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前言

隨著國(guó)家城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加快，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化建設(shè)速度的加快及人民生活水平的迅速提高，一座座高層、超高層建筑如雨后春筍拔地而起，而作為高空建筑施工必備的外防護(hù)腳手架是安全施工的重要措施。(1)、常規(guī)滿搭外腳手架己無(wú)法適應(yīng)高層、超高層建筑施工的要求，其主要原因?yàn)?1、高空搭設(shè)困難；2、耗資(費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)料)巨大；3、安全性差。(2)、扣件鋼管附著式升降腳手架是本世紀(jì)初快速發(fā)展起來(lái)的新型腳手架技術(shù)，對(duì)我國(guó)施工技術(shù)進(jìn)步具有重要影響，但其存在不足原因?yàn)?1、搭設(shè)耗資(費(fèi)工)高；2、安全性(扣件連接，鋼管架體)不足。

基于上述背景，著眼于近幾年快速發(fā)展高層和超高層建筑施工，越來(lái)越多的高層建筑均開始使用附著式升降腳手架(俗稱“爬架”)安全作業(yè)防護(hù)施工，現(xiàn)開發(fā)一套工廠型材模塊標(biāo)準(zhǔn)化加工、統(tǒng)一型號(hào)螺栓安全高效便捷連接的全鋼附著式升降腳手架，而新型全鋼附著式升降腳手架裝備在當(dāng)前形勢(shì)下具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的市場(chǎng)前景。

1 附著式升降腳手架的構(gòu)造及原理

(1)通附著升降腳手架附著在結(jié)構(gòu)上，通過(guò)提升設(shè)備固定在與架體脫離的獨(dú)立附墻支座上，附墻支座固定在砼結(jié)構(gòu)上，利用附墻支座將架體整體提升，架體提升到位后與結(jié)構(gòu)物固定，再利用架體將附墻支座連同提升設(shè)備提升到新的高度并固定，如此，架體與附墻支座互為利用，交替與結(jié)構(gòu)物固定，交替爬升；當(dāng)工程進(jìn)入外裝飾階段，附墻支座與架體反之互為利用與結(jié)構(gòu)物固定，交替下降。

(2)爬升架的構(gòu)造形式一般由架體、水平梁桁架、豎向主框架、附墻支座、提升裝置、安全裝置等組成。

(a)架體:附著架體應(yīng)具有足夠強(qiáng)度和剛度的架體結(jié)構(gòu)，架體應(yīng)滿足防護(hù)及操作承載要求，能與豎向主框架及水平梁架構(gòu)架整體作用。

(b)水平梁桁架:架體水平梁架應(yīng)滿足架體自重和施工荷載整體的承載作用。

(c)豎向主框架:由設(shè)在架體上的豎向桁架并設(shè)有導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，除有導(dǎo)向作用還有豎向承載要求，與建筑物結(jié)構(gòu)上的附墻支座及導(dǎo)向架相互配合作用，而相關(guān)的提升裝和安全裝置均設(shè)在附墻支座及豎向主框架之間。

(d)附墻支座:由型鋼支座三角梁和由通過(guò)穿墻螺栓固定于建筑物結(jié)構(gòu)上的承重支座組成，并有卸荷及導(dǎo)向作用。

(e)提升裝置:是整個(gè)爬升架的動(dòng)力系統(tǒng)，由動(dòng)力設(shè)備固定于建筑結(jié)構(gòu)上、控制系統(tǒng)、提升組合結(jié)構(gòu)組成。爬升架的動(dòng)力設(shè)備有液壓千斤頂、電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)以及電動(dòng)葫蘆等。升降動(dòng)力控制臺(tái)應(yīng)具備相應(yīng)的安全保護(hù)功能，并應(yīng)符合規(guī)范要求。

