一种新型液压升降整体脚手架在高层建筑施工中的应用.doc

一种新型液压升降整体脚手架在高层
建筑施工中的应用

吴军、朱宏成、明志君、李海林

（南通四建集团有限公司，223600）

[摘 要]：超高层建筑外墙节能改造施工难度大，成本费用高，普通钢管脚手架效率低下，本文介绍了一种液压升降整体脚手架的工艺原理、工程流程并对其三种不同的工况进行分析结合工程实践提出相应的控制要求，突出说明了液压升降脚手架在高处建筑施工及加固改造中的重要性、经济性，本文的研究对于加速高层结构中脚手架的推广应用及高效使用具有一定的积极作用。
[关键词]：外墙节能改造 液压升降脚手架 升降程序 工况分析

1. 引言
随着社会的不断发展，中国建筑业蒸蒸日上，高层建筑、超高层建筑如雨后春笋般涌现。高层建筑由于层数较多，在进入标准层后，结构施工工艺重复较多，而高层建筑多为高层住宅或写字楼，开发商迫于资金成本的原因而要求缩短工期，承建商也出于降低施工成本的目的而尽量加快施工进度、减少材料及外架的周转。在建筑施工中，脚手架用量大，使用时间长，费用较高，随着建筑形式的多样化，装拆简单、移动方便、性能良好、安全可靠、经济适用的脚手架成为必然趋势。在高层和超高层建筑的主体施工中，全自动液压升降整体脚手架的优越性越发明显，它用料少，安拆只需一次，爬升快捷方便，经济效益显著，是含有发明专利和多个实用新型专利的自主知识产权的机、电、液一体化的实用技术产品。
2. 工程概况
某综合楼外墙节能工程8#楼28层，9#楼30层，层高均为2.9米，总高约87米，标准层从3层开始，使用液压升降整体脚手架爬升做外墙结构改造施工，下降进行外墙装饰施工。脚手架从第三层开始安装至五层安装结束，安装阶段边进行主体结构施工，边安装，不影响装饰施工进度。主体结构施工到顶，脚手架从上往下降，做装饰施工作业至三层，拆除在低空进行。本脚手架技术先进，列入建设部行业标准编写计划，标准现已通过审查并发布(JGJ183-2009)。提升设备采用液压提升装置，提升一层楼房的高度，水平误差在50毫米以内，防坠落装置在施工现场由权威检测部门检测，坠落距离在12毫米以内，提升一层楼的高度只要1.5至 2小时。
3. 工艺原理
液压升降整体脚手架是通过附着支承结构附着在工程结构上，依靠自身的液压升降设备实现升降的悬空脚手架。通俗来说，即沿建筑物外侧搭设一定高度的外脚手架，并将其附在建筑物上，脚手架带有液压升降机构及升降动力设备，随着工程的进展，脚手架沿建筑物升降。液压脚手架主要适用于框架、框剪、剪力墙、筒型等高层、超高层建筑。
脚手架的液压提升系统可以延伸到多方面的应用，如用于建筑工程和工业领域的起重吊装工作；用于构筑物的滑框提模工艺的施工；用于烟囱和冷却塔施工的爬架设备；以及用于电梯井的爬模的脚手架的一体化施工技术和外墙脚手架与模板的一体化施工技术，新型液压教授架的组成如图1所示：
其中：1－竖向主框架；2－建筑结构混凝土楼面；3－附着支承结构；4-导向及防倾覆装置；5－悬臂(吊)梁；6－升降设备；7－防坠落装置；8－水平支承结构；9－工作脚手架；10 — 架体结构。参数的基本要求满足液压脚手架系统基本结构参数要求如下：架体结构高度不应大于5倍楼层高；架体全高与支承跨度的乘积不应大于110m²；架体宽度不应大于1.2m；直线布置的架体支承跨度不应大于8m，折线或曲线布置的架体；中心线处支承跨度不应大于5.4m；水平悬挑长度不应大于跨度的1/2，且不得大于2m；当两主框架之间架体的立杆作承重架时，纵距应小于1.5m，纵向水平杆的步距不应大于1.8m；提升动力大于等于50kN。

图1 新型液压教授架的组成
3. 脚手架关键计算
水平桁架的强度、刚度、单肢稳定性校核计算；竖向主框架的强度、单肢稳定性校核计算；架体构架水平纵向杆、水平横向杆的抗弯强度、抗弯刚度及该两种杆件连接扣件的抗滑能力校核，架体构架冲天杆的稳定性校核；脚手架架体总高度的校核计算；连墙拉结点的校核计算；防倾覆导轨的强度、刚度及稳定性校核计算等。
φ48×3.2钢管，虑到市场现实状况，计算中脚手架钢管取φ48×3.2。
截面积为：（mm2）
截面惯矩：(mm4)
抗弯模量：(mm3)
回转半径： （mm）
8#槽钢（机位内排立杆，兼作防倾覆导轨）几何尺寸参数：截面积为（mm2）；截面惯矩：(mm4)，(mm4)；抗弯模量： (mm3)；
回转半径: （mm），（mm）。

