非标吊篮在坡屋面建筑外墙装修施工中的应用技术研究

师敏之 [上海市浦东新区建设（集团）有限公司，上海 201206 ]

0 引 言

近年来，随着我国建筑施工行业的飞速发展，新修高层建筑顶层结构逐渐多样化，设计为防水考虑，顶层大多采用坡屋面的建筑结构形式。随着时间的推移，这类房屋建筑外立面需要进行维修工作。针对这些坡屋面建筑结构外墙装修工程的维修施工，传统的标准吊篮已经不能满足施工工况的需求，施工现场必须在坡屋面上，或者在女儿墙与坡屋面结构狭小的间隙中搭设施工使用的非标吊篮，而目前国内针对高处作业非标吊篮在坡屋面建筑外墙装修施工中的应用研究还非常少见。

国内相关学者针对非标吊篮在坡屋面等复杂工况下的施工技术分析问题已经做了相关的有益探索[1-4]。本文基于某房屋建筑外立面维修项目采用坡屋面搭设高处作业非标吊篮的施工工况，具体根据施工现场复杂的实际情况，建立多种应对复杂工况下的非标吊篮施工工况模型，同时分析坡屋面非标吊篮施工的安全稳定性，通过研究分析，提出相关建议，以期为其他类似坡屋面高处作业非标吊篮项目施工提供有效的经验。

1 非标吊篮

高处作业吊篮是利用在建筑物顶层屋面平台上架设吊篮支撑钢结构系统，采用钢丝绳将吊篮平台与支撑钢结构系统进行可靠连接，利用电动起升装置将吊篮平台沿建筑立面上下运动，从而进行建筑外立面的施工维修等工程。

高处作业非标吊篮是指在制造和设计方面与国家现行行业标准不一致的吊篮。如图1所示，为非标吊篮支撑钢结构系统形式之一，主要是吊篮支撑钢结构系统与传统标准吊篮在结构形式上有明显差别。吊篮支撑钢结构系统就是通过架设在建筑物的上部，利用钢丝绳来悬挂吊篮工作平台的装置，它承受着吊篮平台、施工人员、施工材料以及风荷载的作用，因此保证吊篮支撑钢结构系统的牢固性和稳定性是使用非标准吊篮的关键所在。

图1 高处作业非标吊篮典型架设形式之一

2 实际工程案例

2.1 工程概况

某高层住房外墙保温维修工程项目（以下简称“项目”），层高45 m，屋面结构为坡屋面加女儿墙外围护结构形式。根据施工现场复杂工况，标准吊篮无法布设，故采用非标吊篮进行施工作业。屋顶结构如图2所示。

图2 高层坡屋面立面结构形式

2.2 非标吊篮工况

根据施工现场的复杂工况，项目部在收集相关资料后，与专业吊篮施工单位和相关专家进行会议商讨后，根据5种施工现场不同的施工位置工况，制订了相应的非标吊篮搭设方案。

2.2.1 工况一

由于施工现场局部女儿墙高度较高，远远大于标准吊篮后支撑搭设高度，因此采用加高后支撑及支撑主横杆固定在女儿墙上的结构形式，进行非标吊篮的搭设。具体如图3所示。

图3 高层作业非标吊篮工况一

2.2.2 工况二

根据屋面顶层结构中，坡屋面与女儿墙之间的间隙过近，标准吊篮的支撑距离无法得到满足，同时吊篮的后支撑需形成稳定可靠的受力，才能保证整体吊篮施工的安全稳定性，因此施工现场结合坡屋面结构形式，采用非标吊篮工况二结构形式，如图4所示。非标吊篮设备搭设的具体做法为：在坡屋面后方打孔，利用钢丝绳捆绑坡屋面结构和钢方管，作为吊篮的后支撑固定体系；同时在吊篮大臂前支点处采用钢角马，使得吊篮钢丝绳进行转向，钢丝绳通过后方坡屋面结构打孔，捆绑于坡屋面结构上，进行可靠连接。

