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1、导轨式爬升脚手架设计及结构计算摘要：详细介绍导轨式外墙爬升脚手架工艺原理、使用方法，结合交通大厦工程，验算其结构安全性关键词：导轨式爬升脚手架爬架机构计算1.工程概况 1.1建筑概况滁州交通大厦，位于安徽省滁州市会峰路与老滁全路口西北侧，总建筑面积18790m2。主楼为框筒结构，地上19层，地下1层,裙房2层。一二层包括裙房东西长78.5米，南北宽39.5米，主体部分东西长30.54米，南北宽27米，标准层高度3.3米，总体高度72.10米。主体结构为钢筋混凝土框架剪力墙结构，十层以下为宾馆，以上为办公楼。外墙主要刷涂料，主楼南侧上部部分安装玻璃幕墙，裙房部分镶贴花岗岩。1.2结构概况滁州市交
2、通大厦为框架结构，梁宽250mm，底下三层为4.5米，标准层高3.3米。外墙适合导轨式爬升脚手架。1.3施工情况滁州市交通大厦由中铁十四局承建，于2001年12月8日正式开工，计划于2002年底交工，基础工程已被建管部门评为优良。2.导轨式爬升脚手架2.1结构形式导轨式爬架分为以下几部分：2.1.1爬升机构 附着装置：导轨、可调拉杆、连墙挂板、销轴、穿墙螺栓、预埋件、垫板承载构件：限位锁、锁夹、斜拉钢丝绳提升构件：提升滑轮组件、提升挂座、提升钢丝绳动力设备：电动葫芦、电缆线、电控系统导向构件：导轮组、导轨防坠构件：防坠装置2.1.2 桁架系统爬架最下面步高1.8米的架体是水平承力桁架；附着点竖
3、向架体为竖向主框架。2.1.3 架体部分除水平支承桁架及及竖向主框架以外的架体，采用钢管扣件式脚手架搭设。2.1.4其它部分包括：脚手架、密目安全网、大眼网及铁丝等。2.2爬升原理在建筑结构四周分布爬升机构，附着装置安装于结构，架体利用导轮组攀附安装于附着装置的导轨外侧，提升电动葫芦通过提升挂座固定安装在导轨上，提升钢丝绳悬吊住提升滑轮组件，这样，可以实现架体依靠导轮组沿导轨的上下相对运动，从而实现导轨式爬架的升降运动。2.3 性能指标序号项目性能指标1架体宽度0.9m2架体高度4.5倍标准层层高3离墙距离0.40.9m,4电动葫芦10T 功率500750W5升降速度4.5cm/min6架体步
4、高及柱距最大1.8m7附着最大跨距7.2m8施工最大荷载2KN/m22.4 性能特点2.4.1 同一附着点多层多点附墙；2.4.2 具备防外倾及导向功能；2.4.3 具备防止坠落装置；2.4.4 具备竖向主框架及水平支承桁架；2.4.5 爬架架体一次性安装，多次循环升降，操作简便，材料成本低；2.4.6 可按施工流水段分片升降。2.5施工范围爬架架体从标准层顶板开始搭设安装，爬升至标准层顶。爬架下降阶段可以进行装修施工。3.施工方案设计3.1平面设计3.1.1平面设计图主要反映导轨式爬架整体平面布局、预埋点平面位置以及爬架内排立杆离墙距离。参见爬架平面图。（附图一）3.1.2 本工程共设有20
5、个提升点。采用电动葫芦整体提升。3.2立面设计架体外排高度16.1m、架体中心宽度0.9m、架体步高1.8m、架体底面距离楼面0.9m、导轨从楼板下落距离楼面2.2m，提升距离为8m。参见提升机构框架立面图。3.3防护设计3.3.1 架体应铺设三层脚手板。施工层和中间层脚手板内侧距离墙200mm。防止人员从上面脚手板层落下。脚手板设计规格厚度：50mm,宽度：两个250mm；一个300mm；脚手板并排铺设，两端用铁丝绑扎牢固、平稳。3.3.2 架体底层脚手板内侧与墙之间应利用钢管、扣件、木板或竹胶板制作翻板，封闭架体与墙之间的缝隙。在爬架使用时，保证人员及物料不得从架体落入楼下。3.3.3 在