(f)安全裝置:由防傾裝置、防墜落裝置及同步裝置組成。

附著式升降腳手架多種多樣，不管使用哪種形式，其核心要求就是安全生產(chǎn)，保障架體安全運(yùn)作。

2 全鋼附著式升降腳手架的研發(fā)應(yīng)用

2.1 本項(xiàng)目主要進(jìn)行了以下方面的研究

(1)架體各構(gòu)件全預(yù)制工廠化。本項(xiàng)技術(shù)將傳統(tǒng)架體桿件、扣件、腳手板、安全網(wǎng)等全部在工廠環(huán)節(jié)進(jìn)行完善并標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)化，到施工現(xiàn)場(chǎng)立即進(jìn)行安裝即可，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)不再需要其它構(gòu)配件。

(2)架體的部件式連接方式。在滿足產(chǎn)品使用功能的基礎(chǔ)上，如何最大程度地簡(jiǎn)化產(chǎn)品裝卸操作，以提高運(yùn)輸效率，并減少產(chǎn)品在存放時(shí)占用的空間。

(3)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)及與架體的連接方式。導(dǎo)軌與架體的連接牢固，具有足夠的剛度和強(qiáng)度，并方便裝拆，可適應(yīng)結(jié)構(gòu)的需要確定安裝位置。

(4)附墻支座的功能及實(shí)現(xiàn)方法。附墻支座集承重、防墜、防傾、導(dǎo)向功能于一體，其防墜采取觸發(fā)式防墜設(shè)計(jì)，機(jī)械式觸發(fā)動(dòng)作，防墜效果可靠、靈敏度高。

(5)電動(dòng)提升機(jī)采用正掛免移動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)提升機(jī)采用正掛免移動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)需人工倒運(yùn)電動(dòng)提升機(jī)，節(jié)約人工。

2.2 產(chǎn)品功能及實(shí)現(xiàn)思路 本項(xiàng)目所研究完成的產(chǎn)品，其功能及實(shí)現(xiàn)思路包括:

(1)全金屬的產(chǎn)品功能構(gòu)成。包括了架體、腳手板、安全網(wǎng)、翻板。通常情況下，這些功能的實(shí)現(xiàn)要依靠在施工現(xiàn)場(chǎng)另外使用周轉(zhuǎn)材料來(lái)安裝完成的，本產(chǎn)品則將這些功能全部實(shí)現(xiàn)工廠化預(yù)制而只在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)組裝的過(guò)程即可。

(2)產(chǎn)品以個(gè)體形式進(jìn)行拼裝，各構(gòu)件為全鋼構(gòu)件。產(chǎn)品設(shè)計(jì)成定型模數(shù)形式，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)將各規(guī)格構(gòu)件按方案圖示位置進(jìn)行拼接安裝即可。產(chǎn)品構(gòu)件組裝設(shè)計(jì)成部件，運(yùn)輸時(shí)非常方便?，F(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)將零部件進(jìn)行拼裝，其操作過(guò)程僅靠人工就可完成。

(3)產(chǎn)品構(gòu)件包括各種不同的尺寸規(guī)格，可以按不同的建筑結(jié)構(gòu)形式和架體高度進(jìn)行組合安裝，并均采用M16一種螺栓型號(hào)連接。

(4)架體節(jié)點(diǎn)與導(dǎo)軌進(jìn)行連接。安裝后的架體通過(guò)導(dǎo)軌與附墻支座結(jié)構(gòu)相連接，附墻支座結(jié)構(gòu)再與結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)為兩條槽鋼對(duì)稱焊接，槽鋼之間焊接圓鋼，背后方管桿焊接成“品”字結(jié)構(gòu)形式，剛性好。接高時(shí)導(dǎo)軌端部與端部連接，連接處側(cè)面使用導(dǎo)軌連接槽鋼連接的導(dǎo)向輪；附墻支座結(jié)構(gòu)上設(shè)置有防傾覆裝置限制導(dǎo)軌傾覆。

