附著式升降作業安全防護平臺高空整體平移技術的研究與應用

張志峰（上海建工四建集團有限公司， 上海 201103）

根據調查研究，一般針對建筑物結構外輪廓變化的問題，目前常用的方法是設置斜向導軌，甚至斜向架體，隨建筑物逐層斜爬，但是也有其局限性和安全性等問題。這種方法只適用于外立面變化規則，且一般逐層內收的建筑物，每層內收的尺寸一致。從安全性考慮，傾斜度一般控制在 3°以內。對于變斜率的建筑，或者既有內收又有外凸的外立面形式并不適用，這時很多項目不得不采用傳統的懸挑腳手架形式，而這種形式應用在高層建筑上非常不經濟，加上重復搭拆給安全帶來了極大的考驗，也與當今社會提倡的綠色、環保理念相違背。

因此，我們大膽地設想，如果防護平臺能在高空整體平移，且熟練掌握該平移技術，就能使得防護平臺滿足不同外立面的變化，徹底解決在此類建筑物上的適用性。對于整個行業的發展具有推廣意義，為項目綠色施工保駕護航。

1 工程概況

上海前灘信德文化中心 1 號樓位于上海市前灘區域開發項目的地塊之一（31-01 地塊），工程南至高青西路、北至海陽西路、東至濟陽路、西至東育路海陽西路。建筑物總高度為 149.2 m，總層數為 31 層，4 層以上為標準層，標準層層高為 4.5 m。其建筑結構類型為鋼結構框架－鋼筋混凝土核心筒形式。核心筒結構施工外墻防護采用附著式升降作業安全防護平臺。

本工程核心筒四周外墻面均有不同程度的內收，南北立面最大內收距離為 0.45 m，東立面最大內收距離為 0.30 m，西立面最大內收距離為 0.25 m。本文以南立面為例，介紹防護平臺如何在高空實現整體平移。

2 結構特點與風險分析

由于外立面內收導致了離墻距離的增加，防護平臺到結構邊距離從上到下相差 450 mm，再加上原本架體到結構就有 450 mm 的作業空間，因此不采取措施的話，離墻距離將達到 900 mm。這就帶來很多問題：

（1）安全隱患，離墻過大會增加高墜風險。

（2）操作不便，工人在防護平臺上綁扎鋼筋、施工側模板時夠不到。

（3）底部翻板結構不安全，且很難設置。為了底部全封閉，使得底部翻板的跨度變大，從受力角度來看，底部翻板的承載力減小；從施工角度來說，二次內收，需要二次施工，在高空臨邊重復搭拆，使得安全性降低。

（4）為了滿足施工作業距離，往往采用補缺隔離的措施，使得離墻距離控制在 300 mm 左右，但二次內收也帶來了二次施工的問題，而且補缺的工作量巨大。

（5）荷載增加，據計算統計，用傳統的補缺隔離措施會讓架體自重和施工荷載各增加 50%，原來的構件受力無法承受增加的荷載，需要加強。

由此可見，外立面結構的變化給防護平臺的施工在安全性、操作性、經濟性等方面都帶來了很多麻煩，限制了防護平臺的適用范圍。因此，想到了高空整體平移來解決這個問題。

3 節點設置

3.1 平移節點設置

為了實現平移功能，設計了一種電動平移裝置—由斜拉桿、附墻底座、水平導向軌、電動可調節導向輪組成，如圖 1 所示。

圖 1 電動平移裝置

斜拉桿本身就是防護平臺卸荷裝置，一端與架體鉸接，另一端與建筑結構鉸接，既能承受架體豎向荷載，又能釋放因平移產生的附加彎矩。附墻底座通過螺桿固定在結構上，用于安裝水平導向軌，電動可調節導向輪固定在附墻底座上，豎向導向輪設置在防護平臺豎向導軌內可自由豎向滑動。水平導向輪設置在水平導向軌道內，且導向輪和導軌之間設置 10 mm 間隙，用于平移過程中包容架體向下沉降的距離，在平移過程中形成較為固定的水平向移動軌跡。當啟動電動可調節導向輪時，防護平臺沿水平導向軌向內或向外平移。

