塔式起重机附着作业平台标准化设计研究

陈 柱 ，马 俊 ，尹富荣 ，姜鹏杰

（1.中亿丰建设集团股份有限公司，江苏 苏州 215131；2.中亿丰设备租赁有限公司，江苏 苏州 215131）

0 引言

随着社会快速发展，高层建筑数量不断增加，建筑物高度也越来越高。而塔式起重机作为施工现场最常用的建筑起重机械设备之一，其本身也需要不断升节加高，从而满足材料安全吊运要求。在塔式起重机顶升加节过程中，当塔式起重机高度达到说明书规定的自由高度时，必须安装附着装置才能继续顶升。在安装附着装置前，需在塔身附着位置下方一定高度搭设平台，为操作人员提供安全方便的工作环境。平台整体分为3个部分：底部支撑、平台和围栏。考虑到该平台涉及人员站立情况，其安全性应有所保障，对所使用的材料要进行严格筛选，从而使整体结构满足一定的荷载要求。

根据相关文件和行业发展要求，目前越来越多的建筑施工现场实行标准化建设，如标准化安全体验区、标准化围护等。塔式起重机在保证安全的前提下，也应融入施工现场整体的标准化建设布局中。本次设计研究的方向是外观统一、安拆简易、安全性能高。

1 传统设置方法与分析

1.1 设置方法

目前建筑施工现场使用最广泛的附着作业平台主要有以下2种形式。

1）以普通钢管扣件为主体的形式，其搭设方法：在标准节横杆处搭设钢管作为支撑，在支撑上方的每个方向均搭设钢管做底部平台，在4个角上立钢管作为立柱，在每一侧的立柱上搭设钢管作为围栏，钢管之间均用扣件连接紧固，在底部平台上铺设网片，在四周附防护网。

2）以槽钢、方钢管组合为主体的形式，其搭设方法：在标准节横杆处搭设槽钢作为支撑，在支撑上搭设定型化的平台，在平台上方搭设围栏。

1.2 传统方法分析

1）以普通钢管扣件为主体的形式，搭设过程危险性较大，需在高空逐根搭设，费工费时，外形简陋，且无法重复利用，会产生资源浪费的情况。另外其本身的结构稳定性及安全性低。

2）以槽钢、方钢管组合为主体的方式现场无统一形式，部分以槽钢做底部支撑，也存在将平台直接固定在标准节立杆上的，还有采用三角支撑法将平台支撑在塔身上。该形式的平台在拆卸时存在斜拉斜吊等违规操作。

2 设计研究过程

2.1 第1次设计

1）设计简述 设计结构包括：①8个围栏框、②8根立柱、③2个长平台、④2根横向支撑、⑤2个短平台、⑥4个三角支撑架平台，如图1所示，支撑、三角支撑架之间采用U形卡扣连接固定，平台上焊接有插口，用于立杆固定，固定方式为螺栓连接，围栏框与立杆之间同样采用螺栓连接，三角支撑架与标准节之间采用抱箍连接固定。主要承载力方向沿塔身垂直向下。

图1 第1次设计平台

2）设计分析 与钢管扣件相比，该设计更美观，安装时安全性更高；与其他方钢管为主体结构相比，该设计整体稳定性及安全性较高。但该平台在安装时较繁琐，三角支撑架与标准节连接位置安装较困难。另外三角支撑架与标准节立杆之间存在结构上的冲突，由于标准节外包尺寸的不规则性，导致三角支撑架的通用性无法保证，无法做到标准化、模块化。

2.2 第2次设计

1）设计简述 总结第1次设计经验，结合标准节外包尺寸的不规则性及生产的标准化、安装拆卸的模块化因素，在设计结构上，将第1次设计的三角支撑架改为工字钢形式的支撑架（见图2），短撑杆在设计时采用倒钩的形式与长撑杆连接（见图3），长撑杆与短撑杆处于同标高，短撑杆固定长度400mm，悬挑长度810mm，另外再增加U形卡扣固定，提升其稳定性。

图2 第2次设计平台

图3 短撑杆与长撑杆连接节点

2）设计分析 将三角支撑架更改为工字钢形式的短撑杆，可避免与标准节发生结构上的冲突，另外此方法能够提升平台的整体稳定性。但该平台在拆卸时较困难，平台处在4个方向，在停机降节后，起重臂无法360°旋转，而不在起重臂一侧的平台拆除较为困难，在拆除时会发生斜拉斜吊的违规操作。

