建筑施工之常用非落地式脚手架的设置和使用.doc
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1、建筑施工之常用非落地式脚手架的设立和使用非落地式脚手架涉及附着升降脚手架、挑脚手架、吊篮和挂脚手架,即采用附着、挑、吊、挂方式设立的悬空脚手架。它们由于避免了落地式脚手架用材多、搭设量大的缺陷,因而特别适合高层建筑施工使用,以及各种不便或不必搭设落地式脚手架的情况。其中前三种大量使用,在本节予以介绍。5-4-1 附着升降脚手架的设立和使用凡采用附着于工程结构、依靠自身提高设备实现升降的悬空脚手架,统称为附着升降脚手架。由于它具有沿工程结构爬升(降)的状态属性,因此,也可称为“爬升脚手架”或简称“爬架”。附着升降脚手架系在挑、吊、挂、脚手架的基础上增长升降功能所形成并发展起来的是具有较高技术含量
2、的高层建筑脚手架,它的依靠自身设施实现升降的功能是挑、挂脚手架所没有的,而其架面的操作条件也大大优于单独使用的各式吊篮,当建筑物的高度在80m以上时,其经济性则更为显著。5-4-1-1 附着升降脚手架的类别和基本组成1附着升降脚手架的类别(1)按附着支承方式划分附着支承即将脚手架附着于工程边侧结构(墙体、框架)之侧并支承和传递脚手架荷载的附着构造,共有图5-108所示9种,由于悬挑式和吊拉式无防倾构造,现已停止使用,故按附着支承方式可划提成以下7种:图5-108 附着支承结构的9种形式示意(a)悬挑式;(b)吊拉式;(c)套框式;(d)导轨式;(e)导座式;(f)挑轨式;(g)套轨式;(h)吊
3、套式;(i)吊轨式1)套框(管)式附着升降脚手架。即由交替附着于墙体结构的固定框架和滑动框架(可沿固定框架滑动)构成的附着升降脚手架;2)导轨式附着升降脚手架。即架体沿附着于墙体结构的导轨升降的脚手架;3)导座式附着升降脚手架。即带导轨架体沿附着于墙体结构的导座升降的脚手架;4)挑轨式附着升降脚手架。即架体悬吊于带防倾导轨的挑梁带(固定于工程结构的)下并沿导轨升降的脚手架;5)套轨式附着升降脚手架。即架体与固定支座相连并沿套轨支座升降、固定支座与套轨支座交替与工程结构附着的升降脚手架;6)吊套式附着升降脚手架。即采用吊拉式附着支承的、架体可沿套框升降的附着升降脚手架;7)吊轨式附着升降脚手架。
4、即采用设导轨的吊拉式附着支承、架体沿导轨升降的脚手架。图5-109111分别示出了导轨式、导座式和套轨式附着升降脚手架的基本构造情况。图5-109 导轨式附着升降脚手架图5-110 导座式附着升降脚手架1-吊挂支座;2-提高设备;3-架体;4-导轨;5-导座;6-固定螺栓;7-滚轴;8-导轨立杆图5-111 套轨式附着升降脚手架1-三角挂架;2-架体;3-滚动支座A;4-导轨;5-防坠装置;6-穿墙螺栓;7-滑动支座B;8-固定支座;9-架底框架(2)按升降方式划分附着升降脚手架都是由固定、或悬挂、吊挂于附着支承上的各节(跨)37层(步)架体所构成,按各节架体的升降方式可划分为:1)单跨(片)
5、升降的附着升降脚手架。即每次单独升降一节(跨)架体的附着升降脚手架;2)整体升降的附着升降脚手架。即每次升降2节(跨)以上架体、乃至四周所有架体的附着升降脚手架;3)互爬升降的附着升降脚手架。即相邻架体互为支托并交替提高(或落下)的附着升降脚手架。互爬式爬升脚手架的升降原理见图5-112所示。每一个单元脚手架单独提高,当提高某一单元时,先将提高葫芦的吊钩挂在与被提高单元相邻的两架体上,提高葫芦的挂钩则钩住被提高单元底部,解除被提高单元约束,操作人员站在两相邻的架体上进行升降操作;当该升降单元升降到位后,将其与建筑物固定好,再将葫芦挂在该单元横梁上,进行与之相邻的脚手架单位的升降操作。相隔的单元