3.2 保護措施節點設置

考慮到施工和安裝時的誤差，可能會導致平移過程中出現某個附著節點暫時性失效，因此必須采取保護措施，確保平移過程的安全可控。主要采取了 2 個措施。

（1）荷載監控系統。該系統能夠監控斜拉桿的受力情況，使得所有平移節點均勻受力，既能防止受力過小導致節點失效，又能防止受力過大導致電動可調節導向輪無法帶動。在斜拉桿上安裝一個拉力傳感器，然后接入防護平臺自身的荷載同步控制系統分控制柜，將電源輸出至電動可調節導向裝置，最后將所有分控制柜串聯至總控制柜，啟動總控制柜電源開關進行同步整體平移，能夠按照荷載設定值的15% 進行報警，按照荷載設定值的 30% 進行自動斷電停機控制，保障平移過程荷載均勻穩定。

（2）防墜落保險鋼絲繩。為保證平移過程中因意外產生架體墜落風險，在每個機位靠近頂部位置設置一道 3 t 鋼絲繩鎖緊器作為防墜落保險鋼絲繩，一端與建筑結構固定，另一端與架體固定。隨著平移過程進行，人工對每根鋼絲繩進行收緊，既能在平移過程中起到抗傾覆作用，又能防止墜落。由于采用機械方式，所以在安裝后進行檢查驗收，不會產生失效狀態，所以安全可靠。

3.3 節點整體分布

為了實現整體平移，在每個機位上下設置 2 組電動平移裝置，上部盡可能設置在高位，最基本的也應該設置在架體重心以上，下部盡可能設置在低位，且應將上部斜拉桿收緊作為主要受力部件，且通過荷載監控進行調勻，下部斜拉桿以將緊未緊狀態作為保險斜拉桿的狀態。頂部按照上述防墜落措施，設置 3 t 鋼絲繩鎖緊器，如圖 2 所示。

圖 2 機位節點整體分布示意圖

4 安全性研究與分析

對于防護平臺高空整體平移施工必須確保各個環節安全可靠，否則會出現嚴重的后果。因此，一定要從理論計算和試驗兩個方面來進行安全性研究分析。

計算方面，架體的整體受力計算可以不用重復驗證。因為，其一，未改變架體結構；其二，平移裝置代替原有的附墻裝置，工況沒有改變；其三，施工荷載也沒有改變。本高空整體平移技術僅改變了原有的附墻裝置，所以針對平移裝置要進行安全性研究。由于平移裝置選用電動千斤頂，電動千斤頂是成熟產品，這里只存在選型問題，所以要通過計算得出到底選用多大頂升力的電動千斤頂。

試驗方面，應要搭設一個試驗架，模擬施工荷載和自重進行平移試驗，以認證平移裝置的可靠性和動作的可行性。并且應對不利工況進行試驗，才能確保平移施工的安全可靠。

4.1 電動千斤頂的計算選型

平移裝置的受力體系為三角受力體系，內力計算并不復雜。由于未改變防護平臺原體系受力特性，因此查詢了原防護平臺的設計計算書，得出最大水平力為 26.4 kN。電動千斤頂與導向輪之間連接采用 M24 螺栓，因此要復核該螺栓的剪力。實際剪應力按式（1）計算。

式中：τ—實際剪應力，N/mm2；

F—最大水平力，N；

A—受剪面積，mm。

[τ]—允許剪應力，N/mm2。

考慮到平移有啟動力影響，因此選用 5 t 的電動千斤頂較為合理，且螺栓剪切力也滿足要求，整個平移裝置受力上安全可靠。

4.2 試驗與研究分析

為了實踐平移功能的安全可靠及可行性，搭設了一個試驗架，在架體上堆載至設計荷載。試驗架共布置 3 個機位，共搭設 4 步 5 排，機位間跨度為 4.50 m，機位懸挑跨度為1.50 m，試驗架搭設總高度為 7.20 m，總長度為 12.00 m。內側立桿中心離 10 號工字鋼面的距離為 0.65 m。試驗架每一個機位安裝 1 根受力斜拉桿，帶拉力傳感器，安裝 2 道電動可調節導向裝置。