2.3 第3次设计

1）设计简述 此次设计的主要方向是提升拆卸时的可操作性和安全性，避免违规操作带来的安全隐患。首先对结构设计进行优化，将底部平台更改为长中短3种不同长度，在短平台下方增加支撑杆，用以增强两块短平台之间的可承受荷载；其次是更改围栏的形式，将第1次和第2次设计中采用螺栓连接的方式改为夹板连接，如图4所示。

图4 第3次设计平台

2）设计分析 与第2次设计相比，此次设计的3种不同长度的平台更便于拆卸，避免拆卸时斜拉的风险。另外将围栏进行优化，去除立杆，减少螺栓连接数量，在安装拆卸时更简便。

3 受力分析

1）材料 考虑到受力情况及安全性，本次设计所选用的材料在平台与围栏上采用截面尺寸分别为40mm×60mm和40mm×40mm方钢管，厚度均为4mm，底部支撑选用10号普通工字钢，各部位连接用的U形卡扣为M14的圆钢冷弯后形成，并采用钢板将其固定。所有材料均为Q235B。

2）荷载工况 本次设计通过恒荷载、活荷载与风荷载对平台施加荷载。其中，恒荷载考虑放置网片的重量，取300N/m2；活荷载考虑人和雪的重量，人的活荷载取4 800N/m2（施工班组为6人，80kg/人），雪的活荷载取500N/m2；四面风荷载的基本风压均为450N/m2，体系系数均取1.3（见图5）。

图5 活荷载分布

其中主要的荷载为人的活荷载，该力的产生方向均为垂直向下，主要受力部件为底部平台上的杆件（图5中加粗线为受力较大杆件），平台及所有荷载最终施加在底部工字钢支撑上。

3）计算结果与统计 对平台上所有杆件进行计算分析，通过3D3S软件计算，结果表明，该平台在结构上能够满足承载力要求，应力比最大值为0.756，均能够满足要求。

4 安装拆卸步骤

4.1 安装步骤

1）步骤①：安装底部撑杆 首先安装长撑杆，长撑杆平行于起重臂方向；其次安装短撑杆，短撑杆垂直于长撑杆。撑杆整体相对标准节居中放置，固定U形卡扣暂不拧紧。

2）步骤②：安装平台 第1步安装长平台，该平台安装在起重臂方向一侧；第2步安装起重臂方向两侧中等长度平台，该平台安装在两侧短撑杆上方；第3步安装短平台支撑；第4步安装短平台，该平台安装在起重臂方向相对的一侧。所有平台安装到位后，用U形卡扣紧固。

3）步骤③：安装围栏 将围栏安装在平台上的插销处并用螺栓固定，各围栏之间用夹板连接固定。安装流程如图6所示。

图6 安装步骤

4.2 拆卸步骤

1）步骤①：平台A、B位置拉绳与上部标准节连接，此步骤目的是在平台整体拆卸时保证其稳定性。

2）步骤②：拆卸短平台处围栏。

3）步骤③：拆卸短平台。

4）步骤④：拆除剩余围栏以及平台，解除剩余平台与长短撑杆连接的U形卡扣，利用塔式起重机将平台整体向起重臂方向吊出，同时慢慢放松拉绳，直至该结构在空中处于平稳状态，再吊至地面。

5）步骤⑤：拆除短撑杆、长撑杆，解除固定短撑杆与塔身横杆连接的固定卡扣，以及短撑杆与长撑杆连接的固定卡扣，拆除短撑杆；拆除长撑杆与塔身横杆连接的固定卡扣，拆除长撑杆。拆卸步骤如图7所示。

图7 拆卸步骤

5 结语

随着塔式起重机安装高度的提升，高空作业风险不断增加。此次设计研究重点是保证操作人员在高空作业的安全，包括人员在进行附着作业平台的安装、拆卸作业，以及人员进行附着装置的安装、拆卸作业。设计过程须考虑到设计生产的标准化，平台的整体稳定性，安装、拆卸步骤的模块化，平台外形的美观、统一，针对不同形式标准节的通用性。该平台经过设计计算，可满足6名操作人员同时作业。