一种附着式升降平台结构设计

尚鑫 梅群 王春意 韩佳慧 刘东升

摘 要：附着式升降平台具有低成本、安拆使用简便、管理难度小等特点，建筑越高，其经济效益越明显，因此这种平台在高层建筑施工中应用越来越广泛。结合某实际工程需要，本文设计了一种附着式升降平台，并对其主要结构部件进行力学分析。研究表明，该结构设计满足工程需要，并为类似结构的设计提供了参考。

关键词：附着式升降平台;结构设计;力学分析

中图分类号：TU731.2文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）05-0125-03

Abstract： The adhesive integral-lift platform has the characteristics of low cost， easy installation and use， and low management difficulty， the higher the building， the more obvious its economic benefits， so this platform is more and more widely used in the construction of high-rise buildings. According to the needs of an actual project， this paper designed an adhesive integral-lift platform and conducted mechanical analysis of its main structural components. The research shows that the structure design meets the engineering needs and provides a reference for the design of similar structures.

Keywords： adhesive integral-lift platform;structural design;mechanical analysis

洛阳市中心某商业广场新建1幢办公建筑，总建筑面积约为11.5万m2，地下3层，地上51层，建筑总高度约为210 m。地下为车库及设备用房，地上1～3层为裙房商业，层高为4.2 m，层高4～51层为办公，层高为3.75 m。结合本建筑结构的实际情况以及工期、经济性等要求，项目部决定地上主体结构施工采用整体附着式升降平台结构。

附着式升降平台属于技术革新和性能提高相结合的产品，国内外各建筑设备企业均具有一定的研发基础，国内目前尚未有相关行业设计标准出台。本文结合该实际工程结构需求，依据已出台的各类建筑规范[1-3]，合理地选择结构形式和材料，首先给出附着式升降平台主要结构的设计，然后对该平台主要结构部件的力学性能（强度、稳定性等）进行分析，研究结果可为类似结构的设计提供参考。

1 附着式升降平台的结构设计

1.1 竖向主框架

竖向主框架包括导轨部分及内外立杆。导轨部分为焊接体结构，由两根6.3#槽钢背靠背，中间放置一定数量的[Φ]25 mm防坠挡杆，通过焊接的方式连接，导轨两端用8 mm钢板焊接封闭（见图1）。

内外立杆采用尺寸为80 mm×40 mm×3 mm的方钢，立杆上每隔100 mm留有[Φ]18 mm的螺栓孔，通过螺栓与横杆、走道板等连接。内外立杆间横距为600 mm，同一种立杆按纵距2 m布置。导轨所在位置内立杆与导轨结构通过焊接连接组成一整体结构。

导轨所在位置内外立杆之间布置有“之”字撑，该结构由50 mm×30 mm×3 m方钢焊接而成，加强了内外立杆的联系，提高了竖向框架的整体性。同时，立杆间布置有0.6 mm厚安全防护钢网。

1.2 防滑走道板

防滑钢走道板由50 mm×30 mm×3 mm的方钢、30 mm×30 mm×3 mm的等边角钢及1.5 mm厚的花纹钢板構成，方钢通过螺栓与内外立杆连接，承担框架横杆的作用，沿建筑高度每隔2 m布置一层走道板。走道板根据需要设计成长度分别为1、1.5、2、2.5、3、4 m的规格，根据建筑外轮廓可以调整使用，如图2所示。

1.3 水平支撑桁架

升降平台架体底部通过桁架片连接，增强结构整体安全性，上部结构载荷及活载通过立杆传递到桁架片上。桁架片（见图3）由50 mm×30 mm×3 mm的方钢焊接而成，规格为2 m一组，通过螺栓与立杆连接。

1.4 附墙支座

附墙支座主要在使用和升降防坠落工况下起保护作用，在架体正常升降工况下主要起导向的作用。该支座用6.3#槽钢及6 mm厚钢板焊接成支撑钢架，并配置防坠顶杆、复位弹簧等，防坠杆顶住防坠档杆，有导向、防倾、防坠等安全作用。在上升、下降状态时，沿架体高度布置3处附墙支座，每个支座装置用2根穿墙螺栓与建筑结构固定。

