附著式電動施工平臺的工程應(yīng)用——長青大廈98米高空頂部采光棚桁架平臺設(shè)計與施工

姜傳庫 段 明 白光輝

一、工程概況及編制依據(jù)

（1）工程概況及工程施工要求

工程概況：長青大廈位于北京燕莎。本工程主體為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，5-19層為標準層，標準層層高均為3.3m，1層6.9m、2-4層4.5m、20-23層3.8m。建筑總標高均為98.1m。

施工單位：中建一局第三建筑工程公司

施工要求：建筑中央大廳從第五層一直到頂部是14.9米×21米的高空天井，有三面要做結(jié)構(gòu)柱子的貼磚裝修，另一面為墻面做浮雕裝飾，從第五層開始搭設(shè)電動施工平臺，每面兩臺機組及立柱，共搭設(shè)8臺電動施工平臺，滿足貼磚及浮雕的裝修工作。還要完成頂部采光棚的裝修工作。

（2） 編制依據(jù)

二、電動施工平臺介紹及性能指標

（1） 產(chǎn)品介紹

電動施工升降平臺是公司從西班牙引進的大型自升降式高空作業(yè)平臺。它可替代鋼、竹、木等腳手架，用于高空施工，尤其適用于幕墻、涂料、砌筑等外墻裝修。亦可用于其他高空作業(yè)，外墻翻新、幕墻清潔和維修等。

電動施工升降平臺是一種靠齒輪、齒條傳動的升降機械，有著非?？煽康碾姎夂蜋C械安全系統(tǒng)，它可隨著建筑物的升高而自行升高，平臺可根據(jù)需要而加長或縮短。施工升降平臺在安裝、使用時不用預(yù)制基礎(chǔ)，移動時只需拆除部分立柱和附墻，通過底部的輪子很方便地更換作業(yè)地點。

電動平臺結(jié)構(gòu)圖

（2） 性能指標

（3） 性能特點

①適用范圍廣，可用于各種結(jié)構(gòu)外墻裝修、翻新及清理；

②具備防外傾及良好的導向功能；

③每套提升機位安裝手動和自動啟動安全防墜裝置；

④操作方便快捷；

⑤安全可靠。

三、桁架平臺方案設(shè)計與施工

由于本工程建筑中央大廳從第五層一直到頂部是14.9米×21米的高空天井，除了有三面要做結(jié)構(gòu)柱子的貼磚裝修，另一面為墻面做浮雕裝飾以外，本工程的一個裝修難點是頂部采光棚要做裝飾工程，從第五層樓面到頂部采光棚近70米高，必須在頂部高空位置給裝修人員提供一個安全可靠的施工平臺，如果按普通的滿堂架腳手架方案，從第五層樓面，一直搭設(shè)到頂層，所需腳手架數(shù)量較大，差不多需要200多噸，并且搭設(shè)時間長，滿足不了工期要求。為了既能滿足施工進度要求，同時又能保證施工人員安全，結(jié)合電動施工平臺的自身特點，設(shè)計了以下桁架施工平臺的方案。

1、電動平臺的布置設(shè)計

根據(jù)工程平面圖，本工程共設(shè)計驅(qū)動單元8套，及采用雙柱式電動施工平臺4臺，根據(jù)施工裝修順序：先進行頂部采光棚的裝修施工，然后再進行三面貼磚，一面做浮雕的裝修施工。

（1）由于本次施工在5層以上搭設(shè)平臺，所以要在5層以下的設(shè)備層里，電動平臺相應(yīng)的基礎(chǔ)位置搭設(shè)腳手架支撐卸荷。腳手架位置及搭設(shè)方法見設(shè)備層腳手架支撐平面布置圖。

設(shè)備層腳手架支撐平面布置圖

（2）在第5層放置施工平臺底座調(diào)整好水平度，施工平臺底座放置的位置按設(shè)計要求要在設(shè)備所搭設(shè)腳手架位置的上方。平臺距施工墻面距離為安全距離300MM。施工平臺位置見電動施工平面布置圖，為了便于頂部采光棚裝修，需要在電動施工平臺上搭設(shè)一供人員操作的桁架施工平臺。

