装配式建筑施工折叠登高架的设计与应用

崔一舟 曹刘坤 潘 峰

上海建工五建集团有限公司 上海 200063

1 研究背景

建筑登高需要，在装配式建筑构件吊装过程中，需要安拆构件顶部吊具、安装支撑杆件等登高操作。若现场没有登高平台，而是使用人字梯、普通梯子，甚至攀附构件边角钢筋进行操作，不仅违反了安全操作要求，更是存在一定的安全隐患。

现有登高措施主要存在以下特点：

1）安全保障不足。人员登高操作须佩带安全绳，登高2 m须悬挂在固定物上，仅有专用登高架（图1）满足这个要求，其他梯子没有有效的固定物。

图1 现有专用登高架

2）施工不够方便。构件安装需要一直移动，所以应轻便，方便移动，专用登高架过于笨重、庞大，无法在情况复杂的堆场、施工面灵活移动。

现有操作中要求使用专用登高架，但实际操作中不便于施工，无法使用，设想采用一种同时满足安全操作和方便使用要求的登高架。

2 折叠登高架特点分析

综合已有登高工具的特点，研发了一种适用于现阶段装配式建筑施工使用的折叠登高架（图2）。架体上设置供施工人员上下架体使用的爬梯，架体顶部作业平台铺满脚手板，周边设防护栏杆和挡脚板，架体设有万向轮，在架体移动时，有架体同步移动控制措施，在架体使用时，有防止架体移动的固定措施。

图2 初步制作样品

2.1 基本特点分析

研发的折叠登高架满足以下几点要求：

1）承载能力强。登高架作为人员高处操作平台，具有一定强度和承载力，用于承载人员和工具进行施工。

2）自稳定性。登高架在额外人员辅助的情况下，具备自行稳定的能力，不易倾覆。

3）安全保障。登高操作人员处于平台上时有固定安全带的位置，或类似现有专用登高架的围栏，防范人员坠落风险。

4）操作方便。人字梯作为现有使用较为广泛的登高工具，仅需要就位、撑开、放置卡扣，即完成登高操作，可提高施工效率。

5）尺寸小巧，便于移动。登高架在预制构件临时堆场及安装操作面使用时，现场堆物较为凌乱，登高架尺寸小巧、轻便，方便推动或搬运至需要操作的构件前。

移动登高架也满足移动门式登高架相关安全标准，要求施工荷载不大于1.5 kN/m2，高度≤8 m，高宽比≤3∶1，移动门式平面内长短边之比≤3∶2，列距≤1.8 m，设置扫地杆和水平纵横杆，高宽比大于2时，使用前设抛撑[1]。

2.2 材质、尺寸及构造

荷载选择参考移动门式脚手架的施工荷载要求，荷载标准值为1.5 kN/m2，操作人员最多1人并携带相应的施工工具。考虑到安全余量，在施工现场地面可能不平整，在1根立杆未接触支撑面的情况下，另外3根立杆应能承受全部荷载。

高度设计为平台板高度1.8 m、构件高度约2.6 m，操作人员在平台上，无需仰视便可以方便地进行吊具安拆操作。操作宽度为预制构件吊点之间距离，构件长度在3 m左右，吊点在2 m左右，考虑到平台长度，立杆间距不超过1.8 m，差距较小，平面内长度为1.8 m。平面内宽度选择单股人流走动宽度600 mm。最终形成架体高宽比约3∶1。考虑到结构安全，在外部设置1道斜梯，作为人员登高使用，同时可加强架体稳定性。

架体主体结构选用铝合金方管，立杆截面较粗，横杆按组成桁架方式连接。铝合金抗拉、抗压和抗弯强度抗力分项系数为1.2，在计算局部强度时取1.3。冲压脚手板荷载为0.30 kg/m2。

折叠方式选择与人字梯折叠方式类似，纵横杆连接均为可转动铰接节点，通过控制斜杆来控制架体的伸展和折叠（图3）。

图3 折叠登高架立面

2.3 承载力验算

在上面计算条件下，立杆承受荷载约2 746 N。构件选用30 mm×30 mm×3 mm的强硬化铝合金6063-T6方管，抗拉、抗压和抗弯强度为150 MPa，抗剪强度为85 MPa，用于焊接连接计算的焊接热影响区抗拉、抗压和抗弯强度为80.00 MPa，焊接热影响区抗剪强度45.00 MPa，弹性模量70.00×103MPa。经计算，在3根立杆有效受压的情况下，压应力极限值为5.35 MPa，抗压强度满足要求。

