反拉技术在附着式升降脚手架中的应用*

郑 守，聂 超，徐成瑶，郑 辉

(中建海峡建设发展有限公司，福建 福州 350015)

0 引言

附着式升降脚手架的出现不仅提高了高层建筑的施工进度,而且有效解决了落地式脚手架成本高的问题[1]。搭设高度依建筑物标准层的层高而定，一般取建筑物标准层4个层高加1步护身栏的高度为架体的总高度[2]。附着式升降脚手架以电动葫芦为提升设备，使整个外脚手架沿建筑物外墙或柱整体向上爬升。传统的提升方式具有很高的势能和危险因素，具有架体结构失稳、提升系统偏心倾覆的风险[3]。脚手架提升的稳定性关系施工人员的安全及施工进度[4]。

为解决传统附着式升降脚手架提升方式中存在的问题，创新性采用电动葫芦反拉技术，减小了架体离墙间距，降低了工人操作强度，进而有效降低架体附着所需强度，巧妙地避免了电动葫芦在以往使用过程中产生歪拉斜吊的普遍现象，提高了提升的平稳性。

1 工程概况

福州世茂南通项目土建总承包工程由1层地下室、4栋超高层及6栋高层住宅组成，1号楼、5～7 号楼为超高层住宅楼，2～3，8～11号楼为一类高层住宅楼，其中，1～3，5，8号楼1层局部为公共配套用房。1，5，6号楼高141.1m，7号楼高123.7m，2号楼高98.7m，3，9号楼高99.1m，8号楼高92.0m，10，11号楼高93.3m。抗震设防烈度为7度。

本项目架体采用特制型钢与螺栓连接,宽1.1m,步距2.2m；架体总高度20.8m；架体内排竖龙骨中心离墙标准距离0.73m。

2 传动方式

附着式升降脚手架的升降动力为电动葫芦，传动方式有中心吊拉和内侧吊拉两种[4-6]。

1)中心吊拉 电动葫芦固定在悬挑梁上，悬挑梁通过螺栓固定在建筑结构上，如图1所示。理论上电动葫芦提升点为架体重心位置，架体提升时竖直上下，无倾覆力矩。然而由于机位布置及施工荷载的原因，架体重心往往会随机地偏离理论重心，使得架体升降时产生内倾或外倾，具有不确定性，易产生机位相互制约，增大了架体内应力。

图1 中心吊拉式附着式升降脚手架

2)内侧吊拉 电动葫芦安装在附着梁上，附着梁通过螺栓固定在建筑结构上，电动葫芦提升点处于架体导轨内侧，如图2所示。架体升降时存在倾覆力矩，其大小为重心与电动葫芦挂点的距离和架体自重的乘积，架体各机位均处于外倾状态，方向统一。

图2 内侧吊拉式附着式升降脚手架

两种传动方式的共同点是，架体提升需倒换电动葫芦挂点，电动葫芦净重85kg，倒换困难，同时倒换电动葫芦影响线路布置，易造成线路故障，影响施工进度。

3 反拉技术

3.1 反拉技术特点

1)提升过程中或相邻两次提升电动葫芦无需倒换。

2)架体升降或停靠过程中，架体倾覆力矩在可控范围内，并为其确定方向，避免机位之间产生扭曲变形。

3)若采用电动葫芦反拉技术，其链条作用方向与架体升降方向相反，需进行动力变向，反拉点与转向点之间的距离随架体升降发生变化，影响反拉力的方向，进而影响倾覆力矩。

3.2 反拉技术原理

将电动葫芦固定在架体上，随架体升降，避免每次提升需倒换电动葫芦。同时，针对倾覆力难以控制的问题，智能附着式升降脚手架采用滑轮换向，即采用钢丝绳一端固定在电动葫芦下挂钩，另一端固定在附墙挂座上，中间通过滑轮换向，滑轮与提升梁上固定点呈竖直状态，避免角度变化，保证了倾覆力矩为恒定值，且受力明确。架体升降时只需倒换钢丝绳即可，大大降低了倒换难度，如图3所示。