6、脚手架可同时进行升降操作。图5-112 互爬式脚手架升降原理(3)按提高设备划分共有4种,即手动(葫芦)提高、电动(葫芦)提高、卷扬提高和滚压提高,其提高设备分别使用手动葫芦、电动葫芦、小型卷扬机和液压升降设备。手动葫芦只用于分段(12跨架体)提高和互爬提高;电动葫芦可用于分段和整体提高;卷扬提高方式用的较少,而滚压提高方式则仍处在技术不断地发展之中。目前国内已使用的滚压提高方式的附着升降脚手架有3种:1)采用穿心式带载升降液压千斤顶,沿486爬杆爬升,爬杆也是架体的导杆的防倾装置,其附着支承构造为吊拉式(图5-113);图5-113 千斤顶型液压提高装置2)滚压升降装置依据塔吊液压顶升系统的
7、原理进行设计,液压缸活塞杆与设于架体上的导轨以锁销相连,采用单跨提高方式,1套滚压提高装置(泵站、高压软管和2个滚压缸)在完毕一跨提高后,转移到另一跨进行提高后(图5-114);图5-114 临设型液压提高装置3)升降机构由带有升降踏步块和导向板的导轨与附着其上的上下爬升箱和滚压油缸等组成。爬升箱内设有能自动导向的凸轮摆块和联动式导向轮,其上端的连接轴则与爬架的主承力架连接。启动油泵后,通过油缸的伸缩,上下爬升箱内的凸轮摆块和导向轮就自动沿着H型导轨的导向板和踏步块实现升降,并自动导向、自动复位和自动锁定。这种液压升降装置用于图5-115所示的导轨式带模板附着升降脚手架中。图5-115 带模液
8、压升降脚手架注:图中为应力实验测点编号此外,还可按其用途划分的带模板和不带模板的附着升降脚手架。2附着升降脚手架的基本组成部分附着升降脚手架由架体、附着支承、提高机构和设备、安全装置和控制系统等4个基本部分构成。(1)架体附着升降脚手架的架体由竖向主框架、水平梁架和架体板构成(图5-116)。其中,竖向主框架既是构成架体的边框架,也是与附着支承构造连接,并将架体荷载传给工程结构承受的架体主承传载构造。带导轨架体的导轨一般都设计为竖向主框架的内侧立杆。竖向主框架的形式可为单片框架(框架构造形式如图5-108所示,其中一些特殊形式为考虑人员通行规定而调整)或为由两个片式框架(分别为相邻跨的边框架)
9、组成的格构柱式框架,后者多用于采用挑梁悬吊架体的附着升降脚手架中。水平梁架一般设于底部,承受架体板传下来的架体荷载并将其传给竖向主框架,水平梁架的设立也是加强架体的整体性和刚度的重要措施,因而规定采用定型焊接或组装的型钢结构。除竖向主框架和水平梁架的其余架体部分称为“架体板”,用此名称,是由于在承受风侧等水平荷载(侧力)作用时,它相称于两端支承于竖向主框架之上的一块板,同时也避免与整个架体相混淆。图5-116 附着升降脚手架的架体构成对架体进行设计时,按竖向荷载传给水平梁架,再传给竖向主框架和水平荷载直接由架体板、水平梁架传给竖向主框架进行验算,这是偏于安全的算法。事实上,部分架体板的竖向荷载
10、可以直接传给竖向主框架,而水平梁架的竖杆如亦为架体板的立杆时,(例如水平梁架亦采用脚手架杆件搭设且其立杆共用时),将会提高其承载能力(上海八建的实验表白,可提高30%左右)。因此,当水平梁架采用焊接朽架片组装时,其竖杆宜采用483.5钢管并伸出其上弦杆,相邻竖杆的伸出长度应相差不小于500mm,以便向上接架体板的立杆,使水平梁架和架体板形成整体。架体板应设立剪力撑,当有悬挑段时,应设立如图5-116所示的成对斜杆并加强连接构造,以保证悬挑段的传载和安全工作规定。(2)附着支承附着支承的形式虽有图5-108所示的9种,但其基本构造却只有挑梁、拉杆、导轨、导座(或支座、锚固件)和套框(管)等5种,
11、并视需要组合使用。为了保证架体在升降时处在稳定状态,避免晃动和抵抗倾覆作用,规定达成以下两项规定:1)架体在任何状态(使用、上升或下降)下,与工程结构之间必须有不少于2处的附着支承点;2)必须设立防倾装置。也即在采用非导轨或非导座附着方式(其导轨或导座既起支承和导向作用、也起防倾作用)时,必须此外附设防倾导杆。而挑梁式和吊拉式附着支承构造,在加设防倾导轨后,就变成了挑轨式和吊轨式。即使在附着支承构造完全满足以上两项规定的情况下,架体在提高阶段多会出现上部自由高度过大的问题,解决的途径有以下两个:1)采用刚度大的防倾导轨,使其增长支承点以上的设立高度(即悬臂高度),以减少架体在接近每次提高最大高