2、立面設(shè)計

本結(jié)構(gòu)總標高為98.1m。平臺立柱距支撐底座4M開始附著附墻桿，以后每兩層進行一次附著。

施工平臺安裝流程：

電動升降平臺施工平面布置圖

由于電動施工平臺可能會向外傾覆，所以必須及時安裝附墻件。附墻在立柱上安裝附墻框，通過膨脹螺栓將附墻桿固定在結(jié)構(gòu)上，再用直角扣件將附墻桿和附墻框固定。

附墻件：

扭矩值：

3、桁架平臺的設(shè)計

電動平臺安裝完成后，將平臺下降至第五層樓面，開始組裝桁架平臺，利用在已搭設(shè)的電動施工平臺，在21米長方向的4臺機組的平臺三角梁上，用Φ48鋼管搭設(shè)1米高的桁架平臺，搭設(shè)完成后通過電動施工平臺將Φ48鋼管搭設(shè)的桁架平臺按要求逐步提升至頂部，每邊用6根共12根鋼絲繩將桁架平臺固定卸荷，鋼絲繩固定在頂部環(huán)梁上，然后再在桁架平臺上用Φ48鋼管及鋼管扣件搭設(shè)上部操作平臺，施工人員在操作平臺上完成頂部采光棚的裝修施工。桁架平臺具體設(shè)計方案如下：

（1）桁架平臺的方案設(shè)計：桁架平臺設(shè)計分主梁次梁，主梁用Φ48鋼管及Φ22螺紋鋼焊接成，見主梁設(shè)計圖，主梁與電動施工平臺三角梁通過焊接兩個角鋼，卡在平臺三角梁上，焊接位置留有50mm間隙，既起到限位作用又留有一定調(diào)節(jié)量 （見節(jié)點大樣圖B）。

主梁桁架設(shè)計圖

主梁設(shè)計圖

所有焊接部位要求滿焊，主梁鋼管對接時，內(nèi)部加Φ38×800MM內(nèi)芯管焊接接頭處下部焊接Φ22×400MM螺紋鋼，主梁間距1.5米左右，共設(shè)置12根主梁，主梁高度1米。每片主梁理論重量335Kg（鋼管壁厚按3.5mm計算），主梁共重：4020Kg，次梁用Φ48鋼管通過鋼管扣件與主梁搭設(shè)成一體形成一個桁架平臺，次梁長度方向鋼管搭接用不少于4個扣件連接，次梁的上下鋼管之間用48鋼管焊接，次梁間距每1.8米一片，共六片，每片次梁約重320Kg，次梁共重：1920Kg，短斜桿及密目安全網(wǎng)重量約200Kg，整個桁架平臺計算理論重量是6140Kg，兩側(cè)雙柱電動平臺允許荷載是7200Kg，滿足電動平臺荷載要求。 （雙柱電動平臺允許荷載是36KN，見電動平臺技術(shù)參數(shù)）

桁架施工平臺搭設(shè)完成后，在其下部必須搭設(shè)密目安全網(wǎng)。

（2）桁架平臺在五層樓面搭設(shè)完成以后，要求做靜載實驗：按設(shè)計要求，荷載應(yīng)該不小于100Kg/m2具體靜載實驗方法及實驗結(jié)果：在桁架平臺的中心位置（此位置是桁架平臺受力最不利的位置）用腳手板搭設(shè)，在18平米見方的面積上放置2000Kg的水泥袋，局部架體最大變形量不到20mm，整體桁架平臺無變形。

（3）靜載實驗完成后，要進行提升實驗，進行提升時，現(xiàn)場嚴禁無關(guān)人員在平臺底部及平臺上，只有兩名操作人員分別在兩側(cè)電動平臺架上操作控制箱進行提升，要求兩名操作人員系好安全繩，安全繩必須與建筑結(jié)構(gòu)牢固連接。

桁架平臺提升的同步控制方法：①同一側(cè)的兩臺機組設(shè)備本身有同步調(diào)平裝置，通過電機的行程開關(guān)來保證同一側(cè)的兩臺機組同步提升，如果同一側(cè)的兩邊電機高低差大于100mm，高邊的電機會自動停止，待低邊的電機上升到位后再提升。②兩側(cè)對面的平臺通過設(shè)置調(diào)平水管的方法，通過操作人員的觀察來調(diào)節(jié)提升時同步性，具體方法是：在每側(cè)電動平臺上，設(shè)置一根注滿水的U型透明水管，U型水管兩邊做好刻度標記 （桁架調(diào)平水管設(shè)置方案圖），操作人員在提升時觀察U型水管兩邊做好的刻度標記，當水面超過刻度值時，操作人員及時調(diào)整。