6、每层脚手板层的外排架处应搭设200mm高的挡脚板，可利用木板或竹胶板。防止物料及渣土从脚手板层外侧落入楼下。3.3.4 脚手板按照规定应满铺且脚手板之间的间隙应控制在2030mm之内，否则会从脚手板间隙之间泄漏渣土等。3.3.5 架体外侧、各层脚手板底部、翻板底部应满铺密目安全网，安全网要封严、绷紧、绑牢固。各层脚手板底部、翻板底部、架体与墙之间加装大眼网。3.3.6 架体片与片之间的防护采用翻板或架体一端封闭，翻板的下面加密目安全网。3.4预埋设计预埋孔位置准确是导轨式爬架能够顺利上升和下降的关键。预埋应按如下要求：采用483.5钢管作为预埋件，与钢筋焊接要牢固、水平；并且保证预埋件中心距离
7、尺寸为150mm。临近两层间的垂直偏差不大于20mm，多层累积垂直偏差不大于50mm，同一点处两预留孔水平偏差不大于20mm，如果预留孔偏差超过20mm，必须调整后方可安装导轨。预埋件由工地现场加工，其加工图参见预埋件图。4.施工主要方法及使用4.1操作平台搭设在爬架安装前先搭设安装平台，平台的脚手板作业面到标准层顶板楼面的距离600mm，且应能承受大于5KN/m2荷载。平台水平度应控制在20mm之内，平台宽度1500mm以上，平台内缘离墙距200mm。在安装提升点处，预留安装导轨孔洞（300mm300mm）；平台外缘应设护栏及挡脚板。4.2安装流程搭设操作平台摆放提升滑轮组件安装第一根导轨，
8、组装第一步竖向主框架和水平支承桁架随施工进度顺序搭设支架并安装第二、三、四、五根导轨铺设操作层脚手板，用密目安全网封闭架体安装斜拉钢丝绳、限位锁、提升挂座及提升钢丝绳，挂葫芦并预紧检查验收，进行第一次提升在提升滑轮组件下方扣搭吊篮进行升（降）循环4.3升降操作过程升降准备：检查所有螺栓连接是否紧固、先安装预紧葫芦并承载、拆除限位锁和斜拉钢丝绳。升降架体：加强升降中检查、观察各构件、注意有无异常声音，有问题及时排除后可继续升降、注意升降过程各点的同步性。升降到位安装：第一步：安装四根斜拉钢丝绳；第二步：安装限位锁；第三步：拆除升降葫芦；投入使用。4.4塔吊、施工电梯及其附墙处的协调塔吊：塔吊附臂
9、处的架体采用钢管扣件搭设，避免使用水平承力框架。塔吊附墙机构如需穿过架体，则在架体塔吊附墙穿过处临时拆出一个门洞（最多两步），门洞应用斜杆与临近的立杆加强。外用电梯：根据本工程的情况，外用电梯随爬架的提升跟在爬架的下面。提升到顶层时，拆除外用电梯处的提升点架体，施工电梯邻边进行防护。5.工程材料计划表一： 爬升机构序号名称规格数量单位备注1提升滑轮组件标准20套2提升挂座标准20套3导轮组标准100件4导轨L=3.3m100根5拉杆座标准200件6连墙挂板标准100块7限位锁标准20件8锁夹标准40片9垫板1001008200块10可调拉杆I型200根11穿墙螺栓、螺母T24400200套12
10、销轴2055400个206880个表二： 辅料序号名称规格数量单位备注1电动葫芦10T8M21台2电动系统1套整体提升3电缆线按需4开口销436600件5花篮螺栓M24OO型80根6钢丝绳61915.580根L=5.5m63719.520根L=12.5m7绳卡Y20160个Y15480个8螺栓M1280160条M1690200条M164080条M2040条M209020条9螺母M12160个M16480个M20个6.附图：（见附页）6.1 爬架平面图6.2 提升机构框架立面图6.3 水平支承桁架搭设示意图6.4 预埋件图7.爬架机构计算7.1 计算单元的选择7.1.1 架体高度与支承跨度的乘积
