浅析附着式升降脚手架在装配式建筑中的技术运用

黄文天



浅析附着式升降脚手架在装配式建筑中的技术运用

黄文天

（中铁十二局集团建筑安装工程有限公司，山西 太原 030024）

以山西省太原市上兰村在建装配式建筑施工现场附着式升降脚手架为研究对象，从其基本组成出发，论述了各大系统作为主要组成部分及在装配式建筑施工过程中的运用机理与问题探究；从其工作原理及施工现场安装情况方面分析了架体在装配式建筑安装过程中可能会出现的问题和误差，提出技术改进的方法并进行现场实验。研究表明，主框架高差改进之前的合格率为76.9%，其改进后的合格率为93%；分析降低误差后所产生的经济效益发现，缩短了工期并节约了成本。为附着式升降脚手架在装配式建筑中的技术应用提供了重要的理论依据及实践参考。

附着式升降脚手架；装配式建筑；组成系统；工作原理

1 引言

附着式升降脚手架是指搭设一定高度并附着于工程结构上，依靠自身的升降设备和装置，可随工程结构逐层爬升或下降，有防倾覆、防坠落装置的外脚手架；其主要由竖向主框架、水平支撑桁架、架体结构、附着支撑结构、防倾装置、防坠装置等组成。建筑周边外防护架的使用是建筑施工非常重要的一项安全考核项目，本项目使用了附着式升降脚手架，属于项目施工中的一项重难点，架体安装及提升过程中的安全稳定效果能有效体现出项目的施工质量管理水平，也能作为项目创优过程中的一个施工亮点进行展示。架体提升过程中的高差对架体的安全性能有至关重要的影响，对架体安装标准的提升是对自己的一项考验，也是对施工本身的一种负责态度。

随着现代工业技术的发展，建造房屋可以像机器生产那样，成批成套制造。只要把预制好的房屋构件，运到工地装配起来就可以了。由于装配式建筑的建造速度快，而且生产成本较低，近几年得到迅速发展。按照推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的要求，大力发展混凝土装配式建筑，具有发展节能环保新产业、提高建筑安全水平、推动化解过剩产能等一举多得之效。

本文以山西省太原市上兰村施工现场附着式升降脚手架为研究对象，多方面分析附着式升降脚手架在装配式建筑中的技术应用，根据理论进行实验，对于附着式升降脚手架在建筑中的技术应用具有重要的指导意义。

2 附着式升降脚手架的系统组成及工作原理

2.1 架体结构

主框架由导轨、龙骨、加固件等组成。导轨由两根8号槽钢组合而成，标准长度为6 m；龙骨选用80 mm×40 mm×3 mm矩形焊管加工制作，标准长度为4.5 m、3 m两种。导轨两根槽钢之间焊有防坠挡杆，与附墙装置的可调式卸荷支顶器与防坠摆块相互配合，起支撑与防坠的作用，导轨槽钢翼缘板与附着件导向轮相互配合，起导向、防倾覆作用。导轨分别与每层走道板相连接，将其每层的荷载均匀地分散在主框架上；底部桁架以60 mm×30 mm×3 mm矩形焊管为横杆，连接相邻两个主框架、主框架与副框架；以40 mm×40 mm×2 mm矩形焊管为立杆与斜腹杆；桁架直接承受相邻主框架之间架体传递的荷载，并通过M16螺栓连接将其荷载直接传递给主框架。架体结构框架如图1所示。

图1 架体结构框架图

2.2 附墙防坠系统

附墙系统由10 mm厚钢板、8#槽钢、可调式卸荷防坠支顶器、导轮、防坠摆块、弹簧组成。附墙支座通过穿墙螺栓与建筑物连接，使附着式升降脚手架附着在建筑物上；防坠装置为单独设计的防坠摆块，架体提升时利用防坠装置重心与销孔不在同一竖向直线，且防坠装置由于重力倒向升降架轨道一侧，从而不妨碍架体提升。当整体架发生意外坠落时，防坠落装置由于支座角钢限位块不能向下摆动，使得架体停止向下运动。架体意外下坠时摆块被激活，导轨的防坠挡杆顶住防坠摆块起到了防坠的作用，附墙支座上的导向轮与导轨上的滑槽卡在一起变滑动为滚动同时防止架体倾斜。附墙防坠系统如图2所示。

图2 附墙防坠系统

2.3 动力提升系统

动力系统采用特制电动葫芦，额定起重量为7.5 t，既可以手动调节也可以遥控操控。手动主要用于调节升降前葫芦初始受力状态，电动遥控主要控制架体的自动升降。动力提升系统如图3所示。

图3 动力提升系统

2.4 控制系统

控制系统包括电控系统和荷载感应系统。电控系统与每个机位的荷载感应系统通过信号线连接，能够对各主框架吊点的运行状态进行信息采集、处理和程序控制，显示各个点位承受实时荷载的数据，对架体同步升降进行调整。如升降时任意点位的荷载达到提前设定好的规定值时，控制系统会自动报警并切断电源，停止整个架体的提升或下降，同时指示故障部位。控制系统如图4所示。

