全钢集成式附着升降脚手架顶部可调防护高度升降架设计与应用

1 工程概况

长沙某工程1号楼为建筑高度290 m超高层办公楼，建筑面积87 820.74 m²，框架核心筒结构，单层建筑面积1 500 m²，地下2层，地上G层+57层，主体结构层高如下：G层6.1 m；1层7.78 m；2~9层4.5 m；10层4.95 m；11~20层4.5 m；21层5.48 m；22层4.46 m；23~31层3.75 m；32层3.82 m；33层4.88 m；34~44层3.75 m；45层3.82 m；46层4.88 m；47~55层3.75 m；56层、57层4.5 m。

2 架体设计需求与制备

2.1 架体设计及使用需求

项目实施前期在1号楼外架选型方面，项目部结合各项指标，经综合比选，明确外架体系采用全钢集成式附着升降脚手架。

该架体结构为厂家采用型钢制作标准件组装，配备同步电动升降控制，并采用穿孔金属网片作为外维护，各作业层为型钢钢板定制走道板，底部钢板封闭翻板，防倾防坠装置齐全，与其他外架体系相比具有使用工效高、防火性能优、安全保障性好、经济性优势显著等特点，满足该项目超高层结构施工使用的基本需求，但该脚手架体系行业内均为设计固定高度（按照相关规范要求，总高度不大于5倍层高，本工程架体按照2~9层标准层高4.5 m考虑，设计架体总高20.5 m，约4.5倍层高），从地上首个标准层（本工程为2层）开始安装，在首层地面采用盘扣式脚手架搭设安装平台，平台顶部与2层地面齐平，架体在此平台安装，之后随结构施工逐层爬升，结合本工程结构设计层高变化多的特点，应用该架体仍存在一定不足，当施工至变层高阶段时，会出现作业面防护高度不足或架体总高超过5倍层高、悬臂端超过6 m的问题，需现场进行二次处理。

对于此类问题处理方式一般都是在变层高楼层投入大量人力进行高空作业，对架体顶部进行拆改，改变架体总高，满足规范及使用要求，但此类处理方式时间长，影响结构施工工期，高空作业安全风险大，多次拆改的人力投入成本高。

为解决上述问题，本项目进行了架体顶部可调防护高度升降架的设计与制备应用。

2.2 架体设计及制作

结合本工程实际情况，通过对原架体结构分析，配合相关规范和本工程结构设计特点，对原架体顶部立杆范围进行二次深化设计，在不改变原架体主要受力结构的前提下，将顶部第一个立杆标准节范围设计制作成可电动升降的活动装置。

该装置升降行程1.5 m，升降前后总高度区间为1~2.5 m，从而实现架体顶部防护高度可随结构施工需求随时电动调节，最大限度地减少或避免架体高空二次搭拆改造的使用需求，有效保障了结构施工的人员安全、避免了架体拆改阶段造成的结构施工人员窝工，同时降低工程施工的成本投入。可调防护高度升降架设备安装使用模型如图1所示。

图1 可调防护高度升降架设备安装使用模型示意

2.2.1 设备设计构造

可调防护高度升降架设备主要新增部件为导向槽、升降架、升降架动力系统，其余部件与原架体部件基本通用。

2.2.2 升降设备导向槽

升降设备导向槽为3 mm钢板折弯制作成U形槽，内宽34 mm、槽深27 mm。滑槽上焊接2根M16螺杆，安装在内外立杆上；导轨处滑槽直接焊接在导轨50 mm×30 mm×3 mm的矩管上。该焊接采用间断焊，焊缝长度为100 mm，间断长度为300 mm。

2.2.3 升降设备升降架

升降架架体高度2 530 mm，有效升降高度1 500 mm；宽度696 mm，有效宽度508 mm。

2.2.4 升降设备动力系统

分别用两根  8 mm钢丝绳的一端正反向与电动绞盘连接，然后绕过升降架两边的导向轮，将钢丝绳另一端固定在主架立杆上方的导槽端。通过电动绞盘的转动收放钢丝绳，实现升降架提升或下降。

2.2.5 升降设备其他附属构件

钢走道板外围由60 mm×30 mm×3 mm矩形管做成边框，宽500 mm，上面铺设1.8 mm花纹钢板，在边框上每隔100 mm满钻  18 mm模数孔。升降机构托架采用两根6.3号槽钢制作，托架侧面焊制6 mm钢板制作的导向轮耳板和绞盘耳板，上方焊制4号角钢作为连接走道板及立框架的连接件。升降架的立框架采用4号角钢制作成框架形式，在其上冲  10 mm的圆孔固定网窗。

升降架悬挑段采用悬挑端加强件进行加固处理。悬挑端加强件采用60 mm×30 mm×3 mm的矩管作为斜撑臂，底板采用6 mm的钢板制作与升降架托架通过螺栓连接。内排立杆连接件采用60 mm×30 mm×3 mm的矩管两端焊接连接板制作而成。

