非標(biāo)吊籃在坡屋面建筑外墻裝修施工中的應(yīng)用技術(shù)研究

師敏之 [上海市浦東新區(qū)建設(shè)（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(yè)的飛速發(fā)展，新修高層建筑頂層結(jié)構(gòu)逐漸多樣化，設(shè)計為防水考慮，頂層大多采用坡屋面的建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)外墻裝修工程的維修施工，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)吊籃已經(jīng)不能滿足施工工況的需求，施工現(xiàn)場必須在坡屋面上，或者在女兒墻與坡屋面結(jié)構(gòu)狹小的間隙中搭設(shè)施工使用的非標(biāo)吊籃，而目前國內(nèi)針對高處作業(yè)非標(biāo)吊籃在坡屋面建筑外墻裝修施工中的應(yīng)用研究還非常少見。

國內(nèi)相關(guān)學(xué)者針對非標(biāo)吊籃在坡屋面等復(fù)雜工況下的施工技術(shù)分析問題已經(jīng)做了相關(guān)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(shè)高處作業(yè)非標(biāo)吊籃的施工工況，具體根據(jù)施工現(xiàn)場復(fù)雜的實際情況，建立多種應(yīng)對復(fù)雜工況下的非標(biāo)吊籃施工工況模型，同時分析坡屋面非標(biāo)吊籃施工的安全穩(wěn)定性，通過研究分析，提出相關(guān)建議，以期為其他類似坡屋面高處作業(yè)非標(biāo)吊籃項目施工提供有效的經(jīng)驗。

1 非標(biāo)吊籃

高處作業(yè)吊籃是利用在建筑物頂層屋面平臺上架設(shè)吊籃支撐鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，采用鋼絲繩將吊籃平臺與支撐鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)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(yè)非標(biāo)吊籃是指在制造和設(shè)計方面與國家現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不一致的吊籃。如圖1所示，為非標(biāo)吊籃支撐鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)形式之一，主要是吊籃支撐鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)吊籃在結(jié)構(gòu)形式上有明顯差別。吊籃支撐鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)就是通過架設(shè)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(fēng)荷載的作用，因此保證吊籃支撐鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的牢固性和穩(wěn)定性是使用非標(biāo)準(zhǔn)吊籃的關(guān)鍵所在。

圖1 高處作業(yè)非標(biāo)吊籃典型架設(shè)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(jié)構(gòu)為坡屋面加女兒墻外圍護結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)施工現(xiàn)場復(fù)雜工況，標(biāo)準(zhǔn)吊籃無法布設(shè)，故采用非標(biāo)吊籃進行施工作業(yè)。屋頂結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 高層坡屋面立面結(jié)構(gòu)形式

2.2 非標(biāo)吊籃工況

根據(jù)施工現(xiàn)場的復(fù)雜工況，項目部在收集相關(guān)資料后，與專業(yè)吊籃施工單位和相關(guān)專家進行會議商討后，根據(jù)5種施工現(xiàn)場不同的施工位置工況，制訂了相應(yīng)的非標(biāo)吊籃搭設(shè)方案。

2.2.1 工況一

由于施工現(xiàn)場局部女兒墻高度較高，遠遠大于標(biāo)準(zhǔn)吊籃后支撐搭設(shè)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(jié)構(gòu)形式，進行非標(biāo)吊籃的搭設(shè)。具體如圖3所示。

圖3 高層作業(yè)非標(biāo)吊籃工況一

2.2.2 工況二

根據(jù)屋面頂層結(jié)構(gòu)中，坡屋面與女兒墻之間的間隙過近，標(biāo)準(zhǔn)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(wěn)定可靠的受力，才能保證整體吊籃施工的安全穩(wěn)定性，因此施工現(xiàn)場結(jié)合坡屋面結(jié)構(gòu)形式，采用非標(biāo)吊籃工況二結(jié)構(gòu)形式，如圖4所示。非標(biāo)吊籃設(shè)備搭設(shè)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)向，鋼絲繩通過后方坡屋面結(jié)構(gòu)打孔，捆綁于坡屋面結(jié)構(gòu)上，進行可靠連接。

圖4 高層作業(yè)非標(biāo)吊籃工況二

2.2.3 工況三

由于施工現(xiàn)場部分屋面坡屋面結(jié)構(gòu)與建筑原因，無法在后置坡屋面上進行打孔固定非標(biāo)吊籃裝置，因此非標(biāo)吊籃支撐系統(tǒng)在局部區(qū)域采用騎墻式非標(biāo)吊籃支撐系統(tǒng)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(shè)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(cè)，連接主鋼絲繩上施加配重保證支撐穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)形式。

