裝配式建筑施工中的導架式升降平臺附著技術研究

劉 鑫

1. 上海建工集團股份有限公司 上海 200080；2. 上海高大結構建造工藝與裝備工程技術研究中心 上海 201114

1 背景介紹

隨著國家大力提倡和鼓勵綠色建筑及建材，裝配式建筑在市場中的應用也越來越多。所謂裝配式建筑是指在工廠預制、現場裝配而成的建筑。它在施工過程中具有節約資源、快速便捷、勞動強度低、建設質量高、受氣候條件制約小等特點，是一種工業化的施工方法。

而導架升降平臺作為一種附著在建筑物外結構上的高空作業機械，其高效靈活、安全節能、經濟性好、自動化程度高等特點與裝配式建筑的匹配程度頗高。在裝配式建筑的施工中，它不僅承擔一部分垂直運輸的作用，同時還可以作為一種工具式防護體系使用，更可以輔助施工人員完成PC構件的測量和定位等工序，控制安裝誤差[1-4]。

當建筑物及其工作高度不斷升高時，升降平臺的導架懸臂高度會不斷增大。此時受風力和自身自重的影響，導架穩定性降低，使得設備發生搖晃，并且于頂端產生較大的位移，不僅影響設備正常運行，也容易發生危險事故。因此搭設附墻裝置對導架進行支撐，將導架受到的載荷傳遞到建筑物主體上是十分必要的。附墻裝置可以保證設備的整體穩定性，同時也可以調整導架的垂直度。

2 導架升降平臺附著裝置的設計方案和力學分析

附墻裝置的主要力學作用有兩點：第一，平衡導架所受到的扭轉力和彎矩；第二，減少導架細長比，穩定主體結構。結合附墻裝置的實際工況（圖1），當有2道以上附墻裝置作用時，需要采用連續梁力學模型進行計算。

根據標準GB/T 27547—2011《升降工作平臺 導架爬升式工作平臺》，當平臺工作且位于導架頂端時，受力情況較為惡劣，此時受到的力有設備載荷、人員和物料載荷、人員水平操作力、動力工具產生的力、工作狀態下的風載荷等。對上述載荷進行簡化和處理（圖2），將垂直力均布到導軌頂端的節點上；垂直力引起的彎矩轉化為4對力偶加載到平臺和導架相作用的位置；水平力和風載引起的扭矩簡化為2對力偶加載到平臺和導架相作用處；風載根據風向不同分別均布到迎風面節點上。

經有限元分析，可以得出導架上部第1組附著點的支承反力最大，故選取該附著平面對附著裝置進行進一步設計。以常規的三桿式附墻裝置為例，對該平面進行受力簡化（圖3）。圖3中，N為上部彎矩作用在附著面上的水平力和風載產生的水平力的合力；M為風載和水平力產生的扭矩；T1、T2、T3為桿件內力；θ為受風載影響時水平合力N的變化角度。

圖1 應用工況示意

圖2 荷載簡化處理示意

圖3 附著裝置內力計算簡圖

根據平面力系的平衡方程ΣFx=0、ΣFy=0、ΣFo=0，分別列式如下：

其中α=arctan [2b/(a－c)]，β=arctan [2b/(a＋c)]。

由以上平衡方程不難看出，附墻桿內力T是一個關于角度α的函數，經計算分析得出，當α=45°時，T2=2M/[(2b＋c)(cosβ－sinβ)]，此時T2的內力大小與合力N的方向無關，桿1和桿3即可平衡合力N，T2則起到平衡扭矩M和保持平面體系穩定的作用。當40°＜α＜55°時，各附著桿內力變化趨向平穩，且附著桿件內力和支座反力較小，對附著點建筑結構的承載能力要求也較小。

3 裝配式建筑中附著裝置的工藝流程和應用要點

附著裝置的工藝流程如下：附著點的定位→附著裝置的設計制作→兩端附著支座安裝→附著桿件安裝→附著裝置拆除。

根據施工平面圖對附著裝置的附著點進行定位，確定附著桿件的安裝角度和理論長度，附著桿與建筑物墻面之間的角度應在40°～55°之間。并且在附著點定位時，應盡量遵循以下原則：附著點應布設于靠近樓板處，以利于傳力和安裝；對于框架結構裝配式建筑，附著點應布于靠近柱根部；附著點設置于外墻墻面時，應選擇靠近丁字墻和外墻轉角處，避免設置于輕質墻與預制外墻交匯節點處；當外墻無法滿足設置要求時，可通過窗洞口將附著點設置于承重內墻或柱上。

為了適應裝配式建筑的快速便利等特點，應對附著裝置進行模塊化設計和制作，便于組裝、調節和更換。結合其功能和應用要求，將附著裝置分為以下部分（圖4）：

圖4 附著裝置結構

1）滑動框架：用于連接導軌架立柱。

2）調節桿a：用于調節長度和平衡扭矩。

3）調節桿b：用于調節長度和調整導架垂直度。

4）附著連接座：用于連接附著桿和建筑結構。

在裝配式建筑的施工過程中，通常將建筑物端的附墻點設置于每層的樓板上（圖5）。預制樓板內設有預埋螺栓，通過附著裝置將導軌架與建筑物主體連接，錨固能力較強，導軌架穩定性能夠得到較好的保障。

但當建筑端和導架端附著點有落差時，基于附著桿件在受力時應只承受水平方向上的拉壓力，不應受彎的要求，需要對兩端附著點的位置和結構進行調整，以力求將附著平面保持水平，滿足受力要求。導架端可以通過滑動框架對其安裝位置進行調整，但應注意間隔距離。

