曲面超高层建筑智能化附着升降脚手架设备的制作方法

本实用新型涉及建筑施工领域，具体为曲面超高层建筑智能化附着升降脚手架设备。

技术背景

随着社会的发展，超高层建筑如雨后春笋般闪现，设计师的眼光逐渐开始从对建筑物的单纯高度要求过渡到对建筑整体造型的追捧，尤其看重建筑外形的新颖性和多变性，这就给超高层施工期间的外立面防护带来很大的困难。传统的钢管悬挑脚手架和传统附着式升降脚手架已经无法满足建筑外立面变化多样的现代超高层建筑施工需要，而今后作为地标型建筑将会更多的采用曲面外形设计。就现有技术而言，曲面超高层建筑智能化附着升降脚手架目前还没有完善的设备和方法。

传统的钢管悬挑脚手架无法沿斜面和曲面搭设，其不但危险因素多，施工速度慢，而且会占用大量的塔吊台班和工作面，严重制约着工程建设的顺利进行。

专利201610775413.6公开了一种超高层全钢爬升外架多次变截面提升装置和施工方法，采用超高层全钢爬升外架多次变截面提升施工方法，其主要流程为进入常规提升循环至变截面层→预埋卡槽→安装临时附着支点→垂直爬升→液压滑移→垂直爬升→液压滑移→垂直爬升→液压滑移→逐一替换支点→拆除临时支点→换截面提升完成→进入常规提升循环。包括爬架导轨、爬架导座和全钢爬架，爬架导座安装在建筑物结构上，爬架导座上设置爬架导轨，全钢爬架附着在爬架导轨上，还包括水平导轨、水平滑槽及临时支撑架，水平导轨的端部通过U型预埋卡环固定在楼板上，水平导轨的中部设置孔，螺杆穿过孔通过螺母固定在可拆卸卡环上，可拆卸卡环固定在楼板上，水平导轨伸入水平滑槽内，水平滑槽固定在临时支撑架的底面，临时支撑架的上端设置与爬架导座连接的螺纹孔。

其外架爬升和角度的调整均依靠地爬梁的滑动调整，在具体的施工过程中，遇到需要根据截面的变化调整外架时，单单依靠水平导轨和水平滑槽的配合不能精确的达到所要调整的外架角度，同时水平导轨在滑槽中运动对其同步操作的实现存在较大的技术性挑战，如果操作不当很可能导致外脚手架出现受力不均甚至扭曲变形，严重的可能导致事故的发生。

是否存在一种适应曲面超高层建筑的智能升降脚手架，可以将其爬升和角度调整分为两个不同的系统，且两个系统可以相互支撑，共同承担其稳定受力。

技术实现要素：

本实用新型为了解决传统的钢管悬挑脚手架和附着式升降脚手架已经无法满足外立面变化多样的现代超高层建筑施工需要的问题，提供了一种曲面超高层建筑智能化附着升降脚手架设备及施工方法。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种曲面超高层建筑智能化附着升降脚手架设备，包括爬架和若干地爬梁，地爬梁包括用于爬架爬升的第一地爬梁和用于角度调节的第二地爬梁，第一地爬梁和第二地爬梁结构相同且间隔布置在主体结构板上，第一地爬梁和第二地爬梁在每层均对应设置，爬架包括爬架主体以及安装在爬架主体上的控制系统、电葫芦、附着式钢支座、防坠装置、防倾装置和调节装置，爬架主体由若干小型单元体组合而成，爬架主体底部满铺花纹钢板，外侧满挂钢板网，小型单元体由下至上共四步结构，分别包括立杆、大横杆、小横杆和桁架斜杆和爬升轨道，第一地爬梁的一端与附着式钢支座的一端连接，附着式钢支座的另一端设置在小型单元体的爬升轨道上，附着式钢支座连接钢丝绳的一端，钢丝绳的另一端固定在建筑主体结构梁上，第二地爬梁的一端铰接在小型单元体的立杆上，调节装置分别设置在第二地爬梁与其对应垂直的立杆间，调节装置为液压油缸，其与第二地爬梁和立杆呈三角形布置，第一地爬梁对应顶部位置装设有提升用的电葫芦。第二地爬梁一端连接有槽钢座，槽钢座中间设置有连接槽，槽钢座可与立杆上相应位置焊接的连接板通过插入连接槽后进行铰接，在液压油缸的带动下，通过液压杆的伸缩来实现爬架角度的调整。

爬架主体覆盖四个楼层。爬架的高度按照常规的四层高度设置，不仅有利于架体的结构的稳定和受力均匀，且不会因为搭设层数过多导致其架体制作费用上升等情况的发生，保证其较高的性价比。

第一地爬梁和第二地爬梁在每层均对应设置是指，处于不同层数相同位置的第一地爬梁和第二地爬梁分别设置在同一垂线上。保证其可以沿着同一垂线的爬升轨道进行爬升，同时满足在角度调整过程中的受力均匀。

