高处作业吊篮的改进安装技术
时间：2023-04-20 09:30:11 来源：千叶帆 本文已影响人
阮凡，蔡旺林，邢伟，邢跃东
（中国十七冶集团有限公司，安徽 马鞍山 243000）
随着我国建筑审美标准的不断提高和建造技术的不断突破，建筑外墙除满足常规的围护、保温及防水功能外，尚需满足美观性及其表达地域文化特色的功能。在传统外墙形象的基础上，充分考虑区域建筑风格，设计人员通过增加悬臂构件、增加建筑立面层次及变换空间布局的设计方法，呈现出了形式多变的建筑外观[1]。而传统高层建筑外墙装修作业时，通常采用支架式高处作业吊篮进行外立面施工，受限于屋面/楼面处外墙造型简单、转角少、屋面/楼面场地开阔、空间跨度大、无明显坡度的安装环境。随着建筑美学不断发展，传统吊篮应用场景十分有限。同时，因其配重部分所需预制混凝土块数量多、单块重量大，搬运不方便。当吊篮安装间距过大时，极易被拆除或挪动，存在较大的安全隐患。当吊篮安装间距过小时，配重部分易集中，为混凝土结构楼板带来一定的结构安全风险。因此，研究高处作业吊篮的改进安装技术具有重大意义。
近年来，随着高层建筑幕墙、仿古建筑及异形建筑建造技术的迅速发展，传统吊篮装置的弊端及局限性逐步显现，众多学者及技术人员结合建筑造型进行了一系列技术改良活动，主要发展成骑墙卡钳式支架和型钢穿孔悬挑式支架两种，一定程度上缓解了常规吊篮安装技术所无法解决的问题[2]。但骑墙卡钳式支架需女儿墙满足一定的强度和造型要求，不适用于带斜檐板的女儿墙造型；
型钢穿孔悬挑式支架参照了型钢悬挑脚手架的设计原理，以较小的预留洞形成了一定的安装优势，但其需要在屋面板上预留U 型螺栓，增加了后期屋面板的渗水风险。
因此，在研究传统吊篮装置的技术原理上，结合骑墙卡钳式支架和型钢穿孔悬挑式支架的改良思路，本文创造性地改进安装方法，改进内容包括：（1）直接与主体构件进行拉结，以减少对配重系统的依赖；
（2）预留孔钢筋加强，避免吊篮使用中对外墙构件造成破坏；
（3）发明了一种辅助拉结装置，用以抑制钢丝绳张拉过程中对外墙构件产生应力集中破坏；
（4）受拉结构梁回顶支撑，用以减弱钢丝绳张拉过程中对主体构件的应力改变幅度。通过该改进安装技术，既增加吊篮装置的安全性和安拆简便性，也可在一定范围内降低安拆成本，这也是本文提出对高处作业吊篮的改进安装技术予以研究的意义所在。
1.1 高处作业吊篮的发展概述
高处作业吊篮是指悬挂机构架设于建筑物或构筑物上，提升机驱动悬吊平台通过钢丝绳沿立面上下行走的一种非常设悬挂设备，主要用于高层及多层建筑的外饰面作业、外墙清洁及相关维修保养工作，同时，对建筑物墙面无承载力要求，施工成本较低，也能用于倾斜的立面或曲面，但平台的稳定性比较差。
我国高处作业吊篮的发展，可追溯到20 世纪60 年代，起初仅在少数重点工程上使用吊架，随着机械、电气装置的不断补充、完善，最终形成了完备的吊篮装置体系。进入21 世纪后，吊篮制造业进入了一个高速发展的时期，专业制造厂家的数量和吊篮设备的功能也得到飞速发展，逐渐趋向于“轻型化、安全装置标准化和控制系统自动化”的产品发展定位[3]。
1.2 高处作业吊篮的技术原理
高处作业吊篮，包括悬吊平台、悬挂机构、提升机构、限位器、钢丝绳和控制系统等部分。
其中，悬挂机构由横梁部分、支架部分、配重、钢丝绳、插件及套件等组成，作为工作钢丝绳、安全钢丝绳的端部固定装置；
其前、后梁与中梁通过承插进行连接，便于调节水平向长度，亦可通过调节插件的外露长度来调节竖向高度；
配重部分作为悬挂机构的力学平衡装置，用以防止吊篮发生倾覆。
提升机构一般采用爬升式提升机，其钢丝绳无需收卷或释放，仅靠驱动轮与钢丝绳间产生的咬合力带动悬吊平台升降，工作时只需通过驱动轮的上下爬行，即可带动平台部分的整体提升。当电源突然切断、悬吊平台下滑达到锁绳角度时，限位器即可瞬间自动锁住安全钢丝绳，从而抑制悬吊平台的下滑或倾斜。
2.1 改进内容
（1）将钢丝绳直接与主体构件进行拉结，通过完善相关固定措施和防磨损措施，在保证固定效果的同时，降低对钢丝绳的磨损。