安装在内排立杆之间，加强内排立杆的整体性，也可作为拦腰杆进行操作防护。在升降动力方面，采用380 V减速电机（5 rad/min）连接绞盘系统进行升降。

3 架体应用

3.1 设备安装

本研究描述的升降架设备安装均在原架体安装基本完成的基础上进行补充安装。

3.1.1 安装导向槽

将导向槽通过其上面的螺杆安装在爬架内外立杆上。

3.1.2 安装托架

首先将托架放在立杆两侧，然后用  16 mm的插销将托架固定在立杆上。托架固定后再将导向轮放入滑槽内，固定在托架上的导向轮连接板上。

3.1.3 安装升降装置及走道板

托架安装完成后，首先将绞盘安装到托架绞盘耳板上，然后安装升降钢丝绳。

钢丝绳安装完成后，再铺设走道板，最后安装电机托架和减速电机。

3.1.4 安装立框架及网窗

首先将立框架用M16螺栓安装在托架的立框架连接杆上，然后将钢网窗安装在立框架上，立框架之间缝隙采用缝隙封口条与钢网窗一起安装在立框架上。

3.1.5 安装防倾导向爪

在原爬架机位处的升降架立框架上安装防倾导向爪。导向爪采用两颗M16螺栓与立框架连接。

3.1.6 安装内排立杆连接件和悬挑端斜撑

在爬架内排安装立杆连接件，将内排立杆及导轨连接为一个整体，既可以加强爬架内排刚性，又可以作为升降架的防护措施。在升降架的悬挑部位安装斜撑，可增强悬挑端的强度。

3.1.7 上限位和下限位装置安装

在升降架行程范围内的爬架内排立杆上安装上限位挡块和下限位挡块，然后将限位器安装在升降架托架的槽钢上。安装时应调节限位器触发臂钮的伸出距离在上、下限位挡块可触及的范围内。

3.2 设备在24层及以下应用

本次设计制作的可调防护高度升降架设备最大升降行程为1.5 m，即将原架体顶部2.5 m立杆变更为可升降设备后，该设备代替原立杆后，其防护高度变化区间为1~2.5 m。

在本工程实际应用中，架体初始从2层开始搭设至20.5 m，架体总高约4.5倍层高（顶部可调防护高度设备上升至最大行程高度，顶节总高2.5 m），此时为5层结构施工阶段，在5层顶板尚未浇筑完毕、架体不能在5层顶梁安装附着前，架体悬臂端高度为架体总高20.5 m减去2层、3层、4层有附着楼层的层高之和，即7 m，悬臂端高度超过规范要求，此时架体顶部可调防护高度设备收缩约1 m，确保悬臂端高度不大于6 m，同时5层顶板以上防护高度1.5 m，满足使用及规范要求。

之后架体随结构施工向上爬升正常使用，在结构施工至24层顶板浇筑完成前，架体顶部可调防护高度设备在行程范围内依据不同楼层进行调增或调降均可满足规范及使用要求。

3.3 设备在25层及以上应用

当结构施工至24层顶板浇筑完毕，25层结构施工时，架体爬升前防护高度3.06 m尚未达到25层顶板作业面高度，更不能覆盖25层作业面防护高度要求，若架体在此时继续爬升一层，升降架收缩后最小总高19 m，但此时架体悬臂端高度7.04 m超规范要求。

因此此时先拆除顶部升降架设备，再拆除一道立杆标准节高度范围内架体（此处立杆标准节设计高度2.5 m），之后再继续借助下部立杆安装可调防护高度设备，当顶部可调防护上升至最大行程后，该部分高度2.5 m，至此架体总高共计18 m，架体可覆盖楼层为22层、23层、24层、25层，总高度15.71 m，此时25层顶板作业面以上防护高度可达2.29 m，虽防护高度满足规范要求，但实际不便于作业面材料吊运，同时架体悬臂端高度6.04 m，超规范要求，因此从本楼层开始，实际使用阶段仅需依据各楼层层高将顶部可调防护设备伸缩高度逐步收缩或再次升高，直至防护高度高出作业面始终不低于1.5 m，并满足其他各项有关架体高度的规范指标即可，直至主体结构完成封顶架体拆除。

4 结论

本项目1号楼按照行业内一般附着式升降脚手架使用期间，需至少5~6次往复设置临时拉结或重新搭拆架体顶部，从而实现架体使用满足规范要求，每次搭拆时人工、材料、设备等投入大、安全系数低、进度影响明显，使用该设备后仅需过程中拆改一次后，在结构施工全周期通过电控实现架体高度实时变化，大幅提高了现场施工效率，降低了高空作业安全隐患，架体使用人工成本显著下降。

目前行业内附着式升降脚手架，应对多层高变化的建筑施工尚无经济适用、快捷安全的解决方式，本项目设计应用的顶部可调防护高度升降架设备配合附着式升降脚手架有效解决了上述问题，在设备设计及样架制备使用过程中受到各参建单位的一致好评，同时也为类似结构使用的脚手架应用问题提供了借鉴。