非標吊籃在坡屋面建筑外墻裝修施工中的應用技術研究

師敏之 [上海市浦東新區建設（集團）有限公司，上海 201206 ]

0 引 言

近年來，隨著我國建筑施工行業的飛速發展，新修高層建筑頂層結構逐漸多樣化，設計為防水考慮，頂層大多采用坡屋面的建筑結構形式。隨著時間的推移，這類房屋建筑外立面需要進行維修工作。針對這些坡屋面建筑結構外墻裝修工程的維修施工，傳統的標準吊籃已經不能滿足施工工況的需求，施工現場必須在坡屋面上，或者在女兒墻與坡屋面結構狹小的間隙中搭設施工使用的非標吊籃，而目前國內針對高處作業非標吊籃在坡屋面建筑外墻裝修施工中的應用研究還非常少見。

國內相關學者針對非標吊籃在坡屋面等復雜工況下的施工技術分析問題已經做了相關的有益探索[1-4]。本文基于某房屋建筑外立面維修項目采用坡屋面搭設高處作業非標吊籃的施工工況，具體根據施工現場復雜的實際情況，建立多種應對復雜工況下的非標吊籃施工工況模型，同時分析坡屋面非標吊籃施工的安全穩定性，通過研究分析，提出相關建議，以期為其他類似坡屋面高處作業非標吊籃項目施工提供有效的經驗。

1 非標吊籃

高處作業吊籃是利用在建筑物頂層屋面平臺上架設吊籃支撐鋼結構系統，采用鋼絲繩將吊籃平臺與支撐鋼結構系統進行可靠連接，利用電動起升裝置將吊籃平臺沿建筑立面上下運動，從而進行建筑外立面的施工維修等工程。

高處作業非標吊籃是指在制造和設計方面與國家現行行業標準不一致的吊籃。如圖1所示，為非標吊籃支撐鋼結構系統形式之一，主要是吊籃支撐鋼結構系統與傳統標準吊籃在結構形式上有明顯差別。吊籃支撐鋼結構系統就是通過架設在建筑物的上部，利用鋼絲繩來懸掛吊籃工作平臺的裝置，它承受著吊籃平臺、施工人員、施工材料以及風荷載的作用，因此保證吊籃支撐鋼結構系統的牢固性和穩定性是使用非標準吊籃的關鍵所在。

圖1 高處作業非標吊籃典型架設形式之一

2 實際工程案例

2.1 工程概況

某高層住房外墻保溫維修工程項目（以下簡稱“項目”），層高45 m，屋面結構為坡屋面加女兒墻外圍護結構形式。根據施工現場復雜工況，標準吊籃無法布設，故采用非標吊籃進行施工作業。屋頂結構如圖2所示。

圖2 高層坡屋面立面結構形式

2.2 非標吊籃工況

根據施工現場的復雜工況，項目部在收集相關資料后，與專業吊籃施工單位和相關專家進行會議商討后，根據5種施工現場不同的施工位置工況，制訂了相應的非標吊籃搭設方案。

2.2.1 工況一

由于施工現場局部女兒墻高度較高，遠遠大于標準吊籃后支撐搭設高度，因此采用加高后支撐及支撐主橫桿固定在女兒墻上的結構形式，進行非標吊籃的搭設。具體如圖3所示。

圖3 高層作業非標吊籃工況一

2.2.2 工況二

根據屋面頂層結構中，坡屋面與女兒墻之間的間隙過近，標準吊籃的支撐距離無法得到滿足，同時吊籃的后支撐需形成穩定可靠的受力，才能保證整體吊籃施工的安全穩定性，因此施工現場結合坡屋面結構形式，采用非標吊籃工況二結構形式，如圖4所示。非標吊籃設備搭設的具體做法為：在坡屋面后方打孔，利用鋼絲繩捆綁坡屋面結構和鋼方管，作為吊籃的后支撐固定體系；同時在吊籃大臂前支點處采用鋼角馬，使得吊籃鋼絲繩進行轉向，鋼絲繩通過后方坡屋面結構打孔，捆綁于坡屋面結構上，進行可靠連接。