（2）钢丝绳穿越外墙悬臂构件部分，应在主体结构施工时，使用U-PVC 管材提前预留，孔道周边、悬臂构件根部钢筋应加强、加密设置。
（3）发明一种辅助拉结装置，主要在钢丝绳穿越外墙悬臂构件使用，通过装置自身的平稳变向功能，降低钢丝绳张拉过程中对外墙悬臂构件的作用力。
（4）受拉结构梁采用三排脚手架进行回顶支撑，通过支撑架体改变钢丝绳张拉作用区域，实现削弱钢丝绳张拉过程中对主体构件的应力改变幅度，避免出现结构裂缝。
2.2 技术措施
（1）在屋面主体结构施工前，根据主体结构布局及外墙造型分布情况，对悬吊作业平台长度及各吊篮间距进行相关策划，确保吊篮布置合理。结合主体结构墙、柱、框架梁的平面位置，确定钢丝绳的穿孔位置和拉结固定点，要求穿孔部位造型板厚度不小于150mm，否则需要针对该部位进行反向张拉及相关加固处理，并预先与设计人员进行确认。设计钢丝绳在结构梁上进行拉结时，应根据梁截面适当增加构造钢筋，要求拉结点尽量位于梁端1/3 处，若拉结点位于梁中1/3 处时，应按照梁底受力筋规格另增加钢筋。
（2）在屋面主体结构施工时，依据确定好的钢丝绳穿孔位置，待模板支设完成后进行测量放样，使用黄色油漆标记出穿孔点下部位置，且依据计算出的孔洞设置角度，预埋U-PVC管并与板上部附加钢筋有效固定，尽量避免孔洞出现偏差时需要后补孔的情况（见图1）；
在钢筋绑扎过程中，应通过缩小孔道周边钢筋间距以确保标记位置位于钢筋分格正中心；
在混凝土浇筑过程中，应避免浇捣混凝土对该部位预埋管造成扰动，且预埋管应使用气泡膜填塞或塑料胶帽进行封堵处理。
图1 预留孔
（3）钢丝绳穿过外墙悬臂构件，与主体结构拉结过程中，需将钢丝绳由竖向变化为斜向建筑物内，当无平顺变向措施时，钢丝绳极易发生弯折受损[4]。为避免此类安全隐患产生，结合本改进安装技术，发明了一种辅助拉结装置（见图2），该装置可实现钢丝绳的平稳变向，且在一定程度上可避免与主体结构产生摩擦，从而提高吊篮装置的安全性。
图2 辅助拉结装置
受拉结构梁采用三排满堂式脚手架进行回顶支撑，回顶支撑部位按照梁端1/3 区域、梁中1/3 区域进行分段，具体回顶区段按照钢丝绳固定位置进行调节。脚手架的设置，除满足基本满堂式脚手架的要求外，尚需在梁所在的脚手架跨度范围内进行立杆、梁底杆的加密设置，并沿梁长方向、在梁底杆上对称楔入木楔；
回顶支撑的边跨部分，应沿梁长方向对立杆进行加密处理，垂直梁长方向，应适当增大立杆间距，并设置贯通三跨脚手架的落地式剪刀撑。
2.3 改进后的先进性分析
对比传统支架式吊篮、骑墙卡钳式支架吊篮和型钢穿孔悬挑式吊篮，本改进安装方法存在如下先进性：（1）采用主体结构作为配重部分，不受限于主体构件的断面形式及空间位置，除可在梁上拉结外，尚可在剪力墙、柱上进行拉结固定；
（2）提前预留安装孔，结构创伤面小，且预留孔留设在外墙饰面上，无法形成屋面渗水隐患；
（3）通过自主研制辅助拉结装置，避免了钢丝绳在穿孔后需强制变向的技术问题，提供了钢丝绳除竖向张拉以外的另一种完全张拉方案；
（4）本改进安装方法中的梁底结构回顶支撑，除增强梁构件的竖向承载力外，尚可增强其水平向受弯承载力，在不需增加梁截面尺寸的前提下，极大程度提高了梁构件的承载力和整体刚度。
3.1 工程概况
本工程项目单体工程为地下2 层、地上10 层建筑，屋面为大角度坡屋面，不具备布置悬挂机构和配重系统的条件。机房层外墙斜檐板最高处距离结构地面高度1.5m，向内出挑400mm，不满足悬挂支架高度和出挑长度的要求，见图3。框架柱间距为7.8m，不满足柱上张拉钢丝绳的条件。为减少配重搬运和后期拆卸困难，同时避免复杂外墙造型对悬挂机构支架及横梁所产生的安装难度，在确保安全的前提下合理布置吊篮，提出了一种采用无配重、无悬挂机构，只通过钢丝绳将悬吊作业平台与主体结构框架梁拉结的方式进行吊篮固定的安装方法，见图4。
图3 外墙斜檐板造型
图4 屋面形式及吊篮安装方法
3.2 施工工艺流程
施工工序：测量放线及洞口标记→穿绕钢丝绳洞口预留→安装、固定辅助拉结装置→穿绕钢丝绳→钢丝绳拉结固定→搭设回顶支撑架→设置钢丝绳防磨损措施→完成安装。
