高处作业吊篮非常规架设的技术研究

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

1 概述[1-7]

高处作业吊篮自从国外引入有四十多年，原本是作为脚手架的一项辅助设施。过去常常将此归入小机具或工具式脚手架，产品制造商通过引进、消化和发展，到目前已形成了多系列规格的产品。在通常情况下，按照产品说明书即可架设使用。但是近年来越来越多施工作业环境受到限制，常规的高处作业吊篮往往难以架设或使用。于是，各种各样的改良设计技术就纷纷应用到吊篮中，通常被列为非常规架设范围。其中有些特殊的风险性较大的安装方案还需通过专家论证。

2 非常规架设吊篮的种类

高处作业吊篮通常由悬挂机构、悬吊平台、提升机构、钢丝绳吊索的安全装置组成。一般前梁长度在1.7 m以下，中、后梁总长在3～5 m，配重力矩比≥2，平台篮体长度在2～8 m，可分拆组合，如图1所示。

非常规架设的高处作业吊篮，一般仍使用原提升机构等部件，主要的设计变化是悬挂机构或悬吊平台调整构造形式及变更尺寸等方面。

2.1 悬挂机构

特别设计变更悬挂机构，使之满足施工条件，是最常用的非常规架设技术，通常的形式可以归纳如下十多种：

2.1.1 配重长垂式

图1 高处作业吊篮的基本型式

前支架搁置点与后支架不在同一平面上，高度差远超过2 个支架可调节的范围。悬挂机构在后梁末端增设加长接杆后连接后支座，使配重质心的高度下垂，远低于前支架搁置点之下，接杆的长度一般在2～5 m。

2.1.2 锚索平衡式

前支架搁置或固定在建筑结构上，取消后支架，在后梁尾端设置拉杆或拉索，垂直引下锚固在建筑结构中，前梁、后梁长度可随要求变动。使后锚固点承载力与前端悬吊平台荷载相平衡。

2.1.3 挂锚配重式

若前支架可搁置、后支架无可靠搁置处（如在钢结构上架设时），可增设异形后支架，使之支撑（锚固）在结构上，配重则吊挂在异形后支梁上，悬挂机构后梁尾端通过拉杆或拉索与异形后支架连接，设计时应保证配重力矩≥2，见图2。

2.1.4 捆绑式

悬挂机构不设配重，后支架底座直接用钢索捆绑在建筑结构上，以捆索承载前端的平台荷载力，见图3。

图2 挂锚配重式悬挂机构

图3 捆绑式悬挂机构

2.1.5 轨道行走式

在建筑结构上设置钢连接件和型钢轨道行走小车等，将悬吊平台升降钢丝绳上端与行走小车挂接，使整个平台可以垂直升降和水平移动。也有上部使用多架常规悬挂机构，在前梁端下部装设型钢轨道并连接贯通，使行走小车能在水平面长距离变换位置。移动悬吊平台时，操作人员需将平台上升至接近轨道，用人力操作移动机构，移位后需锁定在轨道上，见图4。

图4 轨道行走式悬挂机构

2.1.6 夹钳式

悬挂机构没有前、后支架和配重，而是以型钢焊接成卡钳形式，搁置在女儿墙等建筑结构上，前夹钳为一个支点，后夹钳为另一支点，由可调螺杆控制夹紧力。以两点（A、B点）高差和夹钳力克服悬吊平台的荷载力矩，主梁需承受弯剪应力，见图5。

图5 夹钳式悬挂机构

2.1.7 穿墙式

前梁穿越结构墙体（如筒仓壁、剪力墙留孔处），后梁扩展为支座，取消配重，用多个螺栓直接锚固在墙体上，外伸前梁承受弯剪力，见图6。

2.1.8 垂锚式

当后支座不能稳定放置在承载结构上时，在墙体等垂直面上设置埋件或种植化学螺栓。固定连接板，将后支座锁定，也可不设配重，主要以螺栓承受剪力，平衡悬吊平台荷载，见图7。

图6 穿墙式悬挂机构

图7 垂锚式悬挂机构

2.1.9 焊固式

将前后支架竖杆缩短为支座，直接焊接在建筑结构的预埋件或钢结构上，其主要抗倾覆力由后支座处的焊缝承受。

2.1.10 架台式

当前或后支架搁置面有高差时，可用钢管扣件搭设支架，形成局部平台，悬挂机构不作变更，将前或后支架荷载通过平台转递到建筑结构上，见图8。

图8 架台式悬挂机构

2.1.11 挂车配重式

后支架自成一带有走轮可移动的小车，配重放置在车内，架设时将小车连配重一起挂扣在后梁尾端，形成平衡力矩，见图9。

图9 挂车配重式悬挂机构

2.1.12 高低梁式

前后梁不在同一水平面上，且分别连接在前支架上下两处，有一定高差，由前支架立杆承受压弯力，见图10。

2.1.13 挂梁式

取消悬挂机构的钢结构杆件，直接在建筑或钢结构梁上设置吊环或捆扎绑索，起升钢丝绳直接扣接在钢环中或绑索上，见图11。

图10 高低梁式悬挂机构

图11 挂梁式悬挂机构

2.1.14 拉索式

悬挂机构只有前梁而无后梁，用拉索扣接前梁前端，该拉索以一定的上倾角度锚固在建筑结构上，也可越过上部建筑结构后再行锚固，见图12。

图12 拉索式悬挂机构

2.1.15 钢架式

用型钢焊接成所需的形状、高度和支固点不一的钢架，或直接锚固在建筑结构上，或用连系杆件拉结在承力结构上，以满足作业要求。

2.2 悬吊平台

在高处作业吊篮的非常规架设中，悬吊平台的改变主要是变更悬吊平台的一字形单一组合形式，采用各种几何形状或叠加或组合或变形，以适应作业环境条件。

2.2.1 双层平台

将2 个悬吊平台作竖向上下设置组合，在上平台中设置提升机构，两平台之间用刚性杆件连接，并有爬梯相通。上下平台可等长度，也可组合成不同长度，甚至下平台设置在上平台的外垂面，有利于作业人员的应急逃生，见图13。