2.5 工作原理

附着式升降脚手架的升降原理为：提升钢丝绳一端固定在建筑物的附着提升装置上同时绕过底部提升滑轮组另一端同电动葫芦的挂钩连接；启动电动葫芦后，拉结钢丝绳使得架体主框架导轨顺着附墙导向装置上升或下降，实现架体整体同步升降。

图4 控制系统

3 附着式升降脚手架在应用中的优势

为了符合国家倡导的建筑施工机具机械化、装配化、标准化的要求，且符合国家以人为本的安全发展、科学发展理念，也符合国家低碳环保、节能减排要求，附着式脚手架在实际工程中被广泛应用和发展，不仅降低了安全管理成本，而且也降低了施工成本。

3.1 先进性

传统钢管架都是人工搭设作业，而附着升降脚手架采用电控箱来进行架体升降作业或安全控制，安装搭建过程中散搭散拆，几乎不占用施工场地，对现场作业面条件要求较小，省时省力。

3.2 经济性

一般18层（50 m高）以上建筑物就可适用，楼层越高经济性优势越明显。据测算，每栋楼的外架综合成本与其他类型脚手架相比，可节省钢材用量70%，节省用电量90%，节省施工耗材30%，每栋楼可综合节约30%～60%的成本。

3.3 安全性

附着式升降脚手架能把其他脚手架的室外作业变成车间作业；在现场地面或底层组装，把高空作业变为低空做作业；另外能将高层施工悬空作业变为架体内部作业，将人工作业变为机电控制作业，极大限度避免了作业危险；全钢装配架还能杜绝火种、避免火灾事故的发生，四周形成相对封闭的整体围护结构，能有效防止高空坠物，避免衍生伤害。

3.4 实用性

几乎所有高层、超高层、筒式建筑和造型比较复杂的建筑均可采用。走道板上斜拉杆件很少，通透方便，人员通过无障碍。简便、简洁，有利于工地文明施工。

在使用功能上，上升能满足各类主体施工（比如高层房屋建筑，烟囱等超高结构的施工，且能做到上层支模浇筑、中层拆模转料、下层边墙砌砖）。下降能进行外墙装修（比如打底抹灰、安装幕墙、贴瓷清洗等）。并且能适用于不同气候地区、各种高层建筑物的外架施工需求，可应用于各种结构的建筑主体。

3.5 操作简单、使用方便

竖向主框架、附着支撑、底部桁架均定型定模数生产，运输方便、安装简捷，3～5人即可徒手安拆和操作，无需使用大量作业机械，也不需要大批料具和大量人力。尤其是全钢装配式爬架和改进的电葫芦安装工艺，省去了传统爬架需要大量人工作业和电动葫芦重复安装的烦琐工艺及耗时用工，节省了大量劳动力并减轻了施工人员的劳动强度，还保护了产品，避免了电动葫芦因重复拆装、搬运造成的人员或机械损伤。

3.6 机械化作业，效率高，易管理

由于附着升降脚手架都是在车间加工，在现场组装、低空或室内作业、高层使用。除组装外整个作业过程不占用塔吊时间，极大提高了施工效率，降低了安全管理难度，还有利于现场文明施工。

3.7 节能、低碳和环保

采用附着式升降脚手架有节能、低碳和环保作用，符合国家现在要求的绿色环保建筑理念。

4 附着式升降脚手架在装配式建筑安装中的技术控制分析

在附着式升降脚手架的安装与应用中，附墙支座的安装是一项重难点。每个提升点位在每层上设置量组预埋孔，其中导轨对应的预埋孔供安装附墙装置用，另一组预埋孔供安装提升装置使用。提升装置与附墙装置预埋孔中心间距250 mm，两组孔均设置在板底下50～100 mm，剪力墙可适当降低埋设高度；同一点位的孔在上下相邻楼层水平位置偏差应控制在20 mm以内。预埋孔直径应以35 mm为宜，可采用外径40 mm的PVC管埋设。

4.1 附着式脚手架安装前的位置确定

附着式升降脚手架在安装前应通过放线确定其机位位置，附着式升降脚手架的第一道走道板应铺放在钢管架搭建的水平平台上。在施工现场，由于地面平整度较低，因此，采用水准仪测量不同位置的高度差，找准水平点从而进行搭建。架体安装平台水平是影响附着式升降脚手架安装成功的关键因素，因此，安装平台的搭建必须由专业人员完成，在合理的范围内尽量缩小误差以保证架体的准确安装。

4.2 不同装配式建筑施工对附着式升降脚手架安装的影响

部分建筑在施工时采用现浇楼层和预制楼层两部分，下面楼层主体采用现浇混凝土浇筑，上面楼层主体采用预制装配式建筑。如果在现浇楼层浇筑时出现高度不统一的情况，会造成预制楼层安装误差，从而影响机位与墙板的对接和架体的安装。因此，在现浇楼层的浇筑时，应保证浇筑完成后的主体处于水平高度，从而保证预制墙板的安装，以达到架体顺利安装的目的。