4. 工艺流程及升降程序
液压脚手架包含五个分项技术：脚手架系统、液压提升设备、自动控制系统、防坠防倾保险系统和脚手架水平高差自动报警系统。
4.1脚手架系统
脚手架系统由标准节、底平面水平桁架、轨道梁、轨道、提升梁、拉杆等部件与钢管扣件组成，结构简单，省材料，安全可靠。
4.2液压提升设备
液压提升设备是防坠落穿心式液压上升和下降千斤顶与附件组成，防坠落穿心式上升和下降液压千斤顶是获得发明专利的液压机械产品，能沿着 25的圆钢能够向上爬升或向下下降，载重量为6吨，一个行程为48MM，在其锁紧装置的进回油管路上装配液压锁能够保证载物不下滑，自身具有防坠落功能。
4.3自动控制系统
控制台是整个液压系统的心脏，它由液压控制系统和电路控制系统两部分组成，控制台有手动力控制和自动控制两种工况，手动控制工况是手按控制按钮完成整体脚手架升降；自动控制工况是按上升按钮，脚手架自动完成上升任务，按下降按钮脚手架自动完成下降任务。千斤顶的升降依靠的是液压控制台的集中控制，千斤顶升降的动力是控制台提供的带有压力的液压油，千斤顶的多少只与液压系统的供油量有关。
4.4防坠防倾保险系统
(1）千斤顶本身具有防坠功能。
(2）液压系统失压防坠落装置它有如下功能：A当液压系统压力小于某一值时，液压锁开始工作，保证脚手架只能向上移动，不能向下移动。B液压锁的进油阀门关闭，并将压紧螺栓松开，液压锁开始工作，保证脚手架只能向上移动，不能向下移动。
(3）机械式防坠装置是安装在标准节上的下部，当千斤顶的爬杆断裂，螺母脱落等现象出现时，千斤顶在弹簧力的作用下，千斤顶下移6cm，通过杠杆原理，机械式防坠装置上压杆不对机械式防坠装置有压力，机械防坠装置会将 25的圆钢爬杆咬紧， 25的圆钢的上端固定在建筑物上所以起到脚手架的防坠落作用。
4.5脚手架水平高差自动报警系统
脚手架水平高差自动报警系统是采用每榀脚手架布置一个小储水容器，容器中间放一个浮球，在浮球的上面有按钮开关，按钮开关与电源和电铃连接，由于整个系统中的压力相等，千斤顶的顶力有限，如该处的脚手架卡阻，荷载超过千斤顶的顶力，脚手架不会上升，该榀脚手架低于其它地方脚手架的某一值时，小储水容器内水位上升，浮球将按钮开关打开，电路接通电铃报警。该项技术已经经过国家建筑工程质量监督检验中心的检验，符合现行国家规范。
4.6脚手架的防火
液压升降脚手架的防火要求严格，做到防火技术培训与日常检查相结合，同时脚手架脚手板上固定安置泡沫消火栓，且在有效期内，定期进行检查与演练。
5. 液压升降脚手架系统工况分析
液压升降脚手架在升降、使用过程中存在着升降前、升降中、升降后使用前三种工况，其具体工况如下图所示：
图2 液压升降脚手架三种工况图

5.1 液压升降脚手架升降前的准备工作应满足的要求
提升设备的上端通过悬挑梁悬挂在建筑结构上，下端固定在脚手架的底部；防坠落装置的防坠杆固定在与建筑结构相连接的附着支承上，防坠装置固定在脚手架上，防坠落装置的中间穿插防坠杆件，防坠装置工作状态正常；上下防倾导轨之间距离应小于2.8m，或≤1∕4架体高度；升降行程范围内无伸出墙面外的障碍物；额定荷载超过30%或额定荷载失载70%时，报警停机系统可靠；架体的垂直度偏差≤0.5%架体全高，且≤60mm；安装最上层的附着支承处结构混凝土强度≥C10；专业人员操作，并持证上岗，架体上无闲杂人员，垂直立面与地面进行警戒，控制柜设置在楼面上。
5.2 升降工况满足的要求
根据升降前的准备工作几点要求进行检查验收合格后，才能发布升降令；在脚手架的升降过程中，应设立统一指挥，统一信号，参与作业人员必须服从指挥，确保安全，升降时应进行检查，并符合下列要求，即：各个机位建筑机构受力点的混凝土墙体或预埋件应无异常变化；各个机位的竖向主框架、水平支承结构、附着支承结构、导向装置、防倾装置、受力构件应无异常现象；各个防坠落装置的开启情况和失力锁紧工作应正常；控制柜的指示灯，压力表，同步控制系统和超、失载报警停机系统的工作应正常。当发现异常现象时，应依停止升降工作。查明原因，隐患排除后方可继续进行升降工作。
5.3 升降后使用前应进行检查并符合下列要求
液压脚手架的垂直荷载由建筑结构承担；最上一道防倾覆装置牢固可靠；防坠落装置属于工作状态；提升设备或装置处于非受力状态；脚手架底层脚手板与墙体的间隙小于50mm；在竖向主框架依次为位置的最上附着支承与最下附着支承之间的间距≥5.6m或≥1∕2架体高度。
6. 结论
当前，国内高层建筑工程主体施工和部分装饰施工，一般采用搭设悬挑脚手架为主，搭设悬挑脚手架如随着高层层次的增加，搭设比较困难，安全度有所降低。而全自动液压升降整体脚手架，设计新颖，防坠，防倾工作性能可靠，升降时重心点受力，升降工况平稳，同步性好，自动化程度高，能耗低，省工，省电，省材料，其向上爬升适用于高层建筑的主体结构施工，向下降适用于外墙装饰施工，可重复应用于工程，综合技术经济好，因此具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 中华人民共和国建设部. 附着式升降脚手架设计和使用管理办法. 北京：中华人民共和国建筑设部,2000.
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[4] 杜荣军.附着升降脚手架安全设计[J].建筑技术，2000，31（8）：520-522.