吳聯(lián)定 潘 曦 劉 鑫

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；2. 上海高大結(jié)構(gòu)建造工藝與裝備工程技術(shù)研究中心 上海 201114

在我國(guó)加快推進(jìn)建筑工業(yè)化的重點(diǎn)戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)下，新型裝配式建筑得到快速發(fā)展，國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》更是明確了裝配式建筑占新建建筑面積的比例須達(dá)到30%的具體目標(biāo)。與其相輔，工業(yè)化建造技術(shù)開(kāi)始不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)，越來(lái)越多的新型裝備技術(shù)得以應(yīng)用。近些年來(lái)，工程技術(shù)人員又嘗試將導(dǎo)架升降式施工平臺(tái)用于裝配式建筑主體結(jié)構(gòu)施工過(guò)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(dǎo)架升降式施工平臺(tái)作為一種高空作業(yè)裝備技術(shù)已在國(guó)內(nèi)眾多建（構(gòu)）筑物施工項(xiàng)目中，尤其是墻面裝飾裝修及維護(hù)工程項(xiàng)目，得以成功應(yīng)用，其所具有的搭設(shè)時(shí)間短、人工成本低、材料傳送方便等諸多優(yōu)勢(shì)，顯著提高了工效。但導(dǎo)架升降式施工平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式一般是由若干標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的三角形框架或矩形框架組成的單層平臺(tái)[2]，顯然無(wú)法滿(mǎn)足裝配式建筑主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)結(jié)構(gòu)層外立面圍護(hù)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(tái)來(lái)增加平臺(tái)的圍護(hù)和作業(yè)高度。但附加的施工平臺(tái)增加了平臺(tái)自重，在動(dòng)力機(jī)位不變的情況下，在一定程度上限制了平臺(tái)的承載能力，從而在建筑主體結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件姿態(tài)調(diào)整、鋼筋整理及綁扎、澆筑等工作時(shí)，難以達(dá)到高效施工要求。

因此，針對(duì)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(hù)全封閉、整體提升能力重載、導(dǎo)架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高懸臂等需求[3]，我們研究設(shè)計(jì)了一種新型導(dǎo)架升降式雙層作業(yè)平臺(tái)（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(tái)長(zhǎng)度13.2 m，操作平臺(tái)主體寬度1.2 m，操作平臺(tái)總高度5.1 m，升降速度7.6 m/min。

圖1 導(dǎo)架升降式雙層作業(yè)平臺(tái)示意

1 導(dǎo)架升降式雙層作業(yè)平臺(tái)的升降動(dòng)力系統(tǒng)

考慮到主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)作業(yè)平臺(tái)將隨結(jié)構(gòu)層的施工而同步上升，除了起到圍護(hù)作用外還具備了一定的承載能力，并且平臺(tái)自身的質(zhì)量相較一般的單層升降平臺(tái)要大許多，因此單個(gè)機(jī)位采用了3 kW×3組電動(dòng)機(jī)及斜齒輪傘齒輪減速機(jī)的動(dòng)力布局，必要時(shí)還可以采用增設(shè)機(jī)位數(shù)量或者縮短機(jī)位間距的方式來(lái)提高承載能力。電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)斜向安裝于機(jī)位架的面板上，布置在上、下2層操作平臺(tái)之間，以方便動(dòng)力系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)與維修。在電動(dòng)機(jī)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(jī)位架（圖2）是動(dòng)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(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。機(jī)位架通過(guò)附著的滾輪緊扣導(dǎo)軌架，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以3面環(huán)抱導(dǎo)軌架的方式進(jìn)行升降施工，可將平臺(tái)承受的水平荷載直接傳遞給導(dǎo)軌架的4個(gè)立柱，使導(dǎo)軌架整體受力，從而較好地抵抗水平風(fēng)荷載及施工荷載，尤其是在施工結(jié)構(gòu)層上部無(wú)附著點(diǎn)所造成的懸臂施工工況下，確保平臺(tái)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性能夠達(dá)到安全施工要求[4]。

圖2 機(jī)位架總裝

2 操作平臺(tái)系統(tǒng)

操作平臺(tái)由若干平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)（圖3）通過(guò)掛鉤及螺栓相互連接組成。平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)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(hù)網(wǎng)，形成雙層作業(yè)平臺(tái)。其中框架內(nèi)部為框架層，框架上部為平臺(tái)層，施工人員可在框架層及平臺(tái)層進(jìn)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(tái)層上搭設(shè)附加層，以適應(yīng)不同高度施工作業(yè)。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)矩形框架尺寸可以采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格或定制規(guī)格進(jìn)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(guò)伸縮挑桿及增減鋼挑板實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的擴(kuò)展和回收，可以按照建筑體型拼出各種形狀的平臺(tái)，以滿(mǎn)足形式多樣化的建筑施工圍護(hù)需求。

圖3 操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)

通過(guò)操作平臺(tái)的矩形框架端部連接固定在機(jī)位架上，可將相鄰的升降動(dòng)力系統(tǒng)連接起來(lái)，形成可沿導(dǎo)軌架進(jìn)行升降的工作平臺(tái)。一般簡(jiǎn)單的做法是在矩形框架上、下端部均采用鉸接的形式與機(jī)位架連接，但考慮到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的2個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)無(wú)法做到完全同步，位于2個(gè)機(jī)位架中間的操作平臺(tái)在運(yùn)行時(shí)可能會(huì)發(fā)生傾斜，而操作平臺(tái)矩形框架的高度較高，傾斜變形過(guò)大則會(huì)使矩形框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，傾斜嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成構(gòu)件損傷甚至升降動(dòng)作卡死，造成安全隱患。因此，為了確保平臺(tái)的升降安全，我們對(duì)操作平臺(tái)矩形框架與機(jī)位架的連接方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了滑動(dòng)套筒裝置（圖4），即在操作平臺(tái)框架的上部與機(jī)位架采用銷(xiāo)軸鉸接，下部采用滑動(dòng)套筒裝置進(jìn)行連接，這樣就釋放了中間操作平臺(tái)因兩側(cè)機(jī)位架運(yùn)行不同步所造成的下部連接點(diǎn)的水平方向位移約束，但同時(shí)保證了豎向方向的約束仍然有效，特別是在中間操作平臺(tái)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(tái)的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)也更便利了機(jī)位架與中間操作平臺(tái)的連接安裝。