4.3 预制楼层的制作和安装

装配式楼层的墙板在制作与安装的过程中也可能存在误差。相比于现浇混凝土，在装配式建筑的应用中，附墙支座预留的穿墙螺栓孔在工厂提前进行预留，因此预制墙的穿墙螺栓孔与设计是否一致至关重要。如果出现不可调整的误差，只能以改变机位的方法来重新设计安装，造成了财力物力的浪费，所以附着式升降脚手架的设计人员与预制工厂的前期沟通显得尤为重要。

4.4 附着式升降脚手架技术研究改进办法

传统的附墙支座背部连接孔为直径为35 mm的圆孔，在装配式建筑中我们采用将圆孔改为长孔的方法，并且在受力允许的范围内将长孔的长径增加到100 mm，可调节范围变大，在一定的误差内有效提高了架体的安装成功率。

5 全钢附着式升降脚手架的安全性能分析

根据规范要求，附着式升降脚手架相邻竖向主框架的高差小于等于30 mm、整个架体最大升降差小于等于80 mm时为最安全的高差范围。根据爬架提升原理及现场调研后，分析造成附着式升降脚手架安全性能减小的原因。

5.1 电动葫芦使用分析

由于现场使用混乱，同一栋楼使用不同种类电动葫芦的情况普遍存在。因为不同批次的电动葫芦提升速率不同，所以在提升的过程中势必会造成主框架产生高差。如果把电动葫芦按编号分类码放，确保同批次电动葫芦安装至同一栋楼，这样就会保证架体的提升速率相同，从而减少附着式脚手架在建筑运用中的主框架高差。电动葫芦使用情况如图5所示。

图5 电动葫芦使用情况

5.2 钢丝绳使用分析

架体提升前，不能保证钢丝绳处于同时绷紧状态，钢丝绳的松紧不统一也成为主框架存在高差的成因之一。因此，在提升之前应对钢丝绳停机检查，未绷紧的钢丝绳电动葫芦应单独打开提升绷紧，检测到钢丝绳处于绷紧状态并且架体高差统一后再同时打开所有电动葫芦，使得提升后的架体也处于同一高度。钢丝绳使用情况如图6所示。

5.3 高空作业分析

架体的搭建要在空中完成，在安装难度较大的情况下极易造成施工工艺的不规范，从而使整个架体在施工中产生误差。如果在施工现场制作方便施工的移动式操作平台，统计好每部分使用材料数，减少倒料次数，就能在保证施工质量的同时大大缩短施工时间。高空作业情况如图7所示。

图6 钢丝绳使用情况

图7 高空作业情况

6 效益分析

在施工现场进行实验，主框架高差改进之前的合格率为76.9%，其改进后的合格率为93%，极大提高了工程施工的质量。

6.1 社会效益

经过论证，避免了安全影患，展示了公司技术水平，提高了公司知名度，为后续技术创新积累了经验和参考数据。

6.2 经济效益

严格按照分析结果安装，提高了工效，提高了合格率，提升了安装质量，由于制定了行之有效的施工程序和科学合理的施工工艺，避免了因安装不到位造成的材料重新倒运及返工，缩短了工期（平均每栋楼可缩短工期2 d），节约了成本。缩短工期、一次施工合格直接经济效益分析如表1所示。

7 结论

附着式升降脚手架已经成为建筑施工的发展趋势，相比传统脚手架具有低碳性、经济性、实用性、安全性、智能化、机械化、美观性等优点，但是处于发展中的全钢式附着升降脚手架还存在许多问题。本文以山西省太原市上兰村施工现场的附着式升降脚手架为研究对象，分析了附着式升降脚手架的工作原理及在装配式建筑中的安装运用，主要得到以下结论：①论述了附着式升降脚手架的基本组成及工作原理，具有经济型、实用性等优点，具有极高的推广价值。②从附着式升降脚手架的工作原理及安装经验中分析其在装配式建筑应用中的存在的问题，为其在安装与提升过程中减少误差提供了行之有效的理论依据及方法，降低安全影患的同时提高了安装效率。③从附着式升降脚手架的使用及安装方面分析其安全性能，探究其产生的原因并进行现场实验验证，为提高其安全性能提供了有效的方法。④分析附着式升降脚手架技术改进后所产生的效益，为其生产及推广提供了重要理论支持。

表1 缩短工期、一次施工合格直接经济效益分析表

项目内容费用计算备注 人工费8天×10人×200元/人=16 000元平均10人 材料重复倒运费4栋×300元/栋=1 200元 施工水电费10天×100元=1 000元 总计18 200元

［1］秦春芳，张镇华，魏忠泽，等.JGJ 202—2010 建筑施工工具式脚手架安全技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［2］《建筑施工手册》编写组.建筑施工手册［M］.第4版.中国建筑工业出版社，2003.

［3］陈斌.附着式升降脚手架控制系统研究与设计［D］.宁波：宁波大学，2016.

［4］迟红.新型脚手架开发与设计及应用研究［J］.技术探讨，2015（1）.

［5］王海波.附着式外脚手架在建筑施工中的应用研究［J］.中国高新技术企业，2010（6）.

2095－6835（2019）03－0045－04

TU731.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.045

〔编辑：严丽琴〕