(5)附墻支座結(jié)構(gòu)具有承重、導(dǎo)向、防傾、防墜功能。附墻支座結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有防墜本體和觸發(fā)器，通過(guò)觸發(fā)器和防墜本體的配合使用實(shí)現(xiàn)防墜:在架體向下運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)觸發(fā)器和防墜本體動(dòng)作，此動(dòng)作穩(wěn)定可靠，墜落時(shí)防墜本體無(wú)法及時(shí)恢復(fù)即被卡阻，實(shí)現(xiàn)防墜，且每一點(diǎn)位處均設(shè)有三個(gè)附墻支座結(jié)構(gòu)，即三個(gè)獨(dú)立的防墜落裝置。

(6)智能操控荷載控制系統(tǒng)。通過(guò)在上吊點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)荷載傳感器，將升降過(guò)程每個(gè)點(diǎn)位的荷載信息收集反饋到控制箱中，控制架體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位荷載，每秒采集次數(shù)達(dá)5次以上，不間斷對(duì)荷載變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)某一機(jī)位的荷載超過(guò)設(shè)計(jì)值的±15%時(shí)，以聲光形式自動(dòng)報(bào)警和顯示報(bào)警機(jī)位，當(dāng)荷載變化超過(guò)±30%時(shí)，自動(dòng)停機(jī)，并以聲光形式進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)在主控制箱及點(diǎn)位處的分控制箱，并擺脫必須站在控制箱位置的束縛，控制操作變得更加快捷、便利。

綜上，實(shí)現(xiàn)全鋼附著式升降腳手架產(chǎn)品研發(fā)主要由以下六部分構(gòu)成來(lái)完成設(shè)計(jì):

豎向主框架(導(dǎo)軌、立桿、主框架三角撐)、水平桁架、架體構(gòu)架(立桿、型鋼腳手板、防護(hù)網(wǎng)片)、附墻支座(附墻支座結(jié)構(gòu)包含附著、防傾、防墜、導(dǎo)向等裝置)、升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)(電動(dòng)葫蘆、正掛循環(huán)免移動(dòng)裝置、提升掛座等)、升降荷載控制系統(tǒng)(分控箱、主控箱、傳感器、遙控器等)。

2.3 產(chǎn)品各個(gè)部件選型分析優(yōu)化 每個(gè)部件設(shè)計(jì)前應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求荷載提前對(duì)構(gòu)件受力分析應(yīng)力，并根據(jù)應(yīng)力大小對(duì)應(yīng)部件盡量選擇統(tǒng)一型材尺寸加工，在對(duì)各個(gè)部件做試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)部件應(yīng)力分析合理后方可歸入圖集。

2.3.1 豎向主框架 豎向主框架為由導(dǎo)軌、外立桿、主框架三角架等構(gòu)成的空間框架結(jié)構(gòu)；相應(yīng)位置均開有直徑18的孔，以方便用M16的螺栓與腳手板進(jìn)行連接。豎向主框架及立桿沿高度方向均勻設(shè)置直徑18的孔，方便腳手板的連接。腳手板安裝在豎向主框架高度方向可以在均勻設(shè)置孔位任意高度安裝(配合施工作業(yè)進(jìn)行調(diào)節(jié))，安裝固定方式為M16的螺栓。

導(dǎo)軌使用兩條6.3#槽鋼對(duì)稱放置，槽鋼之間焊接防護(hù)軸Ф30-80圓鋼，防護(hù)軸每隔120mm布置一個(gè)，背后設(shè)置一根80*40*3.0矩管形成格構(gòu)柱形式，焊接成型后強(qiáng)度大，剛性好。

主框架外立桿使用規(guī)格為80×40×3mm矩形管，在立桿側(cè)面均勻設(shè)置Φ18的孔，以實(shí)現(xiàn)架體在安裝其他部件時(shí)的無(wú)極調(diào)節(jié)功能。