2.4 稳定性验算

计算长度取操作面高度为1 800 mm，回转半径为11.65 mm，长细比154.49，稳定性系数根据GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》取122.400，查强硬性铝合金稳定性系数表可得轴心受压构件的稳定性系数为0.163，修正系数为1，构件存在焊接，相对长细比取2.27，焊接缺陷影响系数为1，稳定计算系数为0.155，经计算，稳定性满足要求。

根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》计算换算长细比，按照实腹式构件计算。x轴方向按缀条计算，缀条为6根截面积60 mm2的圆管，y轴方向按缀板计算，采用和立杆一样的方管。计算得x轴方向的换算长细比为7.32，y轴方向的换算长细比为6.63。

规范中的缀板柱忽略了缀板的受弯变形，随着格构柱分肢间距的拉大，格构柱联结系（缀板）在横向剪力作用下受弯影响增大，整体稳定性将进一步降低，规范算式不宜直接用于工程计算[2]。且GB 50017—2017《钢结构设计标准》条文说明中也注明，一般来说，四肢构件截面总的刚度比双肢的差，构件截面形状保持不变的假定不一定能完全做到，而且分肢的受力也较不均匀，因此换算长细比取值宜偏大一些[3]。因此，参照文献[1]中计算内容，换算长细比扩大50%取稳定系数，可得折叠登高架整体稳定性满足要求。

2.5 桁架轴力验算

横杆支撑为桁架，受力较为清晰（图4），可较为轻松地计算出弦杆、腹杆受力，铺设脚手板后，施工荷载转化为点荷载，最大应力为2.37 MPa。

图4 支撑桁架整体受力情况

3 实际应用

折叠登高架体使用过程，从折叠状态到展开状态逐步分析。

第1步，将折叠登高架推动至工作区域，松开卡扣并展开。此时存在较大问题，由登高架折叠形态到展开形态，架体处于一种非静定状态，此时需要2名工人手扶架体，另外1名工人进行固定，单人无法完成折叠登高架的展开，降低了折叠登高架节省人工的效果。

第2步，完全展开折叠登高架，通过螺栓安装的4根斜腹杆，稳固整个架体。当折叠登高架左右两侧各1根斜腹杆完成安装，架体已经处于稳定状态，如图5所示，无需其他工人扶稳架体，单人即可进行另外2根斜腹杆安装[4-6]。

图5 安装斜腹杆

第3步，将完善登高架细部构造。锁移动轮并放下角部支撑，进一步增强架体稳定性。放置爬梯，人员到达平台先安装临边栏杆。

4 结语

经过数值计算，可以看出折叠登高架满足强度、刚度和稳定性要求，同时相比于传统施工脚手架质量更轻、更便于移动，但也存在一定的不足。

1）折叠登高架赋予登高架一定移动、变形的性能，在装配式建筑施工现场更方便移动，可减轻工人的劳动强度，增强施工过程中工人的安全保障。折叠之后登高架的尺寸缩小明显，高宽比过小，架体稳定性变差，移动时须控制架体，防止倾倒。

2）选用铝合金作为登高架主体材料可完全满足受力和安全性的要求，因此在后续施工材料中，对登高架质量有要求时，可使用铝合金材料替换。

3）有变形过程的登高架，不仅仅要考虑使用时的形态受力，还要考虑变形前的使用情况以及变形时的操作问题。架体展开操作较为不便，架体伸展须2根立杆远离y轴0.9 m。在单人操作下，架体从中点展开时，工人手臂向两侧一字平伸，此时架体未安装斜腹杆，极易出现左右摆动，最终出现架体倾覆。

4）专为装配式建筑施工开发的工具装备，折叠登高架还需要在轻质、便捷、折叠结构上进行优化，才能满足现场施工的要求，也希望今后能有更加便于现场施工的装备出现，以改善现场施工条件，提高施工效率。