2.2.2 导索平台

悬吊平台上设有扣滑轮，可沿导索在非垂直立面上下升降，导索上、下端均需锚固，且有适当的张紧力，平台升降动力为提升机，见图14。

图13 双层式悬吊平台

图14 导索式双层悬吊平台

2.2.3 曲径平台

将平台设计成弯曲或折角形式，仍使用2 套提升机构作为升降动力，平台篮体可适应建筑结构转角、弧形和凹凸面的施工作业，见图15。

图15 曲径式悬吊平台

2.2.4 多提升机平台

悬吊平台上的提升机构多于2 台，分别设置在平台不同点，以形成较大的平台作业面或适应特殊环境，平台有圆环型、矩（椭圆）型、伸缩型和外挂辅篮型等，但提升机构需同步升降，以保持平台的稳定，见图16。

图16 多提升机悬吊平台

2.2.5 伸缩平台

悬吊平台上下升降时，若受到建筑结构梁、凸台、退台等在立面上有变化障碍时，悬吊平台可在端部或工作面增设可伸缩附篮，以延伸作业面，见图17。

3 非常规吊篮的设计原则

在施工实践中，根据现场实际，均可以对以上各种悬挂机构和悬吊平台进行拆分和组合，设计成符合施工环境的高处作业吊篮。但根据《高处作业吊篮》规范，在选型设计时必须充分考虑到如下要求：

图17 伸缩式悬吊平台

（a）悬挂机构架设在建筑物上的，其支承处应能承受吊篮的全部质量。

（b）使用锚固金属件的，包括螺栓、钢环或类似钢锚件的，其直径应在16 mm以上。

（c）吊篮的钢结构设计时，其许用应力不得过高，一般应按材料屈服点的50%取值，即安全系数不应小于2 倍。

（d）悬挂机构的荷载由建筑预埋件承受的，其埋件包括连接件或焊件的设计安全系数应不小于3 倍。

（e）用配重方式平衡悬吊平台荷载的，其配重和梁组成的平衡力矩应大于悬挂平台总荷载力矩的2 倍以上。

4 验算要点

任何非常规的吊篮，当选定形式后，都应通过分析，建立力学模型，然后分别计算各杆件、连接销、拉索、焊缝应力，并符合上述条件，以策安全。

（a）对前后梁验算压稳应力，不仅要验算受力垂直平面内的稳定，更要验算平面外（水平面）的稳定，这是因为杆件端部约束的力学模型不同，否则极易造成平面外失稳。

（b）对悬挂机构上拉索跨越上支柱，且上支柱顶部是以滑轮为支点的力学模型设计时，必须认识到拉索前后内力是相同的（不计摩擦阻力），当前梁与后梁长度不等时，上支柱将承受压弯力，因此验算时要同时作平面内外压杆稳定验算。

（c）使用钢丝绳作为拉锚索时，钢丝绳承载力验算的安全系数不能以缆风索参数取值，而应作为载人吊索来考虑，其安全系数不得小于9 倍。

5 几点不可忽视的问题

（a）高处作业吊篮作为载人的平台，任何时候都应将人员的安全列为第一位，在非常规架设的方案设计时，就必须考虑人员逃生措施，应有人工下降的机构，为吊篮失电时人员能安全降落地面。

（b）对部分双层悬吊平台，常规的生命绳尚不能可靠提供安全保障，尤其是当整个平台意外坠落时，下层作业人员逃生仍存在难度，因此必须谨慎使用。

（c）搭拆非常规悬挂机构，作业条件往往比较复杂和困难，设计时应同时考虑装拆人员的登高设施、防坠措施，尽可能提供人员安全作业平台。

（d）高处作业吊篮只能作为施工人员操作平台，不得同时兼作材料垂直运输或起重设施。若有时确需配合起重机械吊挂作业的，如安装幕墙、钢结构件等大、重材料时，必须考虑到悬吊平台与吊装件在时序或空间上的分离，确保两者不重叠干涉。

（e）悬挂机构架设时，不仅只是在垂立面上做到稳定可靠，还应考虑到水平风荷载的作用，尤其当架设高度超过100 m时，风荷载的影响不可忽视，应设计增加抗风拉索杆、保险索等补充措施，确保任何时候机构稳定。

（f）安全装置是高处作业吊篮必配部件，在非常规设计架设时，不得随意变更或取消，仍应以原始的防坠、防倾安全锁、升降高度限位及超载保护装置为首选，否则必须进行相应形式的运行试验，确认合格后方可使用。

（g）多提升机悬吊平台应有同步控制设施，保障平台升降时，各提升机受力平衡，不产生单机超载，同时也保障平台结构件和登高操作人员的安全。

6 结语

非常规架设技术使高处作业吊篮的应用范围得到了扩展，为建筑施工提供了更多的技术手段。通过以上的研究，不难发现，各种类型的悬挂机构和悬吊平台的组合，能适应极大多数不同作业工况，不仅是脚手架的替代设施，更是一类自成体系、灵活方便的施工设备，必将越来越多地出现在建筑施工中。