主框架三角架三條邊分別用50*50*4mm角鋼焊接成直角三角形。導(dǎo)軌后立桿與外立桿之間通過(guò)主框架三角架進(jìn)行連接，主框架三角架安裝在每一步腳手板底部，豎向主框架部位使用主框架三角架進(jìn)行加強(qiáng)導(dǎo)軌和外立桿之間的穩(wěn)定性。

2.3.2 水平桁架 水平桁架為片式桁架，邊寬距離600mm，上下橫桿采用角鋼63×63×5.0，豎向桿及斜桿采用角鋼50×50×4.0焊接而成；在橫桿、豎向桿側(cè)面均勻設(shè)置Φ18的孔，以實(shí)現(xiàn)水平桁架與立桿在安裝時(shí)的無(wú)極調(diào)節(jié)功能。水平桁架安裝在架體最底部腳手板下面，水平桁架上、下玄桿間隔開孔處可以與內(nèi)外立桿進(jìn)行連接，橫向通過(guò)兜底桿將水平桁架組裝成空間幾何結(jié)構(gòu)，水平桁架的安裝保證架體豎向荷載可以順利傳遞給豎向主框架。

2.3.3 架體構(gòu)架 架體構(gòu)造由立桿、防護(hù)網(wǎng)片、型鋼腳手板等構(gòu)成空間框架結(jié)構(gòu)。架體立桿使用80×40×3mm矩形管，在桿件側(cè)面均勻設(shè)置Φ18的孔，以實(shí)現(xiàn)架體在安裝其他部件時(shí)的無(wú)極調(diào)節(jié)功能；型鋼腳手板面板使用2.0mm花紋板，腳手板橫縱向邊框采用矩管50*30*3.0mm，橫向邊框采用矩管50*30*3.0mm，縱向加強(qiáng)筋采用40*40*3.0mm角鋼，邊框焊接均采用滿焊，面板與邊框采用點(diǎn)焊，間隙為50-100mm；網(wǎng)片骨架由20*20*2.0mm的方管作為網(wǎng)框，采用0.7mm厚的沖孔鐵皮間自攻螺絲連接在網(wǎng)框上，網(wǎng)框四周的20*20*2.0mm方鋼管上開8個(gè)φ12的孔，與網(wǎng)片固定頭采用M10螺栓連接。

立桿縱向間距不大于2米，水平桁架位于架體第一步腳手板下面，左右各布置一道，一道連接于內(nèi)立桿上，另一道連接于外立桿上；立桿分別位于腳手板的外側(cè)，立桿架體外圍用網(wǎng)片防護(hù)。

2.3.4 附墻支座 附墻支座結(jié)構(gòu)包含承重、防傾、防墜、防傾、導(dǎo)向等裝置。附墻座采用6.3號(hào)和8號(hào)槽鋼和若干不同尺寸的鋼板焊接而成；附墻座與建筑結(jié)構(gòu)采用兩根M30的穿墻螺桿連接。

卸荷裝置由頂撐螺桿、頂撐套筒、頂撐頭組成，通過(guò)M30銷軸連接在附墻座上。頂撐螺桿的螺牙長(zhǎng)度滿足頂撐可頂?shù)綄?dǎo)軌中兩個(gè)φ30的圓棒梯度，頂撐頭為φ44的無(wú)縫圓管，圓管一端加工成圓弧狀，用以頂導(dǎo)軌的橫桿達(dá)到卸荷作用。

防傾裝置由導(dǎo)向輪規(guī)格為φ48×42mm與6.3#槽鋼內(nèi)堆度相應(yīng)配合在5mm內(nèi)組合而成，導(dǎo)向輪輪軸焊接折板可與附墻支座本體螺栓連接，可方便裝拆置換。