12、度时的自由高度;2)在外墙模板顶部外侧设立支、拉座构造,运用模板及其支撑体系建立上部附着支承点,这需要进行严格的设计和验算,涉及增长或加强模板体系的撑拉杆件。(3)提高机构和设备附着升降脚手架的提高机构取决于提高设备,共有吊升、顶升和爬升等3种:1)吊升。在挑梁架(或导轨、导座、套管架等)挂置电动葫芦或手动葫芦,以链条或拉杆吊着(竖向或斜向)架体,实际沿导轨滑动的吊升。提高设备为小型卷扬机时,则采用钢丝绳、经导向滑轮实现对架体的吊升;2)顶升。即图5-114所示的方式,通过液压缸活塞杆的伸长,使导轨上升并带动架体上升;3)爬升。即图5-115所示的方式,其上下爬升箱带着架体沿导轨自动向上爬升。
13、提高机构和设备应保证处在完好状况、工作可靠、动作稳定。(4)安全装置和控制系统附着升降脚手架的安全装置涉及防坠和防倾装置,防倾采用防倾导轨及其他适合的控制架体水平位移的构造。防坠装置则为防止架体坠落的装置。即一旦因断链(绳)等导致架体坠落时,能立即动作、及时将架体制停在防坠杆等支持构造上。防坠装置的制动有棘轮棘爪、楔块斜面自锁、摩擦轮斜面自锁、楔块套管、偏心凸轮、摆针等多种类型(图5-117),一般都能达成制停的规定,已有几种防坠产品面市,如广西圣安建筑外架技术开发部研制出的限载联动防坠装置,采用凸轮构造防坠器(图5-118),广西一建公司产品“FZ25型爬架防坠器”,采用楔块套管构造(图5-
14、119)。图5-117 防坠装置的制动类型示意图5-118 采用凸轮构造的防坠器图5-119 采用楔块套管构造的防坠器附着升降脚手架采用整体提高方式时,其控制系统应保证实现同步提高和限载保安全的规定。由于同步和限载规定之间有密切的内在联系,不同步时则荷载的差别亦大,因此,也常用限载来实现同步升降的规定。对升降同步性的控制应实现自动显示、自动调整和遇故障自停的规定。这些年来在这方面已取得了重要的技术进展,如:比尔特整体提高脚手架电动爬架(一种吊轨式附着升降脚手架)在每个提高机上设有保护装置,当出现障碍、超载和卡链等情况时,能将信息及时反馈到操作盒上,自动报警、显示故障位置并同时切断电源,使整架停
15、止升降;江苏江都建筑专用设备厂生产的液压控制台设有各机位运营状态显示系统,可供操作人员监控各千斤顶运营情况、及时排除故障,并依据大荷载需要高压力的原理,自动调节千斤顶的升速;桂林圣安的“限载联动防坠器”,由限载联控、锁紧装置等组成。它根据弹簧钢的弹性变形与荷载的线性关系,调定限位开关的控制距离,将提高力的变化转为限位开关的信号变化后,反馈到集群控制线路中,达成及时进行报警、显示和自动控制的规定;江苏省建筑科学研究院研制出的“预警安全保护系统”,由串联于电动葫芦机位上的机械式载荷传感器、中继站和自动检测显示仪组成,每4只传感器并联为一组并联至中继站,各中继站用1根电源线和信号线合一的电缆线串联至
16、自动显示仪(图5-120),将各机位的荷载限定在1040kN的范围内。当机位荷载超过上述范围时,传感器立即向中央自动检测显示仪发出报警信号并指示异常机位及其情况类型、切断总电源并发出声、光报警信号;图5-120 预警安全保护系统上海八建在其“DMCL整体电动升降脚手架”中采用如图5-121所示的控制系统,它由荷载增量控制系统与防坠安全制动器组成,通过荷载监控系统抓住吊点荷载的变化(超载和失载),及时报警、自动切断电源,并使防坠装置动作、锁住架体。防坠安全制动器采用了电磁铁吸合形式与机械形式兼容,既可分别,也可同时控制。当吊点荷载超过设定值时,控制器发出指令、使电磁铁吸合,作防坠前的准备。机械式
17、的作用为在发生断链时快速制动。而制动器则是采用凸轮与25制动刹杆的接触时,其压力角小于其摩擦角的原理设计的,凸轮的另一面(非摩擦面)则与电磁铁连接;图5-121 控制系统工作框图示意北京市建筑工程研究院在其研制的液压带模附着升降脚手架中,按图5-122的框图进行控制。在架体分组爬升时,采用便携式油缸和泵站,油缸压力按设计预先调定并设有相应的液压锁,手动控制;当整体爬升时,在油缸内加设位移传感器,使用由可编程控制器组成的自动控制系统。该系统由位移传感器测出油缸的顶升距离、传入信号解决器整理传送到编程控制器中进行位移差解决(记录各油缸顶升位移值、随时进行位移值的比较、并判断其位移差值是否超过设定的