3.3 穿绕钢丝绳洞口预留
预留洞口的测量放线应在板底筋绑扎前完成，为避免孔位标记被擦除，放线过程中应及时进行油漆标记，放线完成后及时进行模板钻孔预留。
在主体结构梁板钢筋施工时，根据已经确定好的穿孔位置，对相关部位钢筋做以下加强处理：横向方向，对确定好的穿孔位置采用上部钢筋附加2φ12 横向钢筋，附加钢筋锚固进入结构梁中；
纵向方向，上部钢筋附加2φ10 纵向钢筋，钢筋长度不小于1 200mm，要求横向钢筋覆盖相邻吊篮钢丝绳后穿孔位置（覆盖两个孔），以避免后期吊篮使用过程中，因荷载传递导致结构板出现细微裂纹。
当预留孔与脚手架眼位置重叠时，可利用结构主体施工时脚手架立杆预留孔作为钢丝绳穿绳孔；
对部分预留孔因孔径不足、角度偏差确实需要后期扩孔的位置进行扩孔，扩孔前采用钢筋检测设备标记斜檐板受力钢筋位置后进行洗洞，洗洞的尺寸应满足钢丝绳（工作钢丝绳、安全钢丝绳）通过的要求。预留孔检查无误后，对预留孔洞顶部周边使用带中粗砂水泥砂浆进行抹面处理，水泥砂浆面在靠近预留孔洞部位抹成稍带弧度的坡面，带弧边界与原U-PVC 管道口相切。
3.4 安装、固定辅助拉结装置
辅助拉结装置通过在斜檐板上预埋钢筋头或后植筋进行固定，用以抑制钢丝绳在张拉过程中产生的水平推力[5]。通过该装置上固定的滑轮组进行平稳导向，降低钢丝绳的磨损。
3.5 穿绕钢丝绳
明确吊篮安装位置后，立即组织钢丝绳的定位穿孔，准备穿绕钢丝绳时，提前一天使用高压水管对预留孔洞进行清孔处理；
穿绕钢丝绳过程中，加强对钢丝绳的检查、保护，避免存在折痕、扭曲等材料质量问题，确保钢丝绳顺直穿越孔洞；
钢丝绳穿过后，对处于预留孔洞段的钢丝绳进行加强润滑处理。
3.6 钢丝绳拉结固定
钢丝绳通过缠绕固定在已进行回顶支撑的框架梁上，使用4mm×8mm×1 000mm 木方进行拉结固定点的防护处理，预防钢丝绳在张拉过程中对主体结构棱角产生损坏，见图5。在框架梁上固定钢丝绳时，应设置不少于4 个绳夹将钢丝绳两端卡住，并预留观察口，见图6，确保钢丝绳同主体构件产生有效拉结，以作为吊篮装置的配重部分；
将多余钢丝绳挂起、盘好，便于日常检查及维护。
图5 结构梁的防护处理
图6 钢丝绳观察口
3.7 设置钢丝绳防磨损措施
钢丝绳同结构主体框架梁拉结固定后，对其与主体构件接触部分做隔离防护处理，采用废旧的胶皮管或是自行车轮胎对钢丝绳进行包裹处理，将钢丝绳与结构主体棱角部位隔离分开，预防使用过程中因受力遭磨损。
钢丝绳末端通过绳夹固定时，数量应不少于4 个，U 形开口应对侧对齐布置。绳夹自拉结处依次夹紧，预留观察口时，应设置在最后一个绳夹和前一个绳夹间，并确保钢丝绳有少许拱起。
垂放钢丝绳时，应将绳头缓慢抽出后沿外墙自由滑下，待钢丝绳下落至地面后，应将钢丝绳盘好扎紧。用于拉紧安全钢丝绳的重锤应设置在安全钢丝绳末端，可起到稳定钢丝绳、防止电机在提升作业平台过程中将钢丝绳带起而影响平台的稳定运行。
采用主体拉结作为吊篮的承力点时，需要定期检查钢丝绳及绳夹的工作状态，确保钢丝绳无严重锈蚀、松股、扭结及断丝，保证钢丝绳绳夹可靠无松动。钢丝绳安装前应认真排查，对附着在绳上的涂料、砂浆、化学胶等污物仔细清理，禁用不满足要求的钢丝绳。
虽然此种改进安装方法具有很多传统支架式吊篮所不具备的优点，但在采用此方法施工时，还需要结合工程实际进行合理选用。当遇到类似工程项目时，必须做好前期策划准备工作，通过外墙造型合理安排吊篮的规格、数量以及位置，确保预留洞口可靠有效，避免后期扩孔对主体结构造成损伤。在吊篮使用期间必须做好日常巡查、排查工作，定期检查钢丝绳的受损情况并及时处理，保证钢丝绳在使用过程中安全可靠。考虑到外墙造型影响，应安排专业安装人员进行现场驻守，并定期检查、更换限位装置，确保使用安全。此安装技术首次在本施工项目得到验证实践，相对于传统吊篮安装方式，具有多种优势。结合本项目吊篮安装难点，本安装技术方便组织实施，有效降低了安装人工及租赁成本，加快了施工速度，安全系数得到明显提高。
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