桁架調(diào)平水管設(shè)置方案圖

（4）桁架平臺正式提升前，要在一個層高的范圍內(nèi)上下進行提升實驗，提升實驗完成后，必須檢查桁架主梁與電動平臺三角梁連接處有無變形情況，檢查主梁次梁有無變形情況，檢查電動平臺三角梁與立柱導向是否正常，檢查電機是否過熱 （判斷是否超負荷運轉(zhuǎn)）。如果以上檢查均正常視為提升實驗合格。

（5）桁架平臺提升實驗合格后方可正式進行提升，現(xiàn)場提升過程中要有現(xiàn)場指揮、安全主管、技術(shù)主管等主要負責人在現(xiàn)場監(jiān)督，若出現(xiàn)異常情況應(yīng)馬上停止提升，確認問題解決后，方可繼續(xù)提升。

（6）桁架平臺提升至指定的位置后，應(yīng)馬上用斜拉鋼絲繩將桁架平臺進行固定卸荷，保證每根鋼絲繩拉緊受力，斜拉鋼絲繩穿過上部環(huán)梁，鋼絲繩錨固方法見具體大樣圖。

桁架平臺通過左右兩套電動平臺同步望上提升

桁架平臺提升至指定的位置后，用鋼絲繩拉結(jié)卸荷

鋼絲繩錨固節(jié)點圖

（7）桁架平臺提升到位后，通過鋼管將桁架平臺與結(jié)構(gòu)柱子進行拉接固定，然后再在桁架平臺上搭設(shè)人員上部操作平臺。

（8）上部操作平臺的搭設(shè)要求：操作平臺用Φ48鋼管及鋼管扣件搭設(shè)，立桿間距不大于1.5米，立桿必須與主梁上下兩根鋼管扣接，橫桿步距不大于1.5米，同時按照扣件式鋼管腳手架規(guī)范要求搭設(shè)剪刀撐。操作面鋪設(shè)腳手板。

（9）操作人員及施工荷載要求：上部操作平臺只允許施工人員進入，施工人員進入操作平臺時要求系好安全繩，安全繩固定好后方可進行裝修工作，操作平臺上不得放置施工材料等其它重物，要求操作平臺上施工荷載不得大于100Kg/m2

（10）桁架平臺的拆除方法：頂部采光棚的裝修工程完成后，先將上部操作平臺架子拆除，然后解除桁架平臺與柱子的固定約束，拆除斜拉鋼絲繩，檢查桁架平臺與周圍建筑無約束后，按照以上桁架平臺提升的要求將桁架平臺逐步下降至第五層樓面上。

（11）在第五層樓面上拆除桁架平臺，然后用電動施工平臺準備進行三面柱子貼磚及一面墻面浮雕的裝飾工程。

四、工程材料表

工程名稱：北京長青大廈附著式電動施工平臺

五、桁架平臺計算書 （略）

六、架體受力驗算

1.非施工狀態(tài)下

該操作平臺如上圖所示，它是采用鋼管和鋼管扣件組合而成的一個桁架結(jié)構(gòu) （主梁為焊接，次梁搭接），在非施工狀態(tài)下，取一片主梁進行驗算，受力簡圖如下：

F和q計算如下：

主梁鋪設(shè)間距為1.5m，共12排，次梁鋪設(shè)間距為1.6m，共8排。

腳手板重量按0.35KN/m2，Φ48×3.5鋼管自重取0.0384KN/m。

（1）次梁和立桿自重

主梁鋪設(shè)的間距為1.5m，其上承受了次梁和立桿的自重，立桿長度5.0m，所以：

F1＝ (1.5m×2根＋5.0m×1根)×0.0384KN/m＝0.3KN

（2）鋼管扣件自重

每個點4個直角扣件、2個旋轉(zhuǎn)扣件，所以有：

F2＝4×0.0132＋2×0.0146＝0.082

所以作用于每個節(jié)點的集中荷載為：

F＝F1＋F2＝0.38KN

（3） 主梁自重

主梁斜支撐桿采用的是Φ22螺紋鋼，焊接在上下弦桿上，自重為0.029KN/m，長度取2.1m，共9根，主梁上下弦桿采用的是Φ48鋼管，焊接重量取0.18KN，即：

