附着式升降脚手架的形式、特点及构造

在高层、超高层建筑的施工中，凡采用附着于工程结构、依靠自身提升设备实现升降的悬空脚手架，统称为附着式升降脚手架，附着式升降脚手架也是工具式脚手架，其主要架体构件为工厂制作的专用的钢结构的产品，在现场按特定的程序组装后，将其固定（附着）在建筑物上，脚手架本身带有升降机构和升降动力设备，随着工程的进展，脚手架沿建筑物整体或分段升降，满足结构和外装修施工的需要；外脚手架的材料用量与建筑物的高度无关，仅与建筑物的周长有关。材料用量少，工时用量省，造价较低，技术经济效果良好，当建筑物高度在80m以上时，其经济性则更为显著。

一、附着式升降脚手架的形式、特点及构造要求

1.附着式升降脚手架的形式

（1）按附着支承方式划分

附着支承系将脚手架附着于工程结构（墙体、框架）之边侧并支承和传递脚手架荷载的附着构造，按附着支承方式可划分为7种，如图11-99所示。

图1：附着支承结构的7种形式

（a）套框式；（b）导轨式；（c）导座式；（d）挑轨式；

（e）套轨式；（f）吊套式；（g）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座升降的脚手架。

3)导座式附着升降脚手架。即带导轨架体沿附着干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架(固定于工程结构)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脚手架，。

7）吊轨式附着升降脚手架。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2?图4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2：导轨式附着升降脚手架

图3：导座式附着升降脚手架

1一吊挂支座；2—提升设备；3—架体；4—导轨；5-导座；

6一固定螺栓；7一滚轴；8一导轨立杆

图4：套轨式附着升降脚手架

1一三角挂架；2一架体:3-滚动支座；4―导轨；5一防坠装置；6一穿墙螺栓；

7一滑动支座；8一固定支座；9一架底框架

（2）按升降方式划分

附着式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）3~7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）升降的附着式升降脚手架。即每次单独升降一节（跨）架体的附着升降脚手架。

2） 整体升降的附着式升降脚手架。即每次升降2节（跨）以上架体，乃至四周全部架体的附着升降脚手架。

3） 互爬升降的附着式升降脚手架。即相邻架体互为支托并交替提升（或落下）的附着升降脚手架。

互爬式爬升脚手架的升降原理如图5所示。每一个单元脚手架单独提升，在提升某一单元时，先将提升葫芦的吊钩挂在与被提升单元相邻的两架体上，提升葫芦的挂钩则钩住被提升单元底部，解除被提升单元约束，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。相隔的单元脚手架可同时进行升降操作。

图5：互爬式脚手架升降原理为吊拉式

（3）按提升设备划分

附着式升降脚手架按提升设备划分共有4种，即手动（葫芦）提升、电动（葫芦）提升、卷扬提升和液压提升,其提升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（1?2跨架体）提升和互爬提升；电动葫芦可用于分段和整体提升；卷扬提升方式用得较少，而液压提升方式则仍处在技术不断发展之中。

目前国内已使用的液压提升方式的附着式升降脚手架有3种：

1）采用穿心式带载升降液压千斤顶，沿?48X6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如图6：

图6：千斤顶型液压提升装置

2）液压升降装置依据塔式起重机液压千斤顶的原理进行设计，液压缸活塞杆与设于架体上的导轨以锁销相连，采用单跨提升方式，一套液压提升装置（泵站、高压软管和2个液压缸）在完成一跨提升后，转移到另一跨进行提升如图7：

图7：临设型液压提升装置

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杆箱和液压油缸组成。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连接架连接。

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形导轨的导向板和踏步块实现升降，并实现自动导向、自动复位和自动锁定，这种液压升降装置用于图8所示的导轨式带模板的附着升降脚手架。

图8：带模液压升降脚手架

此外，还可按其用途划分带模板的附着式升降脚手架。

2.附着式升降脚手架的特点

(1)采用附着式升降脚手架施工速度快、工效高、明显降低造价。

(2)附着式升降脚手架是围绕建筑物整体提升，也可分段提升。施工简单且快捷，从准备到提升一层到就位固定大约只需要3?4h就完成了主体结构的安全围护，与主体结构的施工配合比较紧密。

(3) 在严密的施工顺序下，附着式升降脚手架与其他类型相比更安全可靠。

(4)因组成附着式升降脚手架的各种钢结构构件、提升设备、控制设备及安全防护系统的成本较高，因此，附着式升降脚手架的施工成本较高，但在超高层建筑施工时，其成本是最低的，也是最安全的一种脚手架。