11、为110m2。7.1.2 计算跨度为7.4米。7.1.3 每个提升点有四组连墙杆。7.2 荷载计算：7.2.1 恒载计算：恒载包括脚手架结构自重、构配件重量及置于脚手架结构上的电闸箱、控制箱的重量。a. 脚手架结构自重k1=0.149KN/m2x100m2=16.39KNb. 构配件重量脚手板重量：0.35KN/m2(0.95m7.4m)=2.46KN挡脚板重量：0.14KN/m2(0.2m7.4m)=0.21KN2=2.46KN+0.21KN=2.67KNc. 电闸箱、控制箱重量3=2.0KN以上a、b、c三项合计：k=21.06KN7.2.2 施工荷载计算：按32KN/m2考虑。K=32K
12、N/m2(7.4m0.95m)=42.18KN7.2.3 风荷载计算： 垂直于脚手架外表面的风荷载标准值：=0.7SZ0式中：S风荷载体型系数，脚手架步距1.8m，最小柱距1.2m，挡风系数=0.099,S=1.3=1.30.099=0.13 Z风压高度变化系数，按200m高空，地面粗糙度为类。取Z=2.61。0基本风压，取0=0.7KN/m2 风压标准值：K=0.70.132.610.7=0.17KN/m2 风荷载标准值：K=K=0.17KN/m2110m2=18.28KN7.3导轮组的计算：7.3.1 单个导轮组的最不利荷载组合：单个导轮组由于爬架偏心状态所引起的水平荷载 式中：水平荷载在
13、每个导轮组之间分配不均匀系数h支架重心与导轨的水平距离上下导轮组的最大距离 单个导轮承受的风荷载：单个导轮组所承受的最不利荷载组合： 7.3.2 导轮组上焊连钢管的验算：（安全）7.3.3 焊缝强度验算：（安全） 式中：hf焊脚高度lw焊缝长度7.3.4 导轮轴强度验算：(安全)7.4. 连墙杆的计算：1调节螺杆2焊缝（为周边焊）3支杆连墙杆结构图7.4.1 在升降状态下，整个外架通过提升挂座（意外下坠时为制动装置）与导轨相连，并向提升机构传递荷载。此状态下无施工荷载，需考虑意外坠落的冲击作用和各提升点不同步造成的不均匀受力情况。7.4.1.1竖向荷载作用下连墙支杆的轴向力：式中：各组连墙杆受
14、力的不均匀系数，=2n每个提升点处连墙杆组数，n=4当两连墙杆夹角=45时，其内力最大，且为一拉一压。7.4.1.2风荷载作用引起的连墙杆轴向力： 风荷载作用下，连墙杆同时受拉受压，上、下导轮组分别将风荷载传递到对应的连墙杆上。式中：n承受风荷载的拉杆根数7.4.1.3荷载组合：当竖向荷载引起连墙杆最大内力时，风荷载引起最小内力，反之风荷载引起最大内力。考虑到还有其它拉结措施承担一部分风荷载，故按连墙杆在=45时的状态进行荷载组合。7.4.2使用状态下的荷载计算 使用状态下，外架向建筑结构传递荷载的途径有两条：7.4.2.1外架荷载限位锁导轨连墙杆穿墙螺栓建筑结构7.4.2.2外架荷载斜拉钢丝
15、绳穿墙螺栓建筑结构由于这两条途径传递外架荷载的比例关系受多种因素影响而十分复杂，在验算提升机构时，偏于安全地认为外架荷载全部由第7.4.2.1条途径传递。在使用状态下，上下各有一个限位锁，因此各组连墙杆的受力要比升降状态更均匀一些。7.4.2.3竖向荷载作用下连墙杆的轴向力。式中：各组连墙杆受力分布的不均匀系数=1.5 n各提升点的连墙杆组数n=47.4.2.4由风荷载引起的连墙杆轴向力7.4.2.5荷载组合7.4.3由第1、2项计算可知，在升降状态下的荷载组合对提升机构起控制作用。7.4.4调节螺杆螺纹计算7.4.4.1螺纹牙强度计算受轴向荷载作用的螺纹连接长度较短，内外螺纹材料相同，只需校
