智能附著升降腳手架施工技術(shù)研究

張哲文，羅勇，宋滿榮

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

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)水平的快速提升，城市化進(jìn)程不斷加快，城市人口也迅速膨脹，為滿足城市發(fā)展需求，現(xiàn)代意義上的高層建筑逐漸開始普及。高層建筑的出現(xiàn)也帶動施工技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，腳手架就是技術(shù)進(jìn)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(yè)安全和施工的順利開展，其發(fā)展主要經(jīng)歷三個(gè)階段，第一階段是傳統(tǒng)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(tǒng)的鋼管腳手架具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、防護(hù)性好、施工效率高等優(yōu)勢，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸應(yīng)用于在工程建設(shè)領(lǐng)域之中，性能更加完善的智能附著升降腳手架開始出現(xiàn)。

2 工程概況

中鐵四局集團(tuán)有限公司承建的鄭州航空港河?xùn)|四棚戶區(qū)一標(biāo)項(xiàng)目位于鄭州市航空港區(qū)三官廟鄉(xiāng)教場袁村附近，距新鄭國際機(jī)場約10km，總建筑面積82.95萬m2，包含1#～5#五個(gè)獨(dú)立地塊。項(xiàng)目主要由27棟高層住宅樓組成，樓棟總層數(shù)為22～28層不等，結(jié)構(gòu)單體樓層高度均為2.8m，地基采用粘結(jié)性較好的CFG樁復(fù)合地基，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為筏板基礎(chǔ)，主體結(jié)構(gòu)則為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。本工程對標(biāo)準(zhǔn)化施工要求較高，且樓棟外立面沿垂直方向較為統(tǒng)一，適宜采用智能附著升降腳手架開展施工作業(yè)。

3 技術(shù)特點(diǎn)

①智能附著升降腳手架引入實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，有效預(yù)防架體升降或正常作業(yè)過程中因超載或失載而產(chǎn)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(yù)制化生產(chǎn)，其系統(tǒng)以及構(gòu)件分為若干模塊，現(xiàn)場將所有模塊組裝成一個(gè)整體，施工結(jié)束可再拆分為各個(gè)模塊，安裝拆除簡單快捷，實(shí)現(xiàn)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(hù)，用沖壓鋼板網(wǎng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)密目網(wǎng)，用型鋼代替鋼管，架體防護(hù)嚴(yán)密，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗沖擊能力強(qiáng)。

④智能附著升降腳手架可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定同步升降，克服傳統(tǒng)腳手架搭建復(fù)雜、鋼材使用量大等缺陷，不僅節(jié)約成本，還能提高施工效率。

4 施工工藝及操作要點(diǎn)

4.1 機(jī)位設(shè)計(jì)及施工設(shè)備協(xié)調(diào)

4.1.1 機(jī)位設(shè)計(jì)

智能附著升降腳手架平面布置需考慮經(jīng)濟(jì)性與安全性的統(tǒng)一，設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)現(xiàn)有圖紙的標(biāo)高，可結(jié)合BIM技術(shù)建模，在整合建筑預(yù)埋管線的同時(shí)確定外墻預(yù)留洞口位置。為保證流水施工的順利進(jìn)行，需將整個(gè)架體進(jìn)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(yīng)。不僅如此，架體分片也需要考慮工作量的平衡，即每個(gè)分片架體設(shè)置的機(jī)位數(shù)量基本保持一致，防止某一分段出現(xiàn)機(jī)位數(shù)量過多或者過少現(xiàn)象，影響架體提升穩(wěn)定性。

4.1.2 施工設(shè)備協(xié)調(diào)

機(jī)位設(shè)計(jì)前要依據(jù)主樓工程結(jié)構(gòu)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(gòu)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(zhuǎn)角連接角鋼進(jìn)行固定，當(dāng)架體上升時(shí)，塔吊附墻桿件會對龍骨板產(chǎn)生干擾，此時(shí)可松開角鋼一側(cè)的連接螺栓，將可活動的龍骨板整個(gè)抬起，當(dāng)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(shè)備沖突，電梯導(dǎo)軌會低于架體一層，當(dāng)架體到頂后，拆除部分架體使施工電梯通頂。轉(zhuǎn)料平臺設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意荷載傳遞，在架體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，平臺需將材料荷載直接傳遞到主體結(jié)構(gòu)而避免爬架承力，在架體提升時(shí)，平臺能脫離主體結(jié)構(gòu)和架體共同提升。

4.2 臨時(shí)支撐平臺搭建

根據(jù)高層建筑智能附著升降腳手架的設(shè)計(jì)要求，架體的組裝應(yīng)從第二層（標(biāo)準(zhǔn)層）就開始，為確保架體安裝穩(wěn)定，需要在架體底部設(shè)置臨時(shí)支撐平臺，可根據(jù)架體規(guī)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(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)主體工程施工至標(biāo)準(zhǔn)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(shí)需承擔(dān)部分架體荷載，因此要放置在堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)上，為提高平臺穩(wěn)定性，還應(yīng)設(shè)置連墻桿與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)。