(14.4×2×0.0384)+(2.1×9×0.029)+0.18＝1.83KN

轉(zhuǎn)換成線荷載q＝1.83/14.4=0.13KN/m

桁架內(nèi)力計算：

由以上受力簡圖和F值可求得該桁架的節(jié)點受力圖為:

桁架各桿件所受的軸力圖為：

由上圖可知，上弦桿所受的最大壓力為Nmax=8.37KN，以此作為驗算對象，該上弦桿采用的是Φ48×3.2鋼管，Φ48×3.2鋼管截面特性如下：

A=4.5cm2， ix=15.87mm

a.長細比計算：

b.桿身穩(wěn)定計算：

所以該壓桿穩(wěn)定性滿足要求！

桁架撓度計算：

把該主梁簡化為簡支梁，如下圖所示：

該主梁截面如右圖所示：

對Φ48×3.2鋼管，

A＝4.5cm2，對于該組合截面：慣性 距 I＝ (11.35＋4.5×402) ×2＝14422.7cm4

a）在均布荷載q作用下?lián)隙扔嬎悖?/p>

b)在集中力F作用下?lián)隙扔嬎悖?/p>

集中力F均分為9跨，即n＝9，所以：

總的撓度為： 2.45＋3.5＝6mm＜l/500＝28mm

滿足要求！

2.施工狀態(tài)下

桁架架體在施工狀態(tài)下，通過12道斜拉鋼絲繩卸荷到結(jié)構(gòu)上，鋼絲繩采用環(huán)抱結(jié)構(gòu)梁的方法進行錨固，此時桁架架體兩端脫離電動施工平臺橫梁，完全由12道斜拉鋼絲繩進行卸荷。

（1）鋼絲繩驗算

鋼絲繩拉結(jié)如下圖所示：

受力簡圖為：

使用工況下，在桁架平臺上搭設(shè)了上層工人操作平臺，該操作平臺由鋼管扣件搭設(shè)，立桿上加了4道橫桿和縱桿，這些荷載通過立桿傳遞到主梁上，施工活荷載取1KN/m2，荷載統(tǒng)計如下：

后搭鋼管架自重： (11.5m×12＋16.6m×8)×4×0.0384＝41.6KN

施工活荷載： 11.5×16.6×1＝190.9KN

腳手板自重： 11.5×16.6×0.35＝66.8KN

由前面統(tǒng)計可知桁架平臺自重為：60KN

所以每根鋼絲繩承受的豎向荷載為：

(41.6+190.9+66.8+60)/12＝29.9KN

鋼絲繩與大橫桿之間的夾角為60°，所以鋼絲繩所受的拉力為：

F拉＝29.9/sin60°＝34.5KN

選Φ15.5、 6×19， 公稱抗拉強度=1961N/mm2的鋼絲繩進行卸荷，該鋼絲繩的鋼破斷拉力為175KN，在實際施工過程中，每根鋼絲繩纏2道進行卸荷，即每道鋼絲繩為雙倍破斷力，即350KN。

為了安全考慮，乘于8倍的安全系數(shù)，即8×F拉＝276KN＜350KN

所以所選鋼絲繩的破斷拉力滿足要求。

（2）桁架平臺主梁驗算

由于在施工狀態(tài)下，桁架平臺卸荷到12根鋼絲繩上，此時桁架架體兩端脫離電動施工平臺橫梁，完全由12根鋼絲繩承擔架體的荷載，取一片桁架進行計算，受力簡圖如下所示：

在施工狀態(tài)下的荷載統(tǒng)計如下：

施工活荷載： 11.5×16.6×1＝190.9KN

腳手板自重： 11.5×16.6×0.35＝66.8KN

立桿上加了4道橫桿和縱桿，這些荷載通過立桿傳遞到主梁上，后加鋼管架自重：

(11.5m×12＋16.6m×8) ×4×0.0384＝41.6KN

共有12×8＝96個節(jié)點承受這些荷載，每個節(jié)點為(190.9＋66.8＋41.6)/96＝3.1KN。

加上架體次梁、立桿、鋼管扣件自重荷載后，集中力F＝0.3＋3.1＝3.4KN

均布荷載q＝0.13KN/m

通過計算可得架體內(nèi)力圖為：

節(jié)點受力圖

各桿件的軸力圖

由上圖可知上弦桿受軸向壓力最大值為Nmax＝9.68KN，立桿所受軸向壓力最大值為Nmax＝11.66KN，斜桿所受壓力值最大為Nmax＝8.07KN，它們都為受壓桿，分別以它們作為驗算對象，驗算其穩(wěn)定性。