2.2.4 工況四

針對施工現(xiàn)場部分采光井位置處，采用鋼支撐架非標(biāo)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(shè)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(biāo)吊籃作業(yè)工況四，如圖5所示。

圖5 高層作業(yè)非標(biāo)吊籃工況四

2.2.5 工況五

在施工現(xiàn)場雙單元中間天井位置安裝非標(biāo)吊籃，非標(biāo)吊籃采用80 mm×80 mm×4 mm的Q235方管內(nèi)套70 mm方管，架設(shè)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(biāo)吊籃作業(yè)工況五，如圖6所示。

圖6 高層作業(yè)非標(biāo)吊籃工況五

2.3 典型非標(biāo)吊籃工況二計算復(fù)核

施工現(xiàn)場5種不同的工況中，非標(biāo)吊籃工況二作為項目施工現(xiàn)場最不利工況，吊籃搭設(shè)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(fù)核，保證非標(biāo)吊籃體系結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。

2.3.1 鋼絲繩安全系數(shù)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(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計要求。

2.3.2 抗傾覆系數(shù)

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

2.3.3 風(fēng)荷載的計算

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

正常工作風(fēng)荷載計算：

式中：P——吊籃所受總風(fēng)荷載，kN；

C——風(fēng)力系數(shù)C＝1.7×(1＋0.59)＝2.703；

p——工作時的基本計算風(fēng)壓值，p＝0.125 kN/m2；

A——吊籃所受總風(fēng)面積，m2。

2.3.4 鋼絲繩的選擇與計算

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

式中：Zp——鋼絲繩安全系數(shù)；

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(tǒng)采用的是標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)極限工作荷載除以起升機構(gòu)承受懸掛荷載鋼絲繩的數(shù)量計算：

式中：W11——起升機構(gòu)極限工作荷載，取值為630 kg；

N——承受懸掛荷載鋼絲繩的數(shù)量，取值為1。

2.3.6 架設(shè)形式：騎墻式形式安裝受力計算

騎墻式非標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)支架相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，減少安裝勞動量等特點。

計算的相關(guān)數(shù)據(jù)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(biāo)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(yīng)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(jīng)過計算，以上數(shù)據(jù)符合設(shè)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(shù)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(shù)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(shù)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(jié) 語

本文基于某房屋建筑外立面維修項目采用坡屋面搭設(shè)高處作業(yè)非標(biāo)吊籃的施工工況，根據(jù)施工現(xiàn)場復(fù)雜的實際情況，建立多種應(yīng)對復(fù)雜工況下的非標(biāo)吊籃施工工況模型，同時分析坡屋面非標(biāo)吊籃施工的安全穩(wěn)定性。通過相關(guān)計算研究與施工現(xiàn)場具體施工分析，提出相關(guān)高處作業(yè)坡屋面非標(biāo)吊籃搭設(shè)建議，能夠為其他類似項目施工提供有效的經(jīng)驗。

（1）針對高層建筑復(fù)雜坡屋面結(jié)構(gòu)形式，可根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境條件因素，結(jié)合本文相關(guān)非標(biāo)吊籃搭設(shè)工況，采用不同的非標(biāo)吊籃形式，以適用于特殊工況下的非標(biāo)吊籃施工。

（2）吊籃的鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)與吊籃主鋼絲繩的可靠連接是吊籃安全性、穩(wěn)定性的重要保證，它直接關(guān)系到作業(yè)人員的生命安全，安裝時必須注意下列事項。①不準(zhǔn)未安裝前支架而將橫梁直接擔(dān)在女兒墻或其他支撐物上。當(dāng)現(xiàn)場確定無法安裝前支架時，必須在制造廠技術(shù)人員以及專業(yè)人員指導(dǎo)下，采用有效的補償措施，并通過有效計算。②當(dāng)現(xiàn)場確實存在無法滿足安裝標(biāo)準(zhǔn)吊籃的情況，尤其采用專用加長梁的形式，必須在其技術(shù)人員指導(dǎo)下增加配重鐵數(shù)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(wěn)定力矩與傾覆力矩之比大于3的標(biāo)準(zhǔn)要求。