防墜裝置由防墜塊的大小擺針組成。防墜塊與防墜連接頭用φ30銷軸連接，通過(guò)觸發(fā)大小擺針，達(dá)到防墜目的。防墜原理:提升狀態(tài)防墜塊靠后，小擺針伸出可自由通過(guò)，墜落時(shí)小擺針會(huì)帶動(dòng)大擺塊與導(dǎo)軌橫桿卡住形成防墜；下降狀態(tài)與升降狀態(tài)一致，下降速度慢與回復(fù)有速度差可自由通過(guò)，防墜塊靠后配重自動(dòng)回復(fù)原位，墜落時(shí)因速度大于上端防墜塊自重回復(fù)速度，上端大擺塊來(lái)不及回復(fù)卡住導(dǎo)軌橫桿，導(dǎo)軌橫桿靠在大擺塊下形成防墜。在升降工況下，該防墜裝置可以起到有效防墜。在使用工況時(shí)，該裝置連同卸荷裝置共同起到防墜作用。防墜裝置及卸荷裝置均安裝在附墻支座上。

防墜原理圖

2.3.5 升降系統(tǒng) 在動(dòng)力系統(tǒng)選型上，考慮到單個(gè)機(jī)位架體最大自重同時(shí)為了保證運(yùn)行過(guò)程的同步、平穩(wěn)要求，也能夠留有足夠的安全儲(chǔ)備。采用了7.5T環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆，電動(dòng)葫蘆具有優(yōu)異的同步性能，我們選用的電動(dòng)葫蘆其提升速度為120mm/min，荷載大小對(duì)其運(yùn)行速度的影響很小。工作原理:把兩個(gè)升降縱梁使用螺栓固定于架體上部導(dǎo)軌和立桿之間，將升降橫梁通過(guò)φ30銷軸連接在升降縱梁上面，組裝成上吊點(diǎn)桁架；在上吊點(diǎn)桁架吊點(diǎn)預(yù)留位置安裝傳感器設(shè)備，電動(dòng)葫蘆上鉤安裝在傳感器上，使電動(dòng)葫蘆鏈條順直；將兩個(gè)升降縱梁使用螺栓固定于架體下部導(dǎo)軌和立桿之間，將升降橫梁通過(guò)φ30銷軸連接在升降縱梁下面，組裝成下吊點(diǎn)桁架。將升降滑輪通過(guò)φ30銷軸連接在下吊點(diǎn)桁架上，提升鋼絲繩一端掛在提升掛座上，另一端繞過(guò)升降滑輪安裝在電動(dòng)葫蘆下鉤上，達(dá)到正掛免移動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)需人工倒運(yùn)電動(dòng)葫蘆，節(jié)約人工。

2.3.6 升降荷載控制系統(tǒng) 升降荷載控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求當(dāng)某一機(jī)位的荷載超過(guò)設(shè)計(jì)值的15%，采用聲光形式自動(dòng)報(bào)警；當(dāng)超過(guò)30%時(shí)，該機(jī)位自動(dòng)停機(jī)。具有超載、失載、報(bào)警和停機(jī)功能，并顯示記憶和存儲(chǔ)功能。該系統(tǒng)包括遙控器、控制主機(jī)和多個(gè)控制分機(jī)，遙控器、監(jiān)測(cè)終端均與控制主機(jī)通訊連接，遙控器、監(jiān)測(cè)終端可向控制主機(jī)發(fā)送控制指令，控制主機(jī)同時(shí)反饋數(shù)據(jù)到遙控器、監(jiān)測(cè)終端。多個(gè)控制分機(jī)之間并連后與控制主機(jī)連接，用以控制主機(jī)發(fā)送控制指令到控制分機(jī)以及控制分機(jī)反饋數(shù)據(jù)到控制分機(jī)，其中控制主機(jī)與控制分機(jī)之間以及控制分機(jī)與控制分機(jī)之間均通過(guò)控制線和主電源線連接，控制線和主電源線均通過(guò)尼龍?jiān)鷰Ч潭ㄔ谀_手架的腳手板上，主控制箱控制整組架體點(diǎn)位同時(shí)升降。分控制箱負(fù)責(zé)控制每一臺(tái)升降設(shè)備，并將荷載信號(hào)傳遞給主控制箱中的主控制器。主控制器將信號(hào)處理后，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)收集各點(diǎn)位的荷載值。

