用于裝配式建筑施工的導架升降式雙層作業(yè)平臺

摘要：介紹一種專用于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造的新型導架升降式雙層作業(yè)平臺，重點闡述了平臺的高承載力升降動力系統(tǒng)、可模塊化拼裝的操作平臺系統(tǒng)、三肢式附墻裝置、低速重載安全防墜器和彈入式齒條鎖定裝置等關(guān)鍵部件的選型與設(shè)計，為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造專用裝備的應用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；結(jié)構(gòu)施工；升降平臺；設(shè)計分析

在我國加快推進建筑工業(yè)化的重點戰(zhàn)略驅(qū)動下，新型裝配式建筑得到快速發(fā)展，國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》更是明確了裝配式建筑占新建建筑面積的比例須達到30%的具體目標。與其相輔，工業(yè)化建造技術(shù)開始不斷轉(zhuǎn)型升級，越來越多的新型裝備技術(shù)得以應用。近些年來，工程技術(shù)人員又嘗試將導架升降式施工平臺用于裝配式建筑主體結(jié)構(gòu)施工過程中，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼管扣件腳手架以及整體提升腳手架等施工設(shè)備[1]。

導架升降式施工平臺作為一種高空作業(yè)裝備技術(shù)已在國內(nèi)眾多建（構(gòu)）筑物施工項目中，尤其是墻面裝飾裝修及維護工程項目，得以成功應用，其所具有的搭設(shè)時間短、人工成本低、材料傳送方便等諸多優(yōu)勢，顯著提高了工效。但導架升降式施工平臺的結(jié)構(gòu)形式一般是由若干標準規(guī)格的三角形框架或矩形框架組成的單層平臺[2]，顯然無法滿足裝配式建筑主體結(jié)構(gòu)施工時結(jié)構(gòu)層外立面圍護高度的要求。為此，也有工程采用在傳統(tǒng)三角桁架上部增設(shè)或者下部懸掛型鋼架體的措施，以額外設(shè)置一層或多層施工平臺來增加平臺的圍護和作業(yè)高度。但附加的施工平臺增加了平臺自重，在動力機位不變的情況下，在一定程度上限制了平臺的承載能力，從而在建筑主體結(jié)構(gòu)的預制構(gòu)件姿態(tài)調(diào)整、鋼筋整理及綁扎、澆筑等工作時，難以達到高效施工要求。

因此，針對裝配式建筑的主體結(jié)構(gòu)施工所提出的外立面空間立體化、外圍護全封閉、整體提升能力重載、導架標準節(jié)高懸臂等需求[3]，我們研究設(shè)計了一種新型導架升降式雙層作業(yè)平臺（圖1），其主要參數(shù)為：每層額定載重20 kN，最大施工高度100 m，操作平臺長度13.2 m，操作平臺主體寬度1.2 m，操作平臺總高度5.1 m，升降速度7.6 m/min。

圖1 導架升降式雙層作業(yè)平臺示意

1 導架升降式雙層作業(yè)平臺的升降動力系統(tǒng)

考慮到主體結(jié)構(gòu)施工時作業(yè)平臺將隨結(jié)構(gòu)層的施工而同步上升，除了起到圍護作用外還具備了一定的承載能力，并且平臺自身的質(zhì)量相較一般的單層升降平臺要大許多，因此單個機位采用了3 kW×3組電動機及斜齒輪傘齒輪減速機的動力布局，必要時還可以采用增設(shè)機位數(shù)量或者縮短機位間距的方式來提高承載能力。電動機與減速機斜向安裝于機位架的面板上，布置在上、下2層操作平臺之間，以方便動力系統(tǒng)的養(yǎng)護與維修。在電動機下方的連接板上設(shè)置有安全防墜器，上方的架體橫梁上安裝有彈入式鎖定裝置。

機位架（圖2）是動力系統(tǒng)的承載框架，由型鋼焊接而成，左右兩側(cè)設(shè)置有連接頭，可連接操作平臺標準節(jié)。機位架通過附著的滾輪緊扣導軌架，通過電機驅(qū)動以3面環(huán)抱導軌架的方式進行升降施工，可將平臺承受的水平荷載直接傳遞給導軌架的4個立柱，使導軌架整體受力，從而較好地抵抗水平風荷載及施工荷載，尤其是在施工結(jié)構(gòu)層上部無附著點所造成的懸臂施工工況下，確保平臺構(gòu)件的強度、剛度及穩(wěn)定性能夠達到安全施工要求[4]。

圖2 機位架總裝

2 操作平臺系統(tǒng)