18、允许差值),将超过允许位移差的油缸停止运营,并在降下来后又重新启动,以保证达成同步提高规定。此外,可编程控制器的程序中还设有保护措施,一旦因某一油缸停止工作或爬架卡住时,即自动停止顶升。图5-122控制系统框图5-4-1-2 附着升降脚手架的安全规定和注意事项1附着升降脚手架设计安全的规定和注意事项建筑施工附着升降脚手架管理暂行规定 建设部1996年颁发,目前仍在执行。(以下简称暂行规定)对附着升降脚手架设计规定的重要规定列入表5-14中,对实现设计安全规定的注意事项如下:(1)保证达成安全设计中的关键规定关键规定有以下六个方面:1)各设计项目使用相应的设计方法并保证达成规定的安全保证度(可靠
19、指标或安全系数)规定;2)对的拟定各种架型在不同工况下承传载受力情况的分析模式;3)按规定使用在不同部件、工况下的计算系数;暂行规定对附着升降脚手架设计规定的重要规定 表5-94序次项目重要规定1执行标准本暂行规定、编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定(修订稿)以及建筑结构荷载规范(GBJ 9)、钢结构设计规范(GBJ 17)、冷弯薄壁型钢结构技术规范(GBJ 18)和混凝土结构设计规范等相关标准(注:应执行相应的新标准)2设计计算方法1)架体结构和附着支承结构采用“概率极限状态法”设计;2)动力设备、吊具、索具按“允许应力法”设计3计算简图和验算规定按使用、升降和坠落三种状态拟定计算简图
20、,按最不利受力情况进行计(验)算,必要时通过实架实验拟定其设计承载能力4恒载标准值Gk涉及架体和架上其他设备、装置的自重5活载标准值Qk架上施工人员、材料、机具自重,可按设计的控制值采用,但其取值不得小于以下规定:1)结构施工按二层同时作业;装修施工按三层同时作业;2)使用工况结构作业按3kN/m2计,装修作业按2kN/m2计;3)升降和坠落工况均按0.5kN/m2计6荷载计算系数见下表7允许应力法中安全系数和允许荷载的取值1)吊具、索具取K6.0,其他按相关标准的规定;2)按相关标准规定。无规定期,可取其额定荷载8受压杆件的长细比和受弯杆件的允许挠度1)150;2)允许挠度;水平杆L/150
21、;水平支撑结构L/200;其他受弯构件L/3009支承(机位)的平面布置控制跨度和悬挑长度,避免超过其设计(或实验)承载能力10架体尺寸1)高度5倍楼层高;2)宽度1.2m;3)支承跨度8m(直线架体)或5.4m(曲线、折线)架体;4)架体的全高跨度110m2;5)采用整体提高的架体的水平悬挑长度1/2跨度 且3m;采用单跨(片)提高的架体的水平悬挑长度1/4跨度11设计应达成安全可靠(有效)的项目1)架体结构;2)附着支承结构;3)防倾、防坠装置;4)监控荷载和保证同步升降的控制系统;5)动力设备;6)安全防护设施12架体结构和构造设计1)竖向主框架应为定型加强的、并采用焊接或螺栓连接结构,
22、不得使用脚手架杆件组装;2)竖向主框架与附着支承的导向构造之间不得采用扣接等脚手架连接方式;3)水平梁架应采用焊接或螺栓连接的析架梁式结构,局部可采用脚手架杆件连接,但其长度不得大于2m;4)架体外立面沿全高设立剪刀撑,其跨度不得大于6.0m;5)悬挑端应以竖向主框架为中心设对称的斜拉杆(图5-116);6)分段提高的架体必须为直线形架体13架体应采用加强构造措施的部位1)与附着支承结构的连接处;2)升降机构设立处;3)防倾、防坠装置的设立处;4)吊拉点处;5)架体平面的转角处;6)因碰塔吊、电梯等设施而需要断开或开洞处;7)其他需要加强的部位14物料平台布置1)必须将其荷载独立地传递给工程结
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