塔式起重機附著作業平臺標準化設計研究

陳 柱 ，馬 俊 ，尹富榮 ，姜鵬杰

（1.中億豐建設集團股份有限公司，江蘇 蘇州 215131；2.中億豐設備租賃有限公司，江蘇 蘇州 215131）

0 引言

隨著社會快速發展，高層建筑數量不斷增加，建筑物高度也越來越高。而塔式起重機作為施工現場最常用的建筑起重機械設備之一，其本身也需要不斷升節加高，從而滿足材料安全吊運要求。在塔式起重機頂升加節過程中，當塔式起重機高度達到說明書規定的自由高度時，必須安裝附著裝置才能繼續頂升。在安裝附著裝置前，需在塔身附著位置下方一定高度搭設平臺，為操作人員提供安全方便的工作環境。平臺整體分為3個部分：底部支撐、平臺和圍欄?？紤]到該平臺涉及人員站立情況，其安全性應有所保障，對所使用的材料要進行嚴格篩選，從而使整體結構滿足一定的荷載要求。

根據相關文件和行業發展要求，目前越來越多的建筑施工現場實行標準化建設，如標準化安全體驗區、標準化圍護等。塔式起重機在保證安全的前提下，也應融入施工現場整體的標準化建設布局中。本次設計研究的方向是外觀統一、安拆簡易、安全性能高。

1 傳統設置方法與分析

1.1 設置方法

目前建筑施工現場使用最廣泛的附著作業平臺主要有以下2種形式。

1）以普通鋼管扣件為主體的形式，其搭設方法：在標準節橫桿處搭設鋼管作為支撐，在支撐上方的每個方向均搭設鋼管做底部平臺，在4個角上立鋼管作為立柱，在每一側的立柱上搭設鋼管作為圍欄，鋼管之間均用扣件連接緊固，在底部平臺上鋪設網片，在四周附防護網。

2）以槽鋼、方鋼管組合為主體的形式，其搭設方法：在標準節橫桿處搭設槽鋼作為支撐，在支撐上搭設定型化的平臺，在平臺上方搭設圍欄。

1.2 傳統方法分析

1）以普通鋼管扣件為主體的形式，搭設過程危險性較大，需在高空逐根搭設，費工費時，外形簡陋，且無法重復利用，會產生資源浪費的情況。另外其本身的結構穩定性及安全性低。

2）以槽鋼、方鋼管組合為主體的方式現場無統一形式，部分以槽鋼做底部支撐，也存在將平臺直接固定在標準節立桿上的，還有采用三角支撐法將平臺支撐在塔身上。該形式的平臺在拆卸時存在斜拉斜吊等違規操作。

2 設計研究過程

2.1 第1次設計

1）設計簡述 設計結構包括：①8個圍欄框、②8根立柱、③2個長平臺、④2根橫向支撐、⑤2個短平臺、⑥4個三角支撐架平臺，如圖1所示，支撐、三角支撐架之間采用U形卡扣連接固定，平臺上焊接有插口，用于立桿固定，固定方式為螺栓連接，圍欄框與立桿之間同樣采用螺栓連接，三角支撐架與標準節之間采用抱箍連接固定。主要承載力方向沿塔身垂直向下。

圖1 第1次設計平臺

2）設計分析 與鋼管扣件相比，該設計更美觀，安裝時安全性更高；與其他方鋼管為主體結構相比，該設計整體穩定性及安全性較高。但該平臺在安裝時較繁瑣，三角支撐架與標準節連接位置安裝較困難。另外三角支撐架與標準節立桿之間存在結構上的沖突，由于標準節外包尺寸的不規則性，導致三角支撐架的通用性無法保證，無法做到標準化、模塊化。

2.2 第2次設計

1）設計簡述 總結第1次設計經驗，結合標準節外包尺寸的不規則性及生產的標準化、安裝拆卸的模塊化因素，在設計結構上，將第1次設計的三角支撐架改為工字鋼形式的支撐架（見圖2），短撐桿在設計時采用倒鉤的形式與長撐桿連接（見圖3），長撐桿與短撐桿處于同標高，短撐桿固定長度400mm，懸挑長度810mm，另外再增加U形卡扣固定，提升其穩定性。

圖2 第2次設計平臺

圖3 短撐桿與長撐桿連接節點

2）設計分析 將三角支撐架更改為工字鋼形式的短撐桿，可避免與標準節發生結構上的沖突，另外此方法能夠提升平臺的整體穩定性。但該平臺在拆卸時較困難，平臺處在4個方向，在停機降節后，起重臂無法360°旋轉，而不在起重臂一側的平臺拆除較為困難，在拆除時會發生斜拉斜吊的違規操作。