2 附着式升降平台主要结构分析

实际工程中，附着式升降平台结构要承受水平风荷载及竖向荷载（自重荷载+施工荷载），通过竖直主框架传递给附墙支座再作用于建筑主体上。平台结构各部件的强度、焊缝强度以及整体稳定性是该类结构设计中需要重点考虑的问题[4-5]。因此，本文选取该附着式升降平台6 m跨度架体为计算单元，取图4所示部分为计算模型，分析其相关力学性能。架体高度为14 m，跨度为6 m，宽度为0.6 m，架体防护面积为84 m2。

2.1 荷载计算

附着式升降平台结构自重荷载（恒荷载[G]）根据结构管材尺寸等可以直接计算出来，计算结果为[G]=28.7kN。施工人员、材料、机具等施工载荷（活荷载[Q]）的计算应根据施工具体情况，按使用、升降及坠落三种工况来确定控制荷载标准值。三种工况下，活荷载的计算值分别为21.6、3.6、32.4kN。

风荷载计算公式为：

依据《钢结构设计标准》（GB 50017—2017），取恒荷载分项系数[γG]=1.2，活荷載分项系数[γQ]=1.4，使用工况荷载不均匀系数[γ1]=1.3，升降、坠落工况荷载不均匀系数[γ2]=2，各工况下荷载组合的效应值用式（2）计算：

2.2 平台架体稳定性计算

在正常使用状态下，主框架承受的垂向荷载作用在架体截面形心处，受力分析简图如图5所示。在使用工况且考虑风荷载作用下，架体内外立杆不仅要承受恒荷载和活荷载的作用，还要承受风荷载产生的剪力和弯矩影响。

由受力分析图可知，在使用工况下，架体上的荷载为84.1 kN，风荷载产生的最大剪力值为11.88 kN，风荷载产生的弯矩最大值为23.76 kN·m。架体的垂向荷载由内、外两根立杆承受，则单根立杆承受的荷载为[F]=84.1/2=42 kN。

立杆抗剪强度为：

立杆稳定性计算公式为：

与《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）相比，立杆设计满足使用要求。

2.3 防滑钢走道板

防滑钢走道板计算时简化为矩形管承受最大线荷载。6 m长走道板自重为1 010.8 N。走道板上活荷载为2 000 N/mm2，则走道板上的线荷载[q]=1 010.8/0.6+2 000×0.6=2 884.7 N/m。

按三跨连续梁计算（见图6）走道板强度，梁内最大弯矩为：

走道板强度为：

最大挠度应按式（7）计算：

所以，结构的强度和刚度均满足使用要求。

2.4 焊缝强度计算

本平台部分结构采用了直角焊接方式设计，因此焊缝的强度也需要特别注意。《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）规定：当力平行于焊缝长度方向时，直角角焊缝的强度应按式（8）计算：

Q235钢的角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度为[fwf]=160 N/mm2。

按最不利情况计算（使用工况防坠落时），防坠档杆的焊缝强度为：

附墙支座的焊缝强度为：

与抗剪强度相比，二者焊缝强度均满足要求。

3 结论

本文根据实际工程需要，设计了一种附着式升降平台结构，对其结构强度、稳定性等力学性能进行分析。研究表明，所设计的升降平台结构满足设计要求，目前已经在实际工程中使用。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部.建筑施工工具式脚手架安全技术规范：JGJ 202—2010[S].北京：光明日报出版社，2010.

[2]住房和城乡建设部.建筑结构荷载设计规范：GB 50009—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.钢结构设计标准：GB 50017—2017[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[4]潘为民，孔宁宁，李国华，等.附着式整体升降脚手架的风荷载研究[J].机械设计与制造，2018（9）：33-35.

[5]王秀丽，胡隆德，冉永红，等.附着式升降脚手架不同步运动时结构的响应分析[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2018（4）：666-675.