圖1 臨時(shí)外雙排腳手架搭設(shè)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(jié)點(diǎn)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(shí)還得用斜桿將豎龍骨與龍骨板進(jìn)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(xù)組裝第二層的龍骨板，再安裝剛性構(gòu)件和下承重梁，如圖4所示。最后是安裝沖壓鋼板防護(hù)網(wǎng)，如圖5所示。

圖4 剛性構(gòu)件、下承重梁安裝示意圖

圖5 沖壓鋼板網(wǎng)安裝示意圖

4.4 附著支撐及升降系統(tǒng)安裝

附著支撐及升降系統(tǒng)主要由附墻支座、荷載控制器、動力裝置、防傾覆附著導(dǎo)軌、導(dǎo)輪等構(gòu)件組成。附墻支座分為兩種，一種用于導(dǎo)向防墜，一種用于提升架體，安裝前需對建筑物預(yù)埋處混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，確定強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，方可安裝。支座采用穿墻螺桿與主體結(jié)構(gòu)固定，其中心線應(yīng)與架體導(dǎo)軌及預(yù)埋孔洞的中心線保持一致，水平偏差應(yīng)控制在30mm以內(nèi)，安裝時(shí)應(yīng)對附墻支座進(jìn)行調(diào)平并確保與導(dǎo)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(huán)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(dǎo)軌通常設(shè)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(dǎo)軌的連接板與主框架上的連接板相連。導(dǎo)輪與用于導(dǎo)向的附墻支座共同組裝成架體導(dǎo)向構(gòu)件，再通過穿墻螺栓將導(dǎo)向構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)相連。架體升降過程中，導(dǎo)軌與架體平臺共同沿導(dǎo)輪滑動，實(shí)現(xiàn)對架體的導(dǎo)向控制和防傾覆效果，整個(gè)系統(tǒng)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(zhuǎn)傳至建筑主體結(jié)構(gòu)。

4.5 智能控制系統(tǒng)

附著升降腳手架智能控制系統(tǒng)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(jī)控制界面如圖6、圖7所示。控制系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)做上位機(jī)，即發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，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(jiān)測系統(tǒng)，通過通訊電纜將計(jì)算機(jī)以及各個(gè)控制柜連接成整體，保證上位機(jī)能夠?qū)ο到y(tǒng)中各分控的荷載開展全流程的監(jiān)測及控制。

圖6 主、分控箱示意圖

圖7 微機(jī)控制界面

整套系統(tǒng)可以開展25路信號的監(jiān)測工作，計(jì)算機(jī)對各通道傳輸回來的標(biāo)定數(shù)值進(jìn)行動態(tài)顯示及實(shí)時(shí)儲存，施工過程中，當(dāng)一路或者多路通道荷載達(dá)到報(bào)警閥值時(shí)，系統(tǒng)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(tǒng)立即停止運(yùn)行并開啟報(bào)警，根據(jù)不同的故障工況，還將采取不同的報(bào)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(yùn)行的準(zhǔn)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(xié)作運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)層主體結(jié)構(gòu)工程施工時(shí)，在建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)架體依靠附墻支座的上下相對運(yùn)動。控制裝置在架體提升過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)觸電、振動、過載以及變形量預(yù)警，控制系統(tǒng)立即介入，主控機(jī)繼電器輸出開關(guān)信號切斷主控回路，爬升過程立即停止。防墜落支頂裝置設(shè)計(jì)為簡單可靠的擺針式結(jié)構(gòu)，當(dāng)架體提升時(shí)，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(dǎo)軌，并自然搭接在軌道橫桿上，因此不會影響架體的提升。當(dāng)架體上升過程發(fā)生意外而下墜時(shí)，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(jié)構(gòu)，使得架體最終停止墜落。

架體的防墜裝置與提升裝置應(yīng)采用不同附墻支座分開設(shè)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(jié)構(gòu)，這樣做的目的是當(dāng)一個(gè)裝置功能突然發(fā)生故障時(shí)，其他裝置的功能仍可正常發(fā)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(yù)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(dāng)塔吊勾住吊具后，再對吊掛鋼絲繩進(jìn)行預(yù)警，為防止架體在拆除后出現(xiàn)搖擺晃動，待塔吊預(yù)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(fù)以上工作直至所有單元拆除完畢。

5 結(jié)語

項(xiàng)目實(shí)施過程中采用的智能附著升降腳手架克服傳統(tǒng)升降腳手架存在的安裝復(fù)雜、升降不穩(wěn)定，無法同步升降、缺乏預(yù)警系統(tǒng)等問題，不僅可以保證工程質(zhì)量和施工進(jìn)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(shù)在該項(xiàng)目的成功應(yīng)用對提高我國高層建筑施工技術(shù)水平，增加國家在相關(guān)建設(shè)領(lǐng)域的技術(shù)儲備，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。