装配式建筑施工中的导架式升降平台附着技术研究

刘 鑫

1. 上海建工集团股份有限公司 上海 200080；2. 上海高大结构建造工艺与装备工程技术研究中心 上海 201114

1 背景介绍

随着国家大力提倡和鼓励绿色建筑及建材，装配式建筑在市场中的应用也越来越多。所谓装配式建筑是指在工厂预制、现场装配而成的建筑。它在施工过程中具有节约资源、快速便捷、劳动强度低、建设质量高、受气候条件制约小等特点，是一种工业化的施工方法。

而导架升降平台作为一种附着在建筑物外结构上的高空作业机械，其高效灵活、安全节能、经济性好、自动化程度高等特点与装配式建筑的匹配程度颇高。在装配式建筑的施工中，它不仅承担一部分垂直运输的作用，同时还可以作为一种工具式防护体系使用，更可以辅助施工人员完成PC构件的测量和定位等工序，控制安装误差[1-4]。

当建筑物及其工作高度不断升高时，升降平台的导架悬臂高度会不断增大。此时受风力和自身自重的影响，导架稳定性降低，使得设备发生摇晃，并且于顶端产生较大的位移，不仅影响设备正常运行，也容易发生危险事故。因此搭设附墙装置对导架进行支撑，将导架受到的载荷传递到建筑物主体上是十分必要的。附墙装置可以保证设备的整体稳定性，同时也可以调整导架的垂直度。

2 导架升降平台附着装置的设计方案和力学分析

附墙装置的主要力学作用有两点：第一，平衡导架所受到的扭转力和弯矩；第二，减少导架细长比，稳定主体结构。结合附墙装置的实际工况（图1），当有2道以上附墙装置作用时，需要采用连续梁力学模型进行计算。

根据标准GB/T 27547—2011《升降工作平台 导架爬升式工作平台》，当平台工作且位于导架顶端时，受力情况较为恶劣，此时受到的力有设备载荷、人员和物料载荷、人员水平操作力、动力工具产生的力、工作状态下的风载荷等。对上述载荷进行简化和处理（图2），将垂直力均布到导轨顶端的节点上；垂直力引起的弯矩转化为4对力偶加载到平台和导架相作用的位置；水平力和风载引起的扭矩简化为2对力偶加载到平台和导架相作用处；风载根据风向不同分别均布到迎风面节点上。

经有限元分析，可以得出导架上部第1组附着点的支承反力最大，故选取该附着平面对附着装置进行进一步设计。以常规的三杆式附墙装置为例，对该平面进行受力简化（图3）。图3中，N为上部弯矩作用在附着面上的水平力和风载产生的水平力的合力；M为风载和水平力产生的扭矩；T1、T2、T3为杆件内力；θ为受风载影响时水平合力N的变化角度。

图1 应用工况示意

图2 荷载简化处理示意

图3 附着装置内力计算简图

根据平面力系的平衡方程ΣFx=0、ΣFy=0、ΣFo=0，分别列式如下：

其中α=arctan [2b/(a－c)]，β=arctan [2b/(a＋c)]。

由以上平衡方程不难看出，附墙杆内力T是一个关于角度α的函数，经计算分析得出，当α=45°时，T2=2M/[(2b＋c)(cosβ－sinβ)]，此时T2的内力大小与合力N的方向无关，杆1和杆3即可平衡合力N，T2则起到平衡扭矩M和保持平面体系稳定的作用。当40°＜α＜55°时，各附着杆内力变化趋向平稳，且附着杆件内力和支座反力较小，对附着点建筑结构的承载能力要求也较小。

3 装配式建筑中附着装置的工艺流程和应用要点

附着装置的工艺流程如下：附着点的定位→附着装置的设计制作→两端附着支座安装→附着杆件安装→附着装置拆除。

根据施工平面图对附着装置的附着点进行定位，确定附着杆件的安装角度和理论长度，附着杆与建筑物墙面之间的角度应在40°～55°之间。并且在附着点定位时，应尽量遵循以下原则：附着点应布设于靠近楼板处，以利于传力和安装；对于框架结构装配式建筑，附着点应布于靠近柱根部；附着点设置于外墙墙面时，应选择靠近丁字墙和外墙转角处，避免设置于轻质墙与预制外墙交汇节点处；当外墙无法满足设置要求时，可通过窗洞口将附着点设置于承重内墙或柱上。

为了适应装配式建筑的快速便利等特点，应对附着装置进行模块化设计和制作，便于组装、调节和更换。结合其功能和应用要求，将附着装置分为以下部分（图4）：

图4 附着装置结构

1）滑动框架：用于连接导轨架立柱。

2）调节杆a：用于调节长度和平衡扭矩。

3）调节杆b：用于调节长度和调整导架垂直度。

4）附着连接座：用于连接附着杆和建筑结构。

在装配式建筑的施工过程中，通常将建筑物端的附墙点设置于每层的楼板上（图5）。预制楼板内设有预埋螺栓，通过附着装置将导轨架与建筑物主体连接，锚固能力较强，导轨架稳定性能够得到较好的保障。

但当建筑端和导架端附着点有落差时，基于附着杆件在受力时应只承受水平方向上的拉压力，不应受弯的要求，需要对两端附着点的位置和结构进行调整，以力求将附着平面保持水平，满足受力要求。导架端可以通过滑动框架对其安装位置进行调整，但应注意间隔距离。