操作平臺由若干平臺標準節(jié)（圖3）通過掛鉤及螺栓相互連接組成。平臺標準節(jié)為矩形框架結(jié)構(gòu)，在框架頂面鋪設(shè)沖孔板，底面鋪設(shè)花紋板作為底部硬封閉層，外圍安裝圍擋板及欄桿，采用厚0.5 mm沖孔鋁板作為防護網(wǎng)，形成雙層作業(yè)平臺。其中框架內(nèi)部為框架層，框架上部為平臺層，施工人員可在框架層及平臺層進行施工作業(yè)。根據(jù)施工需要，還可以在框架層內(nèi)部設(shè)置夾層，或者在平臺層上搭設(shè)附加層，以適應不同高度施工作業(yè)。標準節(jié)矩形框架尺寸可以采用標準規(guī)格或定制規(guī)格進行自由互換連接，其上、下2層靠近墻面的水平桿為可伸縮挑桿，挑桿上可固定安裝鋼挑板，通過伸縮挑桿及增減鋼挑板實現(xiàn)平臺的擴展和回收，可以按照建筑體型拼出各種形狀的平臺，以滿足形式多樣化的建筑施工圍護需求。

圖3 操作平臺標準節(jié)

通過操作平臺的矩形框架端部連接固定在機位架上，可將相鄰的升降動力系統(tǒng)連接起來，形成可沿導軌架進行升降的工作平臺。一般簡單的做法是在矩形框架上、下端部均采用鉸接的形式與機位架連接，但考慮到電機驅(qū)動的2個動力系統(tǒng)在運行時無法做到完全同步，位于2個機位架中間的操作平臺在運行時可能會發(fā)生傾斜，而操作平臺矩形框架的高度較高，傾斜變形過大則會使矩形框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)應力，傾斜嚴重時會造成構(gòu)件損傷甚至升降動作卡死，造成安全隱患。因此，為了確保平臺的升降安全，我們對操作平臺矩形框架與機位架的連接方式進行了優(yōu)化設(shè)計，開發(fā)了滑動套筒裝置（圖4），即在操作平臺框架的上部與機位架采用銷軸鉸接，下部采用滑動套筒裝置進行連接，這樣就釋放了中間操作平臺因兩側(cè)機位架運行不同步所造成的下部連接點的水平方向位移約束，但同時保證了豎向方向的約束仍然有效，特別是在中間操作平臺有偏心載荷的情況下，增加了承載及防傾翻能力，大大提升了平臺的穩(wěn)定性和安全性，同時也更便利了機位架與中間操作平臺的連接安裝。

圖4 滑動套筒連接示意

3 附著系統(tǒng)

該雙層導架升降式施工平臺的機位架以3面環(huán)抱的方式繞導軌架的4個立柱進行升降，導致附墻裝置不能直接固定在導軌架的立柱上，為此，我們又設(shè)計了三肢式附墻裝置。該裝置主要由3根可調(diào)的連接桿與調(diào)節(jié)框架組成，調(diào)節(jié)框架避開機位架的附著滾輪，通過螺栓固定在導軌架中相鄰的上、下2個橫桿上，由3根可長度調(diào)節(jié)的連接桿將調(diào)節(jié)框架與結(jié)構(gòu)連接固定。調(diào)節(jié)框架上設(shè)有等間距螺栓孔，可根據(jù)實際附墻設(shè)置高度的需要，靈活調(diào)整連接桿的固定標高；連接桿用等距離螺栓孔加上螺紋以2種粗細方式組合調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)在合理范圍內(nèi)任意間距和位置的安裝（圖5）。

圖5 三肢式附墻裝置

一般情況下，對于外墻構(gòu)件采用現(xiàn)澆混凝土連接的裝配式建筑主體結(jié)構(gòu)，可采用在現(xiàn)澆位置由現(xiàn)場做埋件來固定附墻裝置；在與設(shè)計單位及構(gòu)件生產(chǎn)廠家充分溝通協(xié)商的條件下，也可在墻體構(gòu)件出廠前就在相應位置安裝好預埋件。對于前期未設(shè)置預埋件、后期又無法植入連接件的情況，可通過設(shè)置附加連接裝置，如以夾扣式或者內(nèi)部固定式等辦法，在不損傷墻體構(gòu)件條件下實現(xiàn)附墻固定。

夾扣式是在主體結(jié)構(gòu)墻體構(gòu)件的洞口位置，用附加連接件以夾扣形式固定在洞口周邊墻體上（圖6），附墻裝置亦通過附加連接件將導軌架與結(jié)構(gòu)連接；夾扣間距同樣可采用等距離螺栓孔加上螺紋以2種粗、精方式組合調(diào)節(jié)，以適配不同厚度的墻體；同時在與墻體接觸部分采用支撐鋼板加橡膠支撐板組合方式，在增大夾緊力的同時最大限度地避免外墻面破壞。

