摘要：介绍一种专用于装配式混凝土结构建造的新型导架升降式双层作业平台，重点阐述了平台的高承载力升降动力系统、可模块化拼装的操作平台系统、三肢式附墙装置、低速重载安全防坠器和弹入式齿条锁定装置等关键部件的选型与设计，为装配式混凝土结构建造专用装备的应用提供借鉴。
关键词：装配式建筑；结构施工；升降平台；设计分析
在我国加快推进建筑工业化的重点战略驱动下，新型装配式建筑得到快速发展，国务院发布的《关于大力发展装配式建筑的指导意见》更是明确了装配式建筑占新建建筑面积的比例须达到30%的具体目标。与其相辅，工业化建造技术开始不断转型升级，越来越多的新型装备技术得以应用。近些年来，工程技术人员又尝试将导架升降式施工平台用于装配式建筑主体结构施工过程中，以代替传统的钢管扣件脚手架以及整体提升脚手架等施工设备[1]。
导架升降式施工平台作为一种高空作业装备技术已在国内众多建（构）筑物施工项目中，尤其是墙面装饰装修及维护工程项目，得以成功应用，其所具有的搭设时间短、人工成本低、材料传送方便等诸多优势，显著提高了工效。但导架升降式施工平台的结构形式一般是由若干标准规格的三角形框架或矩形框架组成的单层平台[2]，显然无法满足装配式建筑主体结构施工时结构层外立面围护高度的要求。为此，也有工程采用在传统三角桁架上部增设或者下部悬挂型钢架体的措施，以额外设置一层或多层施工平台来增加平台的围护和作业高度。但附加的施工平台增加了平台自重，在动力机位不变的情况下，在一定程度上限制了平台的承载能力，从而在建筑主体结构的预制构件姿态调整、钢筋整理及绑扎、浇筑等工作时，难以达到高效施工要求。
因此，针对装配式建筑的主体结构施工所提出的外立面空间立体化、外围护全封闭、整体提升能力重载、导架标准节高悬臂等需求[3]，我们研究设计了一种新型导架升降式双层作业平台（图1），其主要参数为：每层额定载重20 kN，最大施工高度100 m，操作平台长度13.2 m，操作平台主体宽度1.2 m，操作平台总高度5.1 m，升降速度7.6 m/min。
考虑到主体结构施工时作业平台将随结构层的施工而同步上升，除了起到围护作用外还具备了一定的承载能力，并且平台自身的质量相较一般的单层升降平台要大许多，因此单个机位采用了3 kW×3组电动机及斜齿轮伞齿轮减速机的动力布局，必要时还可以采用增设机位数量或者缩短机位间距的方式来提高承载能力。电动机与减速机斜向安装于机位架的面板上，布置在上、下2层操作平台之间，以方便动力系统的养护与维修。在电动机下方的连接板上设置有安全防坠器，上方的架体横梁上安装有弹入式锁定装置。
机位架（图2）是动力系统的承载框架，由型钢焊接而成，左右两侧设置有连接头，可连接操作平台标准节。机位架通过附着的滚轮紧扣导轨架，通过电机驱动以3面环抱导轨架的方式进行升降施工，可将平台承受的水平荷载直接传递给导轨架的4个立柱，使导轨架整体受力，从而较好地抵抗水平风荷载及施工荷载，尤其是在施工结构层上部无附着点所造成的悬臂施工工况下，确保平台构件的强度、刚度及稳定性能够达到安全施工要求[4]。
图2 机位架总装
操作平台由若干平台标准节（图3）通过挂钩及螺栓相互连接组成。平台标准节为矩形框架结构，在框架顶面铺设冲孔板，底面铺设花纹板作为底部硬封闭层，外围安装围挡板及栏杆，采用厚0.5 mm冲孔铝板作为防护网，形成双层作业平台。其中框架内部为框架层，框架上部为平台层，施工人员可在框架层及平台层进行施工作业。根据施工需要，还可以在框架层内部设置夹层，或者在平台层上搭设附加层，以适应不同高度施工作业。标准节矩形框架尺寸可以采用标准规格或定制规格进行自由互换连接，其上、下2层靠近墙面的水平杆为可伸缩挑杆，挑杆上可固定安装钢挑板，通过伸缩挑杆及增减钢挑板实现平台的扩展和回收，可以按照建筑体型拼出各种形状的平台，以满足形式多样化的建筑施工围护需求。
图3 操作平台标准节
通过操作平台的矩形框架端部连接固定在机位架上，可将相邻的升降动力系统连接起来，形成可沿导轨架进行升降的工作平台。一般简单的做法是在矩形框架上、下端部均采用铰接的形式与机位架连接，但考虑到电机驱动的2个动力系统在运行时无法做到完全同步，位于2个机位架中间的操作平台在运行时可能会发生倾斜，而操作平台矩形框架的高度较高，倾斜变形过大则会使矩形框架结构产生内应力，倾斜严重时会造成构件损伤甚至升降动作卡死，造成安全隐患。因此，为了确保平台的升降安全，我们对操作平台矩形框架与机位架的连接方式进行了优化设计，开发了滑动套筒装置（图4），即在操作平台框架的上部与机位架采用销轴铰接，下部采用滑动套筒装置进行连接，这样就释放了中间操作平台因两侧机位架运行不同步所造成的下部连接点的水平方向位移约束，但同时保证了竖向方向的约束仍然有效，特别是在中间操作平台有偏心载荷的情况下，增加了承载及防倾翻能力，大大提升了平台的稳定性和安全性，同时也更便利了机位架与中间操作平台的连接安装。
图4 滑动套筒连接示意