图5 楼板处附着连接

对于建筑结构端，当附着点无法设置于每层楼板处时，为了避免在预制外墙板上开孔，则需要使用其他位置和方法进行附着。可以将附着装置安装于预制梁或者阳台板上，也可以安装于窗口处或者通过外墙上的洞、窗将附着装置安装于内部预制剪力墙和预制柱上。

当附着装置安装于阳台板上时（图6），为了保证附着装置的水平，在附着装置连接时增加了辅助支架，通过对穿螺杆将支架固定在阳台板上。同时也避免了破坏阳台板反梁的结构，保证结构的稳定性。

图6 阳台板上的附着连接

在附着装置安装于预制梁上时（图7），需要在预制梁结构中埋设预留套管，预留套管与梁表面需相互垂直，不能有倾斜夹角。考虑到预留套管在制作中的精确定位较为困难，制作时可以将几个预留套管焊接成框架形式，并绑扎在钢筋上，以达到定位的要求。

图7 预制梁上的附着连接

在窗口处进行附着连接时（图8），将辅助附着框架安置在墙体的窗口处，根据窗口的实际厚度通过调节杆的粗调和精调使支撑钢板和橡胶板夹紧内外表面。在固定附着装置的同时，保护了外墙结构，避免外墙的损坏。

图8 窗口处附着连接

当导轨架距离建筑外墙较近时，如果与外墙进行附着连接则较难满足附着杆件所需的角度。此时可以通过外墙上的孔洞将附着装置附着在内部的剪力墙和柱上（图9）。附着在内剪力墙上的连接方式与附着于预制梁上的连接方式相同；附着在内部柱体时，可以采取环抱柱体的方式安装附着连接座。充分利用预制外墙体窗框洞口，避免在预制外墙体上开设孔洞，保护了墙体的整体性和质量。需要注意的是，当附着点与导轨架距离较大时，需要对杆件截面进行重新设计，以保证杆件的稳定性。

图9 内墙、柱处附着连接

当两端附着支座安装完毕，在安装附着杆件之前，需要对导轨架进行垂直度的校核和矫正。满足垂直度要求后，再对附着杆件进行吊装，首先将调节杆b与两端的附着支座连接，再将调节杆a安装于2根调节杆b的中间。待全部就位后，利用调节杆a和b对导轨架进行垂直度调整，满足垂直度要求后，将锁紧螺母锁紧。拆除过程则是安装过程的逆向实施。

4 附着技术在装配式建筑中拓展应用的探讨

装配式建筑在工程中的应用越来越多，其多样性和复杂程度也在悄然变化着。附着技术在装配式建筑中的应用除了要满足基本的工艺要求外，还有着很多发展空间。

1）在高层建筑施工中，导架升降平台不再单单满足于外墙装饰的应用，而是在主体施工中就参与使用。在施工层预制件安装过程中，受其工况限制，在施工层安装的附着装置与墙体连接的稳定性不足以满足导架升降平台运行时对强度的需求，会对建筑构件造成破坏。因此在建筑主体施工过程中，附着装置应设置在已安装完成的楼层处，这就造成了导架升降平台至少需要悬挑5 m的高度。对于最上部一道附着装置而言，所要承受的力无形中增大了许多。为了解决上述问题，可以对最上层附着装置采用桁架结构的双层附着，来保证附着装置和导轨架的稳定性与安全性。

2）对于导架和建筑两端附着点高度不一致的情况，本文采用的是对导架的附着点采取上下滑动的方式来调平两端附着点高度。而在一些工程中，则在每根附着杆件两端各增设一个与原有销轴成90°的水平销轴，使得附着杆件两端都具有“万向节”的功能，以增加对位置偏差的适应性。但每根附着杆件的铰接点太多，杆件在受压时，很难保证杆件中心线的直线性，销轴会产生额外弯矩，对销轴受力很不利。因此不建议用此方法。

3）在使用过程中，现有的附着支座和附着杆件装配完成后，有时存在两者相对转动的现象。为了避免附着杆件的角度超出合理范围，影响附着装置的稳定性，可以考虑在两者之间设置防转板，使其只可以在40°～55°之间转动。在控制角度的同时，也可增强连接结构的力学性能。

4）随着建筑物高度增加和造型变化，附着装置的道数和长度也存在着较大的变化，附着杆件过长会对导轨架的稳定性有着较大影响。因此，对关键位置附着杆件的应力和挠度进行监测显得较为必要。监测结果可以直观地反映导轨架的状况，以便于及时做好维护和加固措施。

5 结语

基于导架升降平台在装配式建筑施工中的广泛运用，其附着装置的正确应用对设备的整体稳定性起着至关重要的作用。本文通过受力分析和工艺特点的阐述，很好地解决了附着装置在复杂的施工现场环境中的应用问题，对提升其在设计和使用中的经济性有着较为合理的参考意义。但随着装配式建筑的形式和要求的不断更新，仍然有很多的问题需要完善和解决。而通过附着技术在装配式建筑中拓展应用的探讨，提出了一些现有问题和改进方向，值得工程技术人员进一步深入研究和探索。