通過 6 種工況的試驗，對架體的斜拉桿受力情況及架體垂直偏差率與垂直位移情況進行分析：①整體向內平移工況；②整體向外平移工況；③單組未平移，其余整體向內平移工況；④單組未平移，其余整體向外平移工況；⑤單組向內平移，其余未平移工況（向內平移超載試驗）；⑥單組向外平移，其余未平移工況（向外平移超載試驗）。試驗結果均與設計要求復核，列舉工況 1 的試驗匯總如表 1 所示。

表 1 整體向內平移工況試驗數據表

（1）工況 1 和工況 2 結論分析。當所有電動可調節導向裝置處于工作狀態時，架體能夠在 0～200 mm 內實現整體向內或向外平移（電動可調節導向裝置向內或向外最大平移距離為 300 mm），且斜拉桿受力狀況及架體的垂直度與水平度均符合設計規定。整體向內平移平均速度為100 mm/min，整體向外平移平均速度為 80 mm/min。

（2）工況 3 和工況 4 結論分析。當單組電動可調節導向裝置未工作，架體在整體向內或向外達到一定的平移距離后，斜拉桿會出現不均勻受力。當達到了斜拉桿初始值的±30% 時，所有的電動可調節導向裝置可實現自動停機，且架體完好無明顯變形。

（3）工況 5 和工況 6 結論分析。當單組電動可調節導向裝置在向內或向外達到一定的平移距離后，電動可調節導向裝置電機輸出停止即超過了額定荷載 30 kN，此時斜拉桿受力未超過初始值的 ±30%，且架體完好無明顯變形。

通過多種工況的檢測試驗，證明附著式升降作業安全防護平臺高空平移可行。最后我們還通過第三方檢測機構對該平移動作進行了功能性檢測，結果表名平移動作均在設計范圍之內。

5 施工流程

高空整體平移施工流程：平移附著節點位置預埋埋件→正常提升至平移層→安裝平移裝置和防墜落保險鋼絲繩→安裝調試監控系統→斷開防護平臺四個角的架體→拆除防傾附墻支座→啟動總控箱電源進行整體平移→平移到位后安裝防傾覆附墻支座→拆除平移裝置和防墜落保險鋼絲繩→恢復防護平臺四個角的架體→恢復使用工況。

6 應用效果

上海前灘信德文化中心項目 1 號樓中應用了高空整體平移技術，縮小附著式升降作業安全防護平臺和結構之間的距離，相比補缺的方式，大大降低了其施工成本，提高了安全性能，應用效果非常好。

在施工工期方面，所有準備工作，包括預埋、材料等準備充分，未影響結構施工，在提升到位后安裝平移裝置及拆除防傾覆附墻支座共用時 90 min，調試和平移用時10 min，平移就位后安裝防傾覆支座恢復使用工況共用時 30 min，拆除平移裝置未影響工期。因此，總計比正常提升多用時 130 min。完成了防護平臺在高空進行整體平移的工作，對比采用傳統的補缺架體措施來說，能節約約 1 d 的工期。

在安全性能方面，通過荷載監控系統，在平移過程中的荷載基本符合之前的理論計算和檢測試驗的數據結論，每個平移點的斜拉桿荷載較為均勻，約為 4.2 t，未出現意外情況，平移連續完成，安全可靠。

7 結 語

通過觀察研究對現場附著式安全作業防護平臺平移實際應用情況，本文詳細介紹了防護平臺平移的過程及步驟，針對平移裝置的節點、保險措施節點和安全控制措施節點做了細致的設計，通過這一方式縮小防護平臺與結構的距離，得到了來自各方的一致好評。這樣不僅提升了項目的安全文明施工形象，更加體現了企業的實力與風采，而且對此類有內收或是外擴的結構工程，縮小或擴大附著式安全作業防護平臺與結構的距離有了借鑒及經驗，為后續類似工程提供了理論和實際的支撐。