16、核外螺纹牙强度。螺纹牙剪力：（安全） 式中：荷载不均匀系数d/p9 =5p/d=0.79 d1外螺纹小径d1=32mm b螺纹牙根部宽度b=0.65p=3.9mm z螺纹圈数z=5 螺纹牙弯曲应力：（安全） 式中：h螺纹牙的工作高度h=3mm 7.4.4.2调节螺杆强度计算（安全） 式中：调节螺杆的最小面积=162 7.4.5焊缝计算（安全） 式中：hf焊缝高度hf=5mm lw焊缝长度lw=d=3.1445mm=141.3mm7.4.6支杆强度计算支杆为514无缝钢管，由受力图可得出一个受拉一个受压。7.4.6.1支杆拉伸强度计算（安全）式中：支杆横截面积7.4.6.2支杆受压时的稳定性计算
17、型连墙杆计算长度l0=1150mm,i=16.80mm(若为-型拉杆则要采取缩短自由长度的措施，使其计算长度不高于型拉杆)。稳定系数（安全）7.5.连墙杆销轴计算：连墙挂板、连墙杆座的销轴受剪力作用，其剪应力为：式中：销轴截面积7.6.穿墙螺栓的计算：穿墙螺栓的受力与连墙杆角度大小无关，它承受剪力和拉力的复合作用。1根穿墙螺栓承受剪力（升降状态下）式中：b同一提升点处螺栓剪力分配不均匀系数b=1.5 结构重要性系数=0.9 冲击系数=1.5 荷载变化系数=2.01根穿墙螺栓承受拉力（升降状态下）：1根穿墙螺栓受剪承载力设计值：1根穿墙螺栓受拉承载力设计值： 7.7.斜拉钢丝绳的计算一根钢丝绳绳
18、承受的压力式中：n钢丝绳根数钢丝绳最大斜角式中：g钢丝绳破断拉力g钢丝绳容许拉力，取8=t=17.44KN 钢丝绳安全系数=6 换算系数=0.82选钢丝绳637-15-155乙镀1102-74，其破断力为132KN。7.8限位锁计算限位锁是在使用状态下发挥作用的。其主要作用是承担恒载和施工荷载的作用。每个提升单元有两个限位锁，其控制部件是插入导轨孔中的销轴每个限位锁承受竖向力为：式中：竖向荷载在限位锁间的分配不均匀系数。1个销轴承受的剪力：7.9提升滑轮机构计算：提升不滑轮机构为钢结构焊件，主要受力件为滑轮轴。7.10脚手架整体稳定性计算：脚手架整体稳定性计算可转化为立杆强度计算，对半封闭的脚
19、手架，其计算公式为：式中：第一步距内立柱轴心压力设计值，其值为：1脚手架结构自重所产生的轴心压力标准值 d脚手架搭设高度 一个柱距范围内每米高脚手架结构自重所产生的轴力标准值。2脚手板和挡脚板自重所产生的轴心压力标准值。3电闸箱、控制箱重量所产生的轴心压力标准值。 施工均布荷载所产生轴心压力标准值。轴心压杆稳定系数立杆长度计算系数，按三步三跨附墙考虑。=1.7 立柱截面积，483.5钢管=4.89cm2 风荷载标准值， 立柱抗弯模量， （安全）8结论以上计算可以看出，本爬架结构安全可靠。附图一：1. 图示代表导轨式爬架提升机构分部点，共20个提升点。2. 架体采用钢管脚手架搭设，中心宽度90c
20、m，3. 图中架体中间数字表示立杆柱距和水平支承规格单位cm4. 图中空白未标注部分表示钢管和扣件连接部分，5. 未注架体内立杆中心离结构距离为500cm。附图二：技术要求：1. 此立面为电动方式机构处剖面。2. 滑轮组件安装立按立杆离结构距离和平面预埋位置。其与主结构1连接需用两个2040和一个2090螺栓，滑轮组件应摆正。3. 可调拉杆件角度范围900a13504. 提升挂座和限位锁利用销轴安装于导轨上，此两件为升降周转件。5. 使用工况下，卸荷钢丝绳应均匀绷紧受力。6. 绳卡应卡紧，拉杆杆座和连墙挂板的安装销轴应装开口销，开口销两脚分开限位。7. 拉杆、导轨接头的螺栓的安装应该螺母向内，以避免螺栓与滑轮组件卡住。8. 脚手板、安全网、翻板、挡脚板、防护栏杆等防护措施应符合升降脚手架规定。附图三：