该双层导架升降式施工平台的机位架以3面环抱的方式绕导轨架的4个立柱进行升降，导致附墙装置不能直接固定在导轨架的立柱上，为此，我们又设计了三肢式附墙装置。该装置主要由3根可调的连接杆与调节框架组成，调节框架避开机位架的附着滚轮，通过螺栓固定在导轨架中相邻的上、下2个横杆上，由3根可长度调节的连接杆将调节框架与结构连接固定。调节框架上设有等间距螺栓孔，可根据实际附墙设置高度的需要，灵活调整连接杆的固定标高；连接杆用等距离螺栓孔加上螺纹以2种粗细方式组合调节，可实现在合理范围内任意间距和位置的安装（图5）。
图5 三肢式附墙装置
一般情况下，对于外墙构件采用现浇混凝土连接的装配式建筑主体结构，可采用在现浇位置由现场做埋件来固定附墙装置；在与设计单位及构件生产厂家充分沟通协商的条件下，也可在墙体构件出厂前就在相应位置安装好预埋件。对于前期未设置预埋件、后期又无法植入连接件的情况，可通过设置附加连接装置，如以夹扣式或者内部固定式等办法，在不损伤墙体构件条件下实现附墙固定。
夹扣式是在主体结构墙体构件的洞口位置，用附加连接件以夹扣形式固定在洞口周边墙体上（图6），附墙装置亦通过附加连接件将导轨架与结构连接；夹扣间距同样可采用等距离螺栓孔加上螺纹以2种粗、精方式组合调节，以适配不同厚度的墙体；同时在与墙体接触部分采用支撑钢板加橡胶支撑板组合方式，在增大夹紧力的同时最大限度地避免外墙面破坏。
图6 夹扣式附加连接示意
内部固定式则是在建筑内部结构（楼板、墙、梁等）设置内部预埋件，附墙装置穿过门窗洞口与内部预埋件连接固定。
以上这2种附墙形式在安装、维护和拆卸时，都可以在结构内部操作，有较好的安全性和便利性。
安全保护装置主要包括安全防坠器和齿条锁定装置。
安全防坠器采用齿轮锥鼓形渐进式防坠安全器，其构造原理与采用齿轮齿条传动的人货两用施工升降机的安全防坠器相同，当平台下行的运行速度达到标定的动作速度时，防坠器中的离心式限速装置的甩块移位，带动锥鼓向制动带运动、接触并产生制动力矩。但由于导架升降式施工平台的升降速度慢、载重大，所以安全防坠器的标定响应速度较慢，为0.35～0.40 m/s，额定承重能力不小于90 kN。
作为装配式建筑主体结构施工时的脚手架及防护架，导架升降式电动平台很可能需要在固定高度长时间悬停施工，如果仅靠驱动电机的电磁制动来使平台长时间静止，将会造成齿轮或电机损伤损耗，存在安全隐患。当然，也有采用在平台机位架体与爬升齿条之间放置一小段固定齿条的办法来进行整体防坠，但由于机位架与固定齿条之间需设定较大的间隙来保证人工操作的空间，无法达到高精度要求，在平台升降启动时存在配合问题，实际锁定保护作用有限。
为此，我们创新开发了弹入式齿条锁定装置（图7），其主要由齿条卡块、操作手柄、弹伸杆、行程开关、限位块等组成。齿条卡块是直接与爬升齿条啮合的部件，前端设有若干齿牙，齿条卡块齿牙与爬升齿条齿牙间留有间隙，以确保齿条卡块可以顺利推进和退出；齿条卡块每个齿牙的下齿面为斜平面，与爬升齿条啮合，以防止整体平台坠落，上齿面为曲面，在整体平台向上运行时可以使齿条卡块退出啮合状态，防止与电机相互卡死。该装置固定在机位架上方，通过齿条的啮合作用将爬升设备固定在爬升齿条上，防止爬升设备下坠，并代替电机承担设备自重、堆载等各种作用力，解决电机长期电磁制动可能发生的制动力不足和现有锁定装置人工干预度高、精度差的问题，保障平台作业安全。
图7 弹入式齿条锁定装置示意
针对装配式混凝土建筑结构的建造需求，我们研究设计了这种新型的导架升降式双层作业平台，该平台作为装配式建筑施工的专用装备，可跟随主体结构每一结构段的施工进度同步上升，发挥了提供作业空间与充当防护围挡的双重作用。在主体结构封顶进入装饰装修阶段后，还可以通过平台的反复升降进行材料运输及墙面涂刷等作业。综上所述，该平台在装配式建筑的主体结构建造及装饰装修阶段均能发挥作用，显示出较好的应用前景[5-6]。
参考文献
[1]王美华,张文泽,李荣帅.导架爬升式升降工作平台在预制装配式建筑施工中的应用初探[J].建筑施工,2016,38(9):1263-1265.
[2]贾志成,吴联定.导架爬升式高空作业平台设计方案分析[J].建筑机械化,2015,36(12):42-43.
[3]吴联定,潘曦,邱迪.装配式混凝土结构施工应用的导架爬升式工作平台[J].建筑机械化,2017,38(4):32-34.
[4]潘曦.一种新型导架升降式施工平台的设计与分析[J].建筑机械化,2017,38(7):37-40.
[5]张珂,龙彦泽,陈建平,等.导架爬升式升降工作平台标准节吊具的设计及其结构静力分析[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2011,27(6):1183-1186.
[6]冯功斌,王乔.导架爬升式工作平台在建筑主体施工中的应用[J].建筑机械(上半月),2014(12):114-116.
作者：吴联定1,2 潘 曦1,2 刘 鑫1,2
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