智能控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用傳感器測(cè)控技術(shù)，通過(guò)單片機(jī)對(duì)爬架的載荷進(jìn)行綜合分析并作出相應(yīng)處理，實(shí)現(xiàn)了爬架的升降的全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制，從而有效地保證了施工的優(yōu)質(zhì)進(jìn)行。

2.4 整機(jī)調(diào)試檢驗(yàn)

2.4.1 整機(jī)安裝流程 按照爬架平面設(shè)計(jì)圖在基礎(chǔ)架上面先安裝水平梁桁架→豎向主框架→立桿→型鋼腳手板→外防護(hù)網(wǎng)→附著支承→底盤封閉→動(dòng)力設(shè)備→電控系統(tǒng)→調(diào)試

2.4.2 整機(jī)型式檢驗(yàn) 型式檢驗(yàn)的主要技術(shù)性能指標(biāo)(依據(jù)GJ-20589-2020檢驗(yàn)報(bào)告):

1.架體全高:16.9m；

2.架體最大支承跨度:6m；

3.架體寬度:0.79m；

4.立桿最大間距:2m；

5.防墜性能:最大制動(dòng)距離75mm；

6.架體同步性能:相鄰機(jī)位最大升降差3mm；

7.水平支承桁架下弦桿跨中撓度最大值:12mm(標(biāo)準(zhǔn)荷載)；

8.結(jié)構(gòu)應(yīng)力:標(biāo)準(zhǔn)荷載使用工況最大應(yīng)力+58N/mm2；

9.升降工況最大應(yīng)力-74.5N/mm2。

3.經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析

以一棟30層周長(zhǎng)150m高層建筑為例分析外防護(hù)腳手架投入成本如下表:

項(xiàng)目 扣件鋼管架 扣件鋼管爬架 全型鋼爬架材料采購(gòu)費(fèi)用 185萬(wàn)元 80萬(wàn)元 80萬(wàn)元人工費(fèi) 40萬(wàn)元 35萬(wàn)元 30萬(wàn)元進(jìn)出場(chǎng)費(fèi) 15萬(wàn)元 5萬(wàn)元 5萬(wàn)元合計(jì) 240萬(wàn)元 120萬(wàn)元 115萬(wàn)元

由上圖可以看出在扣件鋼管架的費(fèi)用最高；兩種附著式升降腳手架費(fèi)用差不多，但全鋼爬架在以后多次周轉(zhuǎn)及人工年漲的情況下漸漸會(huì)顯示出優(yōu)勢(shì)。由此可以看出全鋼附著式升降腳手架具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

全鋼附著式升降腳手架安全性好、文明形象好、對(duì)進(jìn)度影響小、技術(shù)先進(jìn)等特點(diǎn)，受到施工單位的熱衷選擇，其應(yīng)用帶來(lái)良好的社會(huì)效益。

結(jié)語(yǔ)

全鋼附著式升降腳手架是在高層傳統(tǒng)附著式升降腳手架的基礎(chǔ)上研發(fā)的升級(jí)產(chǎn)品，極大地提升了腳手架施工的安全性。它設(shè)計(jì)精巧、操作簡(jiǎn)便、安全可靠、自動(dòng)化程度高。我們還需繼續(xù)完善爬架技術(shù)在高層建筑工程中的應(yīng)用，而作為一項(xiàng)新技術(shù)它已經(jīng)成功的應(yīng)用并值得推廣。隨著其在現(xiàn)今廣泛應(yīng)用中的專項(xiàng)技術(shù)改造、安全設(shè)計(jì)的研究和實(shí)踐應(yīng)用，必然朝向?qū)I(yè)化、較為完備的技術(shù)性能、良好的適應(yīng)性、可靠的安全保障、較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，而又有較大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額，并有望進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。