3.附着式升降脚手架的基本组成部分

附着式升降脚手架由架体、附着支承、提升机构和设备、安全装置和控制系统等基本部分构成。

（1）架体

附着式升降脚手架的架体由竖向主框架、水平梁架（也称作水平支承桁架）和架体板（或架体构架）构成，如图9所示。

图9：附着式升降脚手架的架体构造

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或为由两个片式框架（分别为相邻跨的边框架）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。水平梁一般设于底部，承受架体板传下来的架体荷载并将其传给竖向主框架,水平梁架的设置也是加强架体的整体性和刚度的重要措施，因而要求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为架体构架，即采用钢管件搭设的位于相邻两竖向主框架之间和水平支承桁架之上的架体，是附着式升降脚手架架体结构的组成部分，也是操作人员的作业场所。

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。实际上，部分架体构架上的竖向荷载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（例如水平梁亦采用脚手架杆件搭设且与立杆共用时），将会提高其承载能力（相关试验表明,可提高30%左右）。因此，当水平梁架采用焊接桁架片组装时，其竖杆宜采用?48X3.5钢管并伸出其上弦杆，相邻杆的伸出长度应相差不小于500mm,以便向上接架体板的立杆，使水平梁和架体板形成整体。

（2） 附着支承

附着支承的形式虽有图1所示的7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，并视需要组合使用。为了确保架体在升降时处于稳定状态，避免晃动和抵抗倾覆作用，要求达到以下两项要求：

1） 架体在任何状态（使用、上升、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） 必须设置防倾装置。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，必须另外附设防倾导杆。而挑梁式和吊拉式附着支承构造，在加设防倾导轨后，就变成挑轨式和吊轨式。

即使在附着支承构造完全满足以上两项要求的情况下，架体在提升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，使其增加支承点以上的设置高度（即悬臂高度），以减少架体在接近每次提升最大高度时的自由高度;②在外墙模板顶部外侧设置支、拉座构造，利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，包括增加或加强模板体系的撑拉杆件。

（3） 提升机构和设备

附着式升降脚手架的提升机构取决于提升设备，共有吊升、顶升和爬升等3种。

1） 吊升。在梁架（或导轨、导座、套管架等）挂置电动葫芦，以链条或拉杆（竖向或斜向）吊着架体，实际为沿导轨滑动的吊升。提升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7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8所示的方式。其上下爬升箱带着架体沿导轨自动向上爬升。

（4） 安全装置和控制系统

附着式升降脚手架必须具有防倾覆、防坠落和同步升降控制的安全装置。防倾覆装置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）等造成架体坠落时，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10）,

图10：防坠装置的制动类型分类

一般都能达到制停的要求，已有几种防坠产品面市，如广西某建筑外架技术开发部研制出的限载连动防坠装置，采用凸轮构造防坠器（图11）

图11：凸轮式防坠器构造

某建筑公司开发的“爬架防坠器”采用楔块套管构造（图12）。

图12：采用楔块套管构造的防坠器

附着式升降脚手架采用整体提升方式时，其控制系统应确保实现同步提升和限载保安全的要求。由于同步和限载要求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要求。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要求。这些年来在这方面已经取得了重要的技术进展，例如:

1） 江苏省某研究所研制出的“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连至中继站，各中继站用1根电源线和信号线合一的电缆线串联至自动显示仪（图13）,

图13：预警安全保护系统

将各机位的荷载限定在10?40kN的范围内。当机位荷载超出上述范围时，传感器立即向中央自动检测显示仪发出 警信号并指示异常及情况类型、切断电源并发出声、光 警信号。

2） 一种如图14所示的控制系统，

图14：控制系统工作框图示意

它由荷载增量控制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 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，既可分别控制，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。机械式的作用为在发生断链时可快速制动。而制动器则是采用凸轮与?25制动刹杆接触时，其压力角小于其摩擦角的原理设计的，凸轮的另一面（即非摩擦面）则与电磁铁连接。

3）北京市某工程研究院在其研制的液压带模附着升降脚手架中，按图15的框图进行控制。

图15控制系统框图

在架体的分组爬升时，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、传入信号处理器整理传送到编程控制器中进行位移差处理（记录各油缸顶升位移值，随时进行位移值比较，并判断其位移差值是否超过设定的允许差值）。将超过允许位移差的油缸停止动行,并在降下来后又重新启动，以确保达到同步提升要求。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，则自动停止顶升。

二、附着式升降脚手架的安全规定和注意事项

1.对附着式升降脚手架设计要求

如表1所示，对实现设计安全要求的注意事项如下：

（1）确保达到安全设计的关键要求

1） 各设计项目使用相应的设计方法，并确保达到规定的安全保证度（可靠指标或安全系数）要求。

2） 正确确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。

续表