升加節(jié)過程中，當(dāng)塔式起重機(jī)高度達(dá)到說明書規(guī)定的自由高度時(shí)，必須安裝附著裝置才能繼續(xù)頂升。在安裝附著裝置前，需在塔身附著位置下方一定高度搭設(shè)平臺(tái)，為操作人員提供安全方便的工作環(huán)境。平臺(tái)整體分為3個(gè)部分：底部支撐、平臺(tái)和圍欄?？紤]到該平臺(tái)涉及人員站立情況，其安全性應(yīng)有所保障，對(duì)所使用的材料要進(jìn)行嚴(yán)格篩選，從而使整體結(jié)構(gòu)滿足一定的荷載要求。

根據(jù)相關(guān)文件和行業(yè)發(fā)展要求，目前越來(lái)越多的建筑施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，如標(biāo)準(zhǔn)化安全體驗(yàn)區(qū)、標(biāo)準(zhǔn)化圍護(hù)等。塔式起重機(jī)在保證安全的前提下，也應(yīng)融入施工現(xiàn)場(chǎng)整體的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)布局中。本次設(shè)計(jì)研究的方向是外觀統(tǒng)一、安拆簡(jiǎn)易、安全性能高。

1 傳統(tǒng)設(shè)置方法與分析

1.1 設(shè)置方法

目前建筑施工現(xiàn)場(chǎng)使用最廣泛的附著作業(yè)平臺(tái)主要有以下2種形式。

1）以普通鋼管扣件為主體的形式，其搭設(shè)方法：在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)橫桿處搭設(shè)鋼管作為支撐，在支撐上方的每個(gè)方向均搭設(shè)鋼管做底部平臺(tái)，在4個(gè)角上立鋼管作為立柱，在每一側(cè)的立柱上搭設(shè)鋼管作為圍欄，鋼管之間均用扣件連接緊固，在底部平臺(tái)上鋪設(shè)網(wǎng)片，在四周附防護(hù)網(wǎng)。

2）以槽鋼、方鋼管組合為主體的形式，其搭設(shè)方法：在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)橫桿處搭設(shè)槽鋼作為支撐，在支撐上搭設(shè)定型化的平臺(tái)，在平臺(tái)上方搭設(shè)圍欄。

1.2 傳統(tǒng)方法分析

1）以普通鋼管扣件為主體的形式，搭設(shè)過程危險(xiǎn)性較大，需在高空逐根搭設(shè)，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，外形簡(jiǎn)陋，且無(wú)法重復(fù)利用，會(huì)產(chǎn)生資源浪費(fèi)的情況。另外其本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及安全性低。

2）以槽鋼、方鋼管組合為主體的方式現(xiàn)場(chǎng)無(wú)統(tǒng)一形式，部分以槽鋼做底部支撐，也存在將平臺(tái)直接固定在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)立桿上的，還有采用三角支撐法將平臺(tái)支撐在塔身上。該形式的平臺(tái)在拆卸時(shí)存在斜拉斜吊等違規(guī)操作。

2 設(shè)計(jì)研究過程

2.1 第1次設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)包括：①8個(gè)圍欄框、②8根立柱、③2個(gè)長(zhǎng)平臺(tái)、④2根橫向支撐、⑤2個(gè)短平臺(tái)、⑥4個(gè)三角支撐架平臺(tái)，如圖1所示，支撐、三角支撐架之間采用U形卡扣連接固定，平臺(tái)上焊接有插口，用于立桿固定，固定方式為螺栓連接，圍欄框與立桿之間同樣采用螺栓連接，三角支撐架與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間采用抱箍連接固定。主要承載力方向沿塔身垂直向下。

圖1 第1次設(shè)計(jì)平臺(tái)

2）設(shè)計(jì)分析 與鋼管扣件相比，該設(shè)計(jì)更美觀，安裝時(shí)安全性更高；與其他方鋼管為主體結(jié)構(gòu)相比，該設(shè)計(jì)整體穩(wěn)定性及安全性較高。但該平臺(tái)在安裝時(shí)較繁瑣，三角支撐架與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接位置安裝較困難。另外三角支撐架與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)立桿之間存在結(jié)構(gòu)上的沖突，由于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)外包尺寸的不規(guī)則性，導(dǎo)致三角支撐架的通用性無(wú)法保證，無(wú)法做到標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。

2.2 第2次設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述 總結(jié)第1次設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)節(jié)外包尺寸的不規(guī)則性及生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、安裝拆卸的模塊化因素，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，將第1次設(shè)計(jì)的三角支撐架改為工字鋼形式的支撐架（見圖2），短撐桿在設(shè)計(jì)時(shí)采用倒鉤的形式與長(zhǎng)撐桿連接（見圖3），長(zhǎng)撐桿與短撐桿處于同標(biāo)高，短撐桿固定長(zhǎng)度400mm，懸挑長(zhǎng)度810mm，另外再增加U形卡扣固定，提升其穩(wěn)定性。

圖2 第2次設(shè)計(jì)平臺(tái)

圖3 短撐桿與長(zhǎng)撐桿連接節(jié)點(diǎn)

2）設(shè)計(jì)分析 將三角支撐架更改為工字鋼形式的短撐桿，可避免與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)發(fā)生結(jié)構(gòu)上的沖突，另外此方法能夠提升平臺(tái)的整體穩(wěn)定性。但該平臺(tái)在拆卸時(shí)較困難，平臺(tái)處在4個(gè)方向，在停機(jī)降節(jié)后，起重臂無(wú)法360°旋轉(zhuǎn)，而不在起重臂一側(cè)的平臺(tái)拆除較為困難，在拆除時(shí)會(huì)發(fā)生斜拉斜吊的違規(guī)操作。