图4 高层作业非标吊篮工况二

2.2.3 工况三

由于施工现场部分屋面坡屋面结构与建筑原因，无法在后置坡屋面上进行打孔固定非标吊篮装置，因此非标吊篮支撑系统在局部区域采用骑墙式非标吊篮支撑系统固定于女儿墙上，同时将主受力钢丝绳绕过坡屋面顶，在坡屋面顶部位置设置软性防护套，以防止主钢丝绳由于过度摩擦而失效，并且在外立面的另一侧，连接主钢丝绳上施加配重保证支撑稳定性的结构形式。

2.2.4 工况四

针对施工现场部分采光井位置处，采用钢支撑架非标吊篮。吊篮主钢丝绳在80 mm方钢管孔中穿过，捆绑在80 mm方管上，采用卡扣锁死。支撑钢方管架设在楼板上，同时在楼板上打φ40 mm的孔，主钢丝绳另一端在孔中放下，悬挂施工篮筐。非标吊篮作业工况四，如图5所示。

图5 高层作业非标吊篮工况四

2.2.5 工况五

在施工现场双单元中间天井位置安装非标吊篮，非标吊篮采用80 mm×80 mm×4 mm的Q235方管内套70 mm方管，架设固定于混凝土墙上，80 mm方管两端各采用U型压板和2个M12的膨胀螺栓固定在混凝土墙上，通过钢方管中部的连接装置，将主钢丝绳可靠连接后，悬挂施工篮筐。非标吊篮作业工况五，如图6所示。

图6 高层作业非标吊篮工况五

2.3 典型非标吊篮工况二计算复核

施工现场5种不同的工况中，非标吊篮工况二作为项目施工现场最不利工况，吊篮搭设条件极为苛刻。相比于其他工况，该工况需要进行详细计算复核，保证非标吊篮体系结构的安全稳定性。

2.3.1 钢丝绳安全系数的确定

钢丝绳最小破断拉力确定。选择型号为4×31SW＋C F-8.3-2 1 6 0 的钢丝绳，吊篮系统采用标准号为Q/320281PM02-2007的4×31SW＋CF-8.3的钢丝绳，最小破断拉力F＝53.00 kN。钢丝绳满足设计要求。

2.3.2 抗倾覆系数

在配重悬挂支架外伸距离最大，起升机构极限工作荷载工况时，稳定力矩≥3倍的倾覆力矩（即在正常工作状态下，吊篮悬挂机构的抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值≥3）。

2.3.3 风荷载的计算

吊篮受风面积计算：6 m吊篮平台受风面积为1.816 m2；施工中其他物品受风面积为1 m2；施工人员的受风面积为1.4 m2，每人按照0.7 m2计算。

正常工作风荷载计算：

式中：P——吊篮所受总风荷载，kN；

C——风力系数C＝1.7×(1＋0.59)＝2.703；

p——工作时的基本计算风压值，p＝0.125 kN/m2；

A——吊篮所受总风面积，m2。

2.3.4 钢丝绳的选择与计算

钢丝绳安全系数：单作用钢丝绳悬挂系统系数≥8；双作用钢丝绳悬挂系统系数≥12。其计算公式如式（2）所示。

式中：Zp——钢丝绳安全系数；

F0——钢丝绳最小破断拉力，kN；

S——钢丝绳最大工作静拉力，kN。Zp＝8.41≥8 ，满足要求。

2.3.5 钢丝绳最小破断拉力确定

吊篮系统采用的是标准号为Q/320281PM02-2007的4×31SW＋NF-8.3航空用钢丝绳，最小破断拉力F0＝53.00 kN。

按照端部起升机构极限工作荷载除以起升机构承受悬挂荷载钢丝绳的数量计算：

式中：W11——起升机构极限工作荷载，取值为630 kg；

N——承受悬挂荷载钢丝绳的数量，取值为1。

2.3.6 架设形式：骑墙式形式安装受力计算

骑墙式非标支架是一种新型的吊篮支架，特点是没有配重，自重轻盈，安装简易快捷，移位方便。图1是其中的一种，该种支架和杠杆式标准支架相比，具有结构简单，安装方便，减少安装劳动量等特点。