圖6 夾扣式附加連接示意

內(nèi)部固定式則是在建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)（樓板、墻、梁等）設(shè)置內(nèi)部預埋件，附墻裝置穿過門窗洞口與內(nèi)部預埋件連接固定。

以上這2種附墻形式在安裝、維護和拆卸時，都可以在結(jié)構(gòu)內(nèi)部操作，有較好的安全性和便利性。

4 安全保護裝置

安全保護裝置主要包括安全防墜器和齒條鎖定裝置。

安全防墜器采用齒輪錐鼓形漸進式防墜安全器，其構(gòu)造原理與采用齒輪齒條傳動的人貨兩用施工升降機的安全防墜器相同，當平臺下行的運行速度達到標定的動作速度時，防墜器中的離心式限速裝置的甩塊移位，帶動錐鼓向制動帶運動、接觸并產(chǎn)生制動力矩。但由于導架升降式施工平臺的升降速度慢、載重大，所以安全防墜器的標定響應速度較慢，為0.35～0.40 m/s，額定承重能力不小于90 kN。

作為裝配式建筑主體結(jié)構(gòu)施工時的腳手架及防護架，導架升降式電動平臺很可能需要在固定高度長時間懸停施工，如果僅靠驅(qū)動電機的電磁制動來使平臺長時間靜止，將會造成齒輪或電機損傷損耗，存在安全隱患。當然，也有采用在平臺機位架體與爬升齒條之間放置一小段固定齒條的辦法來進行整體防墜，但由于機位架與固定齒條之間需設(shè)定較大的間隙來保證人工操作的空間，無法達到高精度要求，在平臺升降啟動時存在配合問題，實際鎖定保護作用有限。

為此，我們創(chuàng)新開發(fā)了彈入式齒條鎖定裝置（圖7），其主要由齒條卡塊、操作手柄、彈伸桿、行程開關(guān)、限位塊等組成。齒條卡塊是直接與爬升齒條嚙合的部件，前端設(shè)有若干齒牙，齒條卡塊齒牙與爬升齒條齒牙間留有間隙，以確保齒條卡塊可以順利推進和退出；齒條卡塊每個齒牙的下齒面為斜平面，與爬升齒條嚙合，以防止整體平臺墜落，上齒面為曲面，在整體平臺向上運行時可以使齒條卡塊退出嚙合狀態(tài)，防止與電機相互卡死。該裝置固定在機位架上方，通過齒條的嚙合作用將爬升設(shè)備固定在爬升齒條上，防止爬升設(shè)備下墜，并代替電機承擔設(shè)備自重、堆載等各種作用力，解決電機長期電磁制動可能發(fā)生的制動力不足和現(xiàn)有鎖定裝置人工干預度高、精度差的問題，保障平臺作業(yè)安全。

圖7 彈入式齒條鎖定裝置示意

5 結(jié)語

針對裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)的建造需求，我們研究設(shè)計了這種新型的導架升降式雙層作業(yè)平臺，該平臺作為裝配式建筑施工的專用裝備，可跟隨主體結(jié)構(gòu)每一結(jié)構(gòu)段的施工進度同步上升，發(fā)揮了提供作業(yè)空間與充當防護圍擋的雙重作用。在主體結(jié)構(gòu)封頂進入裝飾裝修階段后，還可以通過平臺的反復升降進行材料運輸及墻面涂刷等作業(yè)。綜上所述，該平臺在裝配式建筑的主體結(jié)構(gòu)建造及裝飾裝修階段均能發(fā)揮作用，顯示出較好的應用前景[5-6]。

參考文獻

[1]王美華,張文澤,李榮帥.導架爬升式升降工作平臺在預制裝配式建筑施工中的應用初探[J].建筑施工,2016,38(9):1263-1265.

[2]賈志成,吳聯(lián)定.導架爬升式高空作業(yè)平臺設(shè)計方案分析[J].建筑機械化,2015,36(12):42-43.

[3]吳聯(lián)定,潘曦,邱迪.裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工應用的導架爬升式工作平臺[J].建筑機械化,2017,38(4):32-34.

[4]潘曦.一種新型導架升降式施工平臺的設(shè)計與分析[J].建筑機械化,2017,38(7):37-40.

[5]張珂,龍彥澤,陳建平,等.導架爬升式升降工作平臺標準節(jié)吊具的設(shè)計及其結(jié)構(gòu)靜力分析[J].沈陽建筑大學學報(自然科學版),2011,27(6):1183-1186.

[6]馮功斌,王喬.導架爬升式工作平臺在建筑主體施工中的應用[J].建筑機械(上半月),2014(12):114-116.