2.3 第3次設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述 此次設(shè)計(jì)的主要方向是提升拆卸時(shí)的可操作性和安全性，避免違規(guī)操作帶來(lái)的安全隱患。首先對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，將底部平臺(tái)更改為長(zhǎng)中短3種不同長(zhǎng)度，在短平臺(tái)下方增加支撐桿，用以增強(qiáng)兩塊短平臺(tái)之間的可承受荷載；其次是更改圍欄的形式，將第1次和第2次設(shè)計(jì)中采用螺栓連接的方式改為夾板連接，如圖4所示。

圖4 第3次設(shè)計(jì)平臺(tái)

2）設(shè)計(jì)分析 與第2次設(shè)計(jì)相比，此次設(shè)計(jì)的3種不同長(zhǎng)度的平臺(tái)更便于拆卸，避免拆卸時(shí)斜拉的風(fēng)險(xiǎn)。另外將圍欄進(jìn)行優(yōu)化，去除立桿，減少螺栓連接數(shù)量，在安裝拆卸時(shí)更簡(jiǎn)便。

3 受力分析

1）材料 考慮到受力情況及安全性，本次設(shè)計(jì)所選用的材料在平臺(tái)與圍欄上采用截面尺寸分別為40mm×60mm和40mm×40mm方鋼管，厚度均為4mm，底部支撐選用10號(hào)普通工字鋼，各部位連接用的U形卡扣為M14的圓鋼冷彎后形成，并采用鋼板將其固定。所有材料均為Q235B。

2）荷載工況 本次設(shè)計(jì)通過恒荷載、活荷載與風(fēng)荷載對(duì)平臺(tái)施加荷載。其中，恒荷載考慮放置網(wǎng)片的重量，取300N/m2；活荷載考慮人和雪的重量，人的活荷載取4 800N/m2（施工班組為6人，80kg/人），雪的活荷載取500N/m2；四面風(fēng)荷載的基本風(fēng)壓均為450N/m2，體系系數(shù)均取1.3（見圖5）。

圖5 活荷載分布

其中主要的荷載為人的活荷載，該力的產(chǎn)生方向均為垂直向下，主要受力部件為底部平臺(tái)上的桿件（圖5中加粗線為受力較大桿件），平臺(tái)及所有荷載最終施加在底部工字鋼支撐上。

3）計(jì)算結(jié)果與統(tǒng)計(jì) 對(duì)平臺(tái)上所有桿件進(jìn)行計(jì)算分析，通過3D3S軟件計(jì)算，結(jié)果表明，該平臺(tái)在結(jié)構(gòu)上能夠滿足承載力要求，應(yīng)力比最大值為0.756，均能夠滿足要求。

4 安裝拆卸步驟

4.1 安裝步驟

1）步驟①：安裝底部撐桿 首先安裝長(zhǎng)撐桿，長(zhǎng)撐桿平行于起重臂方向；其次安裝短撐桿，短撐桿垂直于長(zhǎng)撐桿。撐桿整體相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)居中放置，固定U形卡扣暫不擰緊。

2）步驟②：安裝平臺(tái) 第1步安裝長(zhǎng)平臺(tái)，該平臺(tái)安裝在起重臂方向一側(cè)；第2步安裝起重臂方向兩側(cè)中等長(zhǎng)度平臺(tái)，該平臺(tái)安裝在兩側(cè)短撐桿上方；第3步安裝短平臺(tái)支撐；第4步安裝短平臺(tái)，該平臺(tái)安裝在起重臂方向相對(duì)的一側(cè)。所有平臺(tái)安裝到位后，用U形卡扣緊固。

3）步驟③：安裝圍欄 將圍欄安裝在平臺(tái)上的插銷處并用螺栓固定，各圍欄之間用夾板連接固定。安裝流程如圖6所示。

圖6 安裝步驟

4.2 拆卸步驟

1）步驟①：平臺(tái)A、B位置拉繩與上部標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接，此步驟目的是在平臺(tái)整體拆卸時(shí)保證其穩(wěn)定性。

2）步驟②：拆卸短平臺(tái)處圍欄。

3）步驟③：拆卸短平臺(tái)。

4）步驟④：拆除剩余圍欄以及平臺(tái)，解除剩余平臺(tái)與長(zhǎng)短撐桿連接的U形卡扣，利用塔式起重機(jī)將平臺(tái)整體向起重臂方向吊出，同時(shí)慢慢放松拉繩，直至該結(jié)構(gòu)在空中處于平穩(wěn)狀態(tài)，再吊至地面。

5）步驟⑤：拆除短撐桿、長(zhǎng)撐桿，解除固定短撐桿與塔身橫桿連接的固定卡扣，以及短撐桿與長(zhǎng)撐桿連接的固定卡扣，拆除短撐桿；拆除長(zhǎng)撐桿與塔身橫桿連接的固定卡扣，拆除長(zhǎng)撐桿。拆卸步驟如圖7所示。

圖7 拆卸步驟

5 結(jié)語(yǔ)

隨著塔式起重機(jī)安裝高度的提升，高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)不斷增加。此次設(shè)計(jì)研究重點(diǎn)是保證操作人員在高空作業(yè)的安全，包括人員在進(jìn)行附著作業(yè)平臺(tái)的安裝、拆卸作業(yè)，以及人員進(jìn)行附著裝置的安裝、拆卸作業(yè)。設(shè)計(jì)過程須考慮到設(shè)計(jì)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，平臺(tái)的整體穩(wěn)定性，安裝、拆卸步驟的模塊化，平臺(tái)外形的美觀、統(tǒng)一，針對(duì)不同形式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的通用性。該平臺(tái)經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算，可滿足6名操作人員同時(shí)作業(yè)。