①上弦桿：

采用的是Φ48×3.2鋼管，Φ48×3.2鋼管截面特性如下：

b.桿身穩(wěn)定計算：

滿足要求！

②立桿：

采用的是Φ48×3.2鋼管，Φ48×3.2鋼管截面特性如下：

A=4.5cm2， ix=15.87mm

a.長細比計算：

b.桿身穩(wěn)定計算：

滿足要求！

③斜桿：

采用的是Φ22圓鋼，Φ22圓鋼截面特性如下：

A=3.8cm2， ix=0.55cm

a.長細比計算：

有效受壓長度取1200mm

b.桿身穩(wěn)定計算：

滿足要求！

④頂板強度驗算

斜拉鋼絲繩卸荷到頂板結(jié)構(gòu)上，其豎向拉力對頂板有彎矩的作用，現(xiàn)對其強度驗算如下：

a.計算單元

頂板可看成是一塊懸挑板，取寬度1m的板帶作為計算單元。

b.荷載計算

懸挑板厚度0.2m，寬度1.2m，混凝土重度qk=25KN/m3。

懸挑板自重：

q1=γ0qkbh=1.2×25× （1×0.2） ＝6KN/m

鋼絲繩豎向拉力：

F=29.9KN

c.受力簡圖及彎矩計算

彎矩計算：

計算懸挑板B點處的彎矩值：

由懸挑板自重產(chǎn)生的彎矩：M1=6×1.22×0.5=4.32KN·m

由斜拉鋼絲繩豎向拉力產(chǎn)生的彎矩：

M2=29.9×1.2=35.8KN·m

所以挑板B點處的彎矩值：

M=M1+M2=4.32+35.8=40.2KN·m

d.懸挑板所能承受的極限彎矩Mu

由結(jié)構(gòu)圖查得，板厚度200mm，板混凝土強度等級按照C30進行驗算，板配筋直徑為14mm，間距為200mm的三級鋼筋。查混凝土結(jié)構(gòu)計算手冊得；fcm=14.3N/mm2，fy=360N/mm2

頂板結(jié)構(gòu)強度滿足要求。

（4）樓板承載能力驗算

由于在使用工況下，桁架平臺已經(jīng)完全卸荷到結(jié)構(gòu)上，所以在非施工狀態(tài)下，當桁架基礎(chǔ)平臺搭設(shè)完畢時，對樓板的承載最為不利，此時樓板承受電動施工平臺自重和桁架基礎(chǔ)平臺的自重，以此作為驗算對象。

①荷載統(tǒng)計：

立柱每節(jié)自重：49.8Kg，共58節(jié)，總重G1=49.8×58=2888.4Kg=28.9kN

驅(qū)動器底座：580KG=5.8KN

橫梁：1.5m橫梁共6節(jié)，每節(jié)重量1.67KN，1.0m橫梁共6節(jié)，每節(jié)1.18KN

總重： (1.67×6＋1.18×6)/2＝8.55KN

桁架基礎(chǔ)平臺自重：60KN，共由4個機位承擔

所以每個機位處樓板所承受的荷載為：28.9＋5.8＋8.55＋ (60/4)＝58.25KN

②樓板承載能力驗算：

作用到樓板的荷載為：58.25KN/10m2＝5.8KN/m2

樓板底部搭設(shè)碗扣架進行支撐，并且機位下部有梁支撐，所以共有2層樓板+梁來承受這些荷載，樓板滿足承載要求。

六、結(jié)束語

本工程利用我公司生產(chǎn)的附著式電動施工平臺自身特點，創(chuàng)造性的設(shè)計了與之配套的桁架平臺，非常好的解決了本工程裝修工作的一個施工難點--中央大廳高空頂部裝修施工，對于同類的高大空間的施工，與傳統(tǒng)的腳手架搭設(shè)支撐施工方法相比，具有省工快速，同時又安全可靠的施工優(yōu)勢，具有較好的推廣價值。