圖4 高層作業非標吊籃工況二

2.2.3 工況三

由于施工現場部分屋面坡屋面結構與建筑原因，無法在后置坡屋面上進行打孔固定非標吊籃裝置，因此非標吊籃支撐系統在局部區域采用騎墻式非標吊籃支撐系統固定于女兒墻上，同時將主受力鋼絲繩繞過坡屋面頂，在坡屋面頂部位置設置軟性防護套，以防止主鋼絲繩由于過度摩擦而失效，并且在外立面的另一側，連接主鋼絲繩上施加配重保證支撐穩定性的結構形式。

2.2.4 工況四

針對施工現場部分采光井位置處，采用鋼支撐架非標吊籃。吊籃主鋼絲繩在80 mm方鋼管孔中穿過，捆綁在80 mm方管上，采用卡扣鎖死。支撐鋼方管架設在樓板上，同時在樓板上打φ40 mm的孔，主鋼絲繩另一端在孔中放下，懸掛施工籃筐。非標吊籃作業工況四，如圖5所示。

圖5 高層作業非標吊籃工況四

2.2.5 工況五

在施工現場雙單元中間天井位置安裝非標吊籃，非標吊籃采用80 mm×80 mm×4 mm的Q235方管內套70 mm方管，架設固定于混凝土墻上，80 mm方管兩端各采用U型壓板和2個M12的膨脹螺栓固定在混凝土墻上，通過鋼方管中部的連接裝置，將主鋼絲繩可靠連接后，懸掛施工籃筐。非標吊籃作業工況五，如圖6所示。

圖6 高層作業非標吊籃工況五

2.3 典型非標吊籃工況二計算復核

施工現場5種不同的工況中，非標吊籃工況二作為項目施工現場最不利工況，吊籃搭設條件極為苛刻。相比于其他工況，該工況需要進行詳細計算復核，保證非標吊籃體系結構的安全穩定性。

2.3.1 鋼絲繩安全系數的確定

鋼絲繩最小破斷拉力確定。選擇型號為4×31SW＋C F-8.3-2 1 6 0 的鋼絲繩，吊籃系統采用標準號為Q/320281PM02-2007的4×31SW＋CF-8.3的鋼絲繩，最小破斷拉力F＝53.00 kN。鋼絲繩滿足設計要求。

2.3.2 抗傾覆系數

在配重懸掛支架外伸距離最大，起升機構極限工作荷載工況時，穩定力矩≥3倍的傾覆力矩（即在正常工作狀態下，吊籃懸掛機構的抗傾覆力矩與傾覆力矩的比值≥3）。

2.3.3 風荷載的計算

吊籃受風面積計算：6 m吊籃平臺受風面積為1.816 m2；施工中其他物品受風面積為1 m2；施工人員的受風面積為1.4 m2，每人按照0.7 m2計算。

正常工作風荷載計算：

式中：P——吊籃所受總風荷載，kN；

C——風力系數C＝1.7×(1＋0.59)＝2.703；

p——工作時的基本計算風壓值，p＝0.125 kN/m2；

A——吊籃所受總風面積，m2。

2.3.4 鋼絲繩的選擇與計算

鋼絲繩安全系數：單作用鋼絲繩懸掛系統系數≥8；雙作用鋼絲繩懸掛系統系數≥12。其計算公式如式（2）所示。

式中：Zp——鋼絲繩安全系數；

F0——鋼絲繩最小破斷拉力，kN；

S——鋼絲繩最大工作靜拉力，kN。Zp＝8.41≥8 ，滿足要求。

2.3.5 鋼絲繩最小破斷拉力確定

吊籃系統采用的是標準號為Q/320281PM02-2007的4×31SW＋NF-8.3航空用鋼絲繩，最小破斷拉力F0＝53.00 kN。

按照端部起升機構極限工作荷載除以起升機構承受懸掛荷載鋼絲繩的數量計算：

式中：W11——起升機構極限工作荷載，取值為630 kg；

N——承受懸掛荷載鋼絲繩的數量，取值為1。

2.3.6 架設形式：騎墻式形式安裝受力計算

騎墻式非標支架是一種新型的吊籃支架，特點是沒有配重，自重輕盈，安裝簡易快捷，移位方便。圖1是其中的一種，該種支架和杠桿式標準支架相比，具有結構簡單，安裝方便，減少安裝勞動量等特點。