2.3 第3次設計

1）設計簡述 此次設計的主要方向是提升拆卸時的可操作性和安全性，避免違規操作帶來的安全隱患。首先對結構設計進行優化，將底部平臺更改為長中短3種不同長度，在短平臺下方增加支撐桿，用以增強兩塊短平臺之間的可承受荷載；其次是更改圍欄的形式，將第1次和第2次設計中采用螺栓連接的方式改為夾板連接，如圖4所示。

圖4 第3次設計平臺

2）設計分析 與第2次設計相比，此次設計的3種不同長度的平臺更便于拆卸，避免拆卸時斜拉的風險。另外將圍欄進行優化，去除立桿，減少螺栓連接數量，在安裝拆卸時更簡便。

3 受力分析

1）材料 考慮到受力情況及安全性，本次設計所選用的材料在平臺與圍欄上采用截面尺寸分別為40mm×60mm和40mm×40mm方鋼管，厚度均為4mm，底部支撐選用10號普通工字鋼，各部位連接用的U形卡扣為M14的圓鋼冷彎后形成，并采用鋼板將其固定。所有材料均為Q235B。

2）荷載工況 本次設計通過恒荷載、活荷載與風荷載對平臺施加荷載。其中，恒荷載考慮放置網片的重量，取300N/m2；活荷載考慮人和雪的重量，人的活荷載取4 800N/m2（施工班組為6人，80kg/人），雪的活荷載取500N/m2；四面風荷載的基本風壓均為450N/m2，體系系數均取1.3（見圖5）。

圖5 活荷載分布

其中主要的荷載為人的活荷載，該力的產生方向均為垂直向下，主要受力部件為底部平臺上的桿件（圖5中加粗線為受力較大桿件），平臺及所有荷載最終施加在底部工字鋼支撐上。

3）計算結果與統計 對平臺上所有桿件進行計算分析，通過3D3S軟件計算，結果表明，該平臺在結構上能夠滿足承載力要求，應力比最大值為0.756，均能夠滿足要求。

4 安裝拆卸步驟

4.1 安裝步驟

1）步驟①：安裝底部撐桿 首先安裝長撐桿，長撐桿平行于起重臂方向；其次安裝短撐桿，短撐桿垂直于長撐桿。撐桿整體相對標準節居中放置，固定U形卡扣暫不擰緊。

2）步驟②：安裝平臺 第1步安裝長平臺，該平臺安裝在起重臂方向一側；第2步安裝起重臂方向兩側中等長度平臺，該平臺安裝在兩側短撐桿上方；第3步安裝短平臺支撐；第4步安裝短平臺，該平臺安裝在起重臂方向相對的一側。所有平臺安裝到位后，用U形卡扣緊固。

3）步驟③：安裝圍欄 將圍欄安裝在平臺上的插銷處并用螺栓固定，各圍欄之間用夾板連接固定。安裝流程如圖6所示。

圖6 安裝步驟

4.2 拆卸步驟

1）步驟①：平臺A、B位置拉繩與上部標準節連接，此步驟目的是在平臺整體拆卸時保證其穩定性。

2）步驟②：拆卸短平臺處圍欄。

3）步驟③：拆卸短平臺。

4）步驟④：拆除剩余圍欄以及平臺，解除剩余平臺與長短撐桿連接的U形卡扣，利用塔式起重機將平臺整體向起重臂方向吊出，同時慢慢放松拉繩，直至該結構在空中處于平穩狀態，再吊至地面。

5）步驟⑤：拆除短撐桿、長撐桿，解除固定短撐桿與塔身橫桿連接的固定卡扣，以及短撐桿與長撐桿連接的固定卡扣，拆除短撐桿；拆除長撐桿與塔身橫桿連接的固定卡扣，拆除長撐桿。拆卸步驟如圖7所示。

圖7 拆卸步驟

5 結語

隨著塔式起重機安裝高度的提升，高空作業風險不斷增加。此次設計研究重點是保證操作人員在高空作業的安全，包括人員在進行附著作業平臺的安裝、拆卸作業，以及人員進行附著裝置的安裝、拆卸作業。設計過程須考慮到設計生產的標準化，平臺的整體穩定性，安裝、拆卸步驟的模塊化，平臺外形的美觀、統一，針對不同形式標準節的通用性。該平臺經過設計計算，可滿足6名操作人員同時作業。