圖5 樓板處附著連接

對于建筑結構端，當附著點無法設置于每層樓板處時，為了避免在預制外墻板上開孔，則需要使用其他位置和方法進行附著。可以將附著裝置安裝于預制梁或者陽臺板上，也可以安裝于窗口處或者通過外墻上的洞、窗將附著裝置安裝于內部預制剪力墻和預制柱上。

當附著裝置安裝于陽臺板上時（圖6），為了保證附著裝置的水平，在附著裝置連接時增加了輔助支架，通過對穿螺桿將支架固定在陽臺板上。同時也避免了破壞陽臺板反梁的結構，保證結構的穩定性。

圖6 陽臺板上的附著連接

在附著裝置安裝于預制梁上時（圖7），需要在預制梁結構中埋設預留套管，預留套管與梁表面需相互垂直，不能有傾斜夾角。考慮到預留套管在制作中的精確定位較為困難，制作時可以將幾個預留套管焊接成框架形式，并綁扎在鋼筋上，以達到定位的要求。

圖7 預制梁上的附著連接

在窗口處進行附著連接時（圖8），將輔助附著框架安置在墻體的窗口處，根據窗口的實際厚度通過調節桿的粗調和精調使支撐鋼板和橡膠板夾緊內外表面。在固定附著裝置的同時，保護了外墻結構，避免外墻的損壞。

圖8 窗口處附著連接

當導軌架距離建筑外墻較近時，如果與外墻進行附著連接則較難滿足附著桿件所需的角度。此時可以通過外墻上的孔洞將附著裝置附著在內部的剪力墻和柱上（圖9）。附著在內剪力墻上的連接方式與附著于預制梁上的連接方式相同；附著在內部柱體時，可以采取環抱柱體的方式安裝附著連接座。充分利用預制外墻體窗框洞口，避免在預制外墻體上開設孔洞，保護了墻體的整體性和質量。需要注意的是，當附著點與導軌架距離較大時，需要對桿件截面進行重新設計，以保證桿件的穩定性。

圖9 內墻、柱處附著連接

當兩端附著支座安裝完畢，在安裝附著桿件之前，需要對導軌架進行垂直度的校核和矯正。滿足垂直度要求后，再對附著桿件進行吊裝，首先將調節桿b與兩端的附著支座連接，再將調節桿a安裝于2根調節桿b的中間。待全部就位后，利用調節桿a和b對導軌架進行垂直度調整，滿足垂直度要求后，將鎖緊螺母鎖緊。拆除過程則是安裝過程的逆向實施。

4 附著技術在裝配式建筑中拓展應用的探討

裝配式建筑在工程中的應用越來越多，其多樣性和復雜程度也在悄然變化著。附著技術在裝配式建筑中的應用除了要滿足基本的工藝要求外，還有著很多發展空間。

1）在高層建筑施工中，導架升降平臺不再單單滿足于外墻裝飾的應用，而是在主體施工中就參與使用。在施工層預制件安裝過程中，受其工況限制，在施工層安裝的附著裝置與墻體連接的穩定性不足以滿足導架升降平臺運行時對強度的需求，會對建筑構件造成破壞。因此在建筑主體施工過程中，附著裝置應設置在已安裝完成的樓層處，這就造成了導架升降平臺至少需要懸挑5 m的高度。對于最上部一道附著裝置而言，所要承受的力無形中增大了許多。為了解決上述問題，可以對最上層附著裝置采用桁架結構的雙層附著，來保證附著裝置和導軌架的穩定性與安全性。

2）對于導架和建筑兩端附著點高度不一致的情況，本文采用的是對導架的附著點采取上下滑動的方式來調平兩端附著點高度。而在一些工程中，則在每根附著桿件兩端各增設一個與原有銷軸成90°的水平銷軸，使得附著桿件兩端都具有“萬向節”的功能，以增加對位置偏差的適應性。但每根附著桿件的鉸接點太多，桿件在受壓時，很難保證桿件中心線的直線性，銷軸會產生額外彎矩，對銷軸受力很不利。因此不建議用此方法。

3）在使用過程中，現有的附著支座和附著桿件裝配完成后，有時存在兩者相對轉動的現象。為了避免附著桿件的角度超出合理范圍，影響附著裝置的穩定性，可以考慮在兩者之間設置防轉板，使其只可以在40°～55°之間轉動。在控制角度的同時，也可增強連接結構的力學性能。

4）隨著建筑物高度增加和造型變化，附著裝置的道數和長度也存在著較大的變化，附著桿件過長會對導軌架的穩定性有著較大影響。因此，對關鍵位置附著桿件的應力和撓度進行監測顯得較為必要。監測結果可以直觀地反映導軌架的狀況，以便于及時做好維護和加固措施。

5 結語

基于導架升降平臺在裝配式建筑施工中的廣泛運用，其附著裝置的正確應用對設備的整體穩定性起著至關重要的作用。本文通過受力分析和工藝特點的闡述，很好地解決了附著裝置在復雜的施工現場環境中的應用問題，對提升其在設計和使用中的經濟性有著較為合理的參考意義。但隨著裝配式建筑的形式和要求的不斷更新，仍然有很多的問題需要完善和解決。而通過附著技術在裝配式建筑中拓展應用的探討，提出了一些現有問題和改進方向，值得工程技術人員進一步深入研究和探索。