計算的相關數據說明如下。

吊籃荷載：300 kg上桿的負荷G為250 kg；

鋼絲繩與A桿的夾角為47o；

梁夾的高低點距離：ab＝250 mm；

A桿對梁的擠壓力：FA＝G/tan47o＝250/1.072＝233 kg＝2.33 kN；

對梁的彎矩：M＝FA·ab＝2.33×0.25＝0.58 kN·m。

非標支架材料的受力計算如下。

（1）材料強度等級：Ys＝250 MPa；

抗拉強度：Pt＝0.6Ys＝0.6×250＝150 MPa；

抗剪強度：Pq＝0.45Ys＝0.45×250＝112.5 MPa；

抗壓強度：Pb＝0.6Ys＝0.6×250＝150 MPa。

（2）桿件的截面尺寸：

A桿的截面尺寸：SA＝75×40－69×34＝654 mm2；

B桿的截面尺寸：SB＝75×40－69×34＝654 mm2；

C桿的截面尺寸：SC＝75×40－69×34＝654 mm2；

D桿的截面尺寸：SD＝50×25－44×19＝414 mm2。

（3）桿件的拉壓力計算：

A桿的壓力：FA＝G/tan47o＝250/1.072＝233 kg＝2.33 kN；

B桿的拉力：FB＝G＝250 kg＝2.5 kN；

C桿的壓力：FC＝FA＝2.33 kN；

D桿的壓力：FD＝G/sin47o＝250/0.731＝342 kg＝3.42 kN。

（4）桿件的應力計算：

PA＝FA/SA＝2 330/654＝3.56 MPa＜Pt＝150 MPa

PB＝FB/SB＝2 500/654＝3.82 MPa＜Pt＝150 MPa

經過計算，以上數據符合設計及使用要求。

2.3.7 騎墻架對女兒墻受力計算

騎墻式懸掛的抗傾覆系數K＝3，受力計算如式（4）所示。

式中：F——女兒墻至少能承受的傾覆力；

B——前支撐的高度，B＝650 mm；

A——絲桿組件到前梁的距離，A＝150 mm；

G——滿載時，平臺對騎墻架的拉力；

L——前梁伸出的長度，L＝800 mm。

帶入數值計算得到：

單個騎墻架對女兒墻的傾覆力：F/2＝2 112 kg＝20.7 kN；

女兒墻受到的壓力系數S＝3，G＝880 kg；

向下的壓力：F1≥3×880＝2 640 kg＝25.9 kN；

單個騎墻架向下的壓力：F1/2＝12.95 kN。

綜上，女兒墻至少能承受20.7 kN的傾覆力和12.95 kN向下的壓力。

3 結 語

本文基于某房屋建筑外立面維修項目采用坡屋面搭設高處作業非標吊籃的施工工況，根據施工現場復雜的實際情況，建立多種應對復雜工況下的非標吊籃施工工況模型，同時分析坡屋面非標吊籃施工的安全穩定性。通過相關計算研究與施工現場具體施工分析，提出相關高處作業坡屋面非標吊籃搭設建議，能夠為其他類似項目施工提供有效的經驗。

（1）針對高層建筑復雜坡屋面結構形式，可根據現場施工環境條件因素，結合本文相關非標吊籃搭設工況，采用不同的非標吊籃形式，以適用于特殊工況下的非標吊籃施工。

（2）吊籃的鋼結構支撐系統與吊籃主鋼絲繩的可靠連接是吊籃安全性、穩定性的重要保證，它直接關系到作業人員的生命安全，安裝時必須注意下列事項。①不準未安裝前支架而將橫梁直接擔在女兒墻或其他支撐物上。當現場確定無法安裝前支架時，必須在制造廠技術人員以及專業人員指導下，采用有效的補償措施，并通過有效計算。②當現場確實存在無法滿足安裝標準吊籃的情況，尤其采用專用加長梁的形式，必須在其技術人員指導下增加配重鐵數及補償措施。最終必須滿足橫梁的強度及剛度要求，滿足整機穩定力矩與傾覆力矩之比大于3的標準要求。