图3 反拉技术原理

4 反拉技术的实施效果

反拉技术动力系统主要由上下提升梁、电动葫芦、钢丝绳、滑轮等组成。上下提升梁固定在架体竖向主框架上。电动葫芦上钩挂在上提升梁横销上，下钩与钢丝绳钩连接，钢丝绳绕过下提升梁上的滑轮与建筑结构上的提升挂座连接，提升挂座由穿墙螺栓固定在建筑结构上，架体整体荷载通过穿墙螺栓传递到建筑结构。提升挂座上固定有抱轮，对架子整体升降起导向和防倾覆作用。脚手架提升过程如图4所示。

图4 智能附着式升降脚手架提升示意

5 反拉传动可行性验算

根据JGJ 202—2010《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》要求，所选取的计算单元必须满足以下条件：架体高度与支架跨度的乘积≤110m2，架体计算跨度≤7m。

1)静荷载

各部件统计如表1所示。

表1 各部件统计

因此，静荷载：

∑F静=mg=3 730.91×10=37 309.1N

2)活荷载

当3步架体同时作业时取活荷载标准值2kN/m2，当为升降状态时取0.5kN/m2，取2层。

3)风荷载

根据GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》，风荷载标准值：

Wk=βz·μs·μz·wo

风振系数βz=1，基本风压wo=400N/m2(取当地基本风压)，高度修正系数μz=1.27(建筑物高度按100m，地面粗糙度按D类)。

冲孔网挡风系数φ=0.6(挡风系数φ为挡风面积与迎风面积之比，即0.5，考虑到施工过程中网眼会留有混凝土等杂物，因此确定为0.6)，则体型系数：

μs=φ×1.3=0.6×1.3=0.78

Wk=1×0.78×1.27×400=396.2N/m2

4)荷载合计

按规范取动力系数γb=1.05，冲击系数γc=2.0，恒荷载分项系数γa=1.2，活荷载分项系数γq=1.4。

根据设计布置，最大跨度L=6.0m，前、后立杆距离H=0.75m。

静荷载：P静=γa∑F静=44 770.92N；

活荷载：P活=γqLH×3×2 000=37 800N；

使用时：P使=γb·(P静+P活)=86 699.5N；

升降时：P升=P静+γaLH×350=46 660.92N；

防坠时：P坠=γcP升=93 321.84N。

5)上吊挂件销轴受剪验算

上吊挂件销轴采用直径28mm Q235A圆钢轴，[f]=215N/mm2，[fv]=125N/mm2，受剪截面积As=615mm2。

6)上吊挂件焊缝强度验算

焊缝采用母材(厚度8mm)直角焊，双面满焊，焊脚尺寸hf≥6mm，由GB 50017—2017《钢结构设计标准》，在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下，当力垂直于焊缝长度方向时：

当力平行于焊缝长度方向时：

7)上承重梁强度、挠度验算

采用2[10背对背组合，长度750mm，截面模量Wx=39.7cm3，惯性矩Ix=198cm4。提升荷载P=46 660.92N，两端刚接：

Mmax=PL/8=4 374N·m

强度满足要求。

挠度满足要求。

8)抱轮抗倾覆能力验算

9)钢丝绳受力验算

经调查，选用6×37-22-1770规格的钢丝绳。根据《重型设备吊装手册》(第2册)、GB/T 8918—1996《钢丝绳》，换算系数C=0.82，K=6。

T=273.00×1.336×0.82=299.08kN

式中：T为钢丝绳的破断拉力(N)；K为钢丝绳的安全系数。

升降时的荷载P=46 660.92N

经过上述验算可看出，使用正置反拉的传动方式，整体结构稳定性满足施工要求。

6 结语

对于高层建筑施工，附着式升降脚手架能将高处作业变为低处作业，将悬空作业变为架体内部作业，科技含量高且更经济、安全、便捷。反拉技术的提出，使爬架提升更加稳定、便捷，对架子整体升降起导向和防倾覆作用。