圖4 滑動(dòng)套筒連接示意

3 附著系統(tǒng)

該雙層導(dǎo)架升降式施工平臺(tái)的機(jī)位架以3面環(huán)抱的方式繞導(dǎo)軌架的4個(gè)立柱進(jìn)行升降，導(dǎo)致附墻裝置不能直接固定在導(dǎo)軌架的立柱上，為此，我們又設(shè)計(jì)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(kāi)機(jī)位架的附著滾輪，通過(guò)螺栓固定在導(dǎo)軌架中相鄰的上、下2個(gè)橫桿上，由3根可長(zhǎng)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(shí)際附墻設(shè)置高度的需要，靈活調(diào)整連接桿的固定標(biāo)高；連接桿用等距離螺栓孔加上螺紋以2種粗細(xì)方式組合調(diào)節(jié)，可實(shí)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(duì)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(chǎng)做埋件來(lái)固定附墻裝置；在與設(shè)計(jì)單位及構(gòu)件生產(chǎn)廠(chǎng)家充分溝通協(xié)商的條件下，也可在墻體構(gòu)件出廠(chǎng)前就在相應(yīng)位置安裝好預(yù)埋件。對(duì)于前期未設(shè)置預(yù)埋件、后期又無(wú)法植入連接件的情況，可通過(guò)設(shè)置附加連接裝置，如以?shī)A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(shí)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?shī)A扣形式固定在洞口周邊墻體上（圖6），附墻裝置亦通過(guò)附加連接件將導(dǎo)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(shí)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(shí)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(yù)埋件，附墻裝置穿過(guò)門(mén)窗洞口與內(nèi)部預(yù)埋件連接固定。

以上這2種附墻形式在安裝、維護(hù)和拆卸時(shí)，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(hù)裝置

安全保護(hù)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(jìn)式防墜安全器，其構(gòu)造原理與采用齒輪齒條傳動(dòng)的人貨兩用施工升降機(jī)的安全防墜器相同，當(dāng)平臺(tái)下行的運(yùn)行速度達(dá)到標(biāo)定的動(dòng)作速度時(shí)，防墜器中的離心式限速裝置的甩塊移位，帶動(dòng)錐鼓向制動(dòng)帶運(yùn)動(dòng)、接觸并產(chǎn)生制動(dòng)力矩。但由于導(dǎo)架升降式施工平臺(tái)的升降速度慢、載重大，所以安全防墜器的標(biāo)定響應(yīng)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(shí)的腳手架及防護(hù)架，導(dǎo)架升降式電動(dòng)平臺(tái)很可能需要在固定高度長(zhǎng)時(shí)間懸停施工，如果僅靠驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電磁制動(dòng)來(lái)使平臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間靜止，將會(huì)造成齒輪或電機(jī)損傷損耗，存在安全隱患。當(dāng)然，也有采用在平臺(tái)機(jī)位架體與爬升齒條之間放置一小段固定齒條的辦法來(lái)進(jìn)行整體防墜，但由于機(jī)位架與固定齒條之間需設(shè)定較大的間隙來(lái)保證人工操作的空間，無(wú)法達(dá)到高精度要求，在平臺(tái)升降啟動(dòng)時(shí)存在配合問(wèn)題，實(shí)際鎖定保護(hù)作用有限。

為此，我們創(chuàng)新開(kāi)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(kāi)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(jìn)和退出；齒條卡塊每個(gè)齒牙的下齒面為斜平面，與爬升齒條嚙合，以防止整體平臺(tái)墜落，上齒面為曲面，在整體平臺(tái)向上運(yùn)行時(shí)可以使齒條卡塊退出嚙合狀態(tài)，防止與電機(jī)相互卡死。該裝置固定在機(jī)位架上方，通過(guò)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(jī)承擔(dān)設(shè)備自重、堆載等各種作用力，解決電機(jī)長(zhǎng)期電磁制動(dòng)可能發(fā)生的制動(dòng)力不足和現(xiàn)有鎖定裝置人工干預(yù)度高、精度差的問(wèn)題，保障平臺(tái)作業(yè)安全。

圖7 彈入式齒條鎖定裝置示意

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)的建造需求，我們研究設(shè)計(jì)了這種新型的導(dǎo)架升降式雙層作業(yè)平臺(tái)，該平臺(tái)作為裝配式建筑施工的專(zhuān)用裝備，可跟隨主體結(jié)構(gòu)每一結(jié)構(gòu)段的施工進(jìn)度同步上升，發(fā)揮了提供作業(yè)空間與充當(dāng)防護(hù)圍擋的雙重作用。在主體結(jié)構(gòu)封頂進(jìn)入裝飾裝修階段后，還可以通過(guò)平臺(tái)的反復(fù)升降進(jìn)行材料運(yùn)輸及墻面涂刷等作業(yè)。綜上所述，該平臺(tái)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(yīng)用前景[5-6]。