计算的相关数据说明如下。

吊篮荷载：300 kg上杆的负荷G为250 kg；

钢丝绳与A杆的夹角为47º；

梁夹的高低点距离：ab＝250 mm；

A杆对梁的挤压力：FA＝G/tan47º＝250/1.072＝233 kg＝2.33 kN；

对梁的弯矩：M＝FA·ab＝2.33×0.25＝0.58 kN·m。

非标支架材料的受力计算如下。

（1）材料强度等级：Ys＝250 MPa；

抗拉强度：Pt＝0.6Ys＝0.6×250＝150 MPa；

抗剪强度：Pq＝0.45Ys＝0.45×250＝112.5 MPa；

抗压强度：Pb＝0.6Ys＝0.6×250＝150 MPa。

（2）杆件的截面尺寸：

A杆的截面尺寸：SA＝75×40－69×34＝654 mm2；

B杆的截面尺寸：SB＝75×40－69×34＝654 mm2；

C杆的截面尺寸：SC＝75×40－69×34＝654 mm2；

D杆的截面尺寸：SD＝50×25－44×19＝414 mm2。

（3）杆件的拉压力计算：

A杆的压力：FA＝G/tan47º＝250/1.072＝233 kg＝2.33 kN；

B杆的拉力：FB＝G＝250 kg＝2.5 kN；

C杆的压力：FC＝FA＝2.33 kN；

D杆的压力：FD＝G/sin47º＝250/0.731＝342 kg＝3.42 kN。

（4）杆件的应力计算：

PA＝FA/SA＝2 330/654＝3.56 MPa＜Pt＝150 MPa

PB＝FB/SB＝2 500/654＝3.82 MPa＜Pt＝150 MPa

经过计算，以上数据符合设计及使用要求。

2.3.7 骑墙架对女儿墙受力计算

骑墙式悬挂的抗倾覆系数K＝3，受力计算如式（4）所示。

式中：F——女儿墙至少能承受的倾覆力；

B——前支撑的高度，B＝650 mm；

A——丝杆组件到前梁的距离，A＝150 mm；

G——满载时，平台对骑墙架的拉力；

L——前梁伸出的长度，L＝800 mm。

带入数值计算得到：

单个骑墙架对女儿墙的倾覆力：F/2＝2 112 kg＝20.7 kN；

女儿墙受到的压力系数S＝3，G＝880 kg；

向下的压力：F1≥3×880＝2 640 kg＝25.9 kN；

单个骑墙架向下的压力：F1/2＝12.95 kN。

综上，女儿墙至少能承受20.7 kN的倾覆力和12.95 kN向下的压力。

3 结 语

本文基于某房屋建筑外立面维修项目采用坡屋面搭设高处作业非标吊篮的施工工况，根据施工现场复杂的实际情况，建立多种应对复杂工况下的非标吊篮施工工况模型，同时分析坡屋面非标吊篮施工的安全稳定性。通过相关计算研究与施工现场具体施工分析，提出相关高处作业坡屋面非标吊篮搭设建议，能够为其他类似项目施工提供有效的经验。

（1）针对高层建筑复杂坡屋面结构形式，可根据现场施工环境条件因素，结合本文相关非标吊篮搭设工况，采用不同的非标吊篮形式，以适用于特殊工况下的非标吊篮施工。

（2）吊篮的钢结构支撑系统与吊篮主钢丝绳的可靠连接是吊篮安全性、稳定性的重要保证，它直接关系到作业人员的生命安全，安装时必须注意下列事项。①不准未安装前支架而将横梁直接担在女儿墙或其他支撑物上。当现场确定无法安装前支架时，必须在制造厂技术人员以及专业人员指导下，采用有效的补偿措施，并通过有效计算。②当现场确实存在无法满足安装标准吊篮的情况，尤其采用专用加长梁的形式，必须在其技术人员指导下增加配重铁数及补偿措施。最终必须满足横梁的强度及刚度要求，满足整机稳定力矩与倾覆力矩之比大于3的标准要求。