小型单元体由下至上共四步结构是指按照建筑楼层的高度，从下至上按每层高度设置一步，且每步高度与建筑单层高度相同。

地爬梁设置三层，由槽钢背对背焊接加工而成，地爬梁通过设置在主体结构板中的地锚螺栓将其固定在主体结构板上，用于固定地爬梁的地锚螺栓至少为两根，且分别设置在地爬梁的两端。

防坠装置设置于附着式钢支座和爬升轨道间。防坠装置具有在意外发生时阻止架体坠落功能。每个附着式钢支座处均安装一个，结构紧凑、实用简捷、性能稳定，适应恶劣的施工环境，安全可靠。架体下降施工时，由于防坠装置安装复位弹簧（弹簧拉力设计为防坠装置中心对称两侧重量差），当架体按照设计速度正常下降时，防坠装置复位时间为架体导轨横撑刚好通过。但是当整体架发生意外坠落时，由于重力加速度的存在，架体下降速度加快，使防坠装置无法匀速复位，导致导轨横撑不能通过防坠装置，完成防坠制动。

建筑外立面主体为整体渐变式，不存在特别大的尺寸跨越和突变位移量，即在本实用新型所述的附着式升降脚手架设备不断爬升的过程中，配合爬架爬升前的计量，可以通过预先对第一地爬梁和第二地爬梁进行放线定位，使架体满足建筑不断变化的外立面。

进一步的，为保证爬架安全爬升，第一地爬梁在临近的三个楼层的位置要处于一条垂线上，即满足附着式钢支座始终和爬升轨道垂直，使其二者保持良好的接触，不相互发生剪力作用。

同时，为保证爬架安全调整角度，第二地爬梁在临近的三个楼层的位置要处于一条垂线上，即满足第二地爬梁、立杆和液压油缸构成同平面的三角形稳定结构，满足架体受力要求。

一种曲面超高层建筑智能化附着升降脚手架施工方法，主要包括爬架的安装方法、爬架的爬升方法、爬架的角度调整方法和爬架的拆除方法，其特征在于：爬架的安装方法包括如下步骤：

S1、爬架进场并在地面拼装成小型单元体；

S2、在需要搭设的A楼层位置用钢管搭设操作平台；

S3、根据主体的施工顺序，利用塔吊吊装第一步小型单元体；

S4、进行A层的建筑主体施工；

S5、在A+1楼层混凝土楼板安装第一地爬梁和第二地爬梁；

S6、利用塔吊吊装第二步小型单元体；

S7、进行A+1楼层的建筑主体施工；

S8、在A+2楼层混凝土楼板安装第一地爬梁和第二地爬梁，并安装钢丝绳，钢丝绳一端与A+1楼层的第一地爬梁上的附着式钢支座连接，另一段固定在A+2层混凝土楼板梁上，同时进行与第一地爬梁相连的附着式钢支座与爬升轨道的连接；

S9、位于A+1楼层的第二地爬梁和立杆间完成铰接，并在两者间安装液压油缸；

S10、重复S6-S8,完成第三步小型单元体和第四部小型单元体的安装、A+2楼层和A+3楼层中与第一地爬梁相连的附着式钢支座与爬升轨道的连接以及A+1楼层、A+2楼层和A+3楼层的第二地爬梁和立杆间液压油缸安装；

S11、安装配套的电葫芦和控制系统；

S12、检查爬架的稳固性及安全性；

当A+4楼层混凝土楼板施工完成后，爬架可以准备向上爬升，故爬架的爬升方法包括如下步骤：

H1、爬架爬升前的检查；

H2、拆除最下层的第一地爬梁、第二地爬梁和最下层的钢丝绳，并将液压油缸与立杆间的连接断开；

H3、通过控制系统启动电葫芦开始爬架的爬升；

H4、爬升到位后，安装最上层的第一地爬梁和第二地爬梁，将钢丝绳安装到位，并将液压油缸安装稳固；

H5、检查爬架的稳固性及安全性；

根据建筑物外立面的变化，爬架需要开始进行角度的调整，故爬架的角度调整方法包括如下步骤：

F1、爬架角度调整前的检查；

F2、将用于固定第一地爬梁的地锚螺栓拧松，使得第一地爬梁可以在建筑物主体结构板上有一定的位移量；

F3、当爬架结构外边尺寸随建筑物结构尺寸发生变化需要调整时，把尺寸变小的角部最外侧小型单元体用塔吊辅助拆除，并吊装至尺寸较大的正立面进行安装。其中，小型单元体的拆除和安装是指，用塔吊吊住要拆除的角部单元体→拆除该单元体与两侧单元体的连接螺栓→拆除后的单元体吊至正立面安装部位→调整单元体的位置和标高、安装螺栓让其与正立面单元体连接成一个整体，整过过程在空中完成；

F4、通过控制系统同步操纵液压油缸进行伸缩，使爬架整体倾斜一定的角度；

F5、检查角度是否得当，确保调节合适；

F6、将地锚螺栓紧固完成；为了保证地锚螺栓的紧固性，地锚螺栓上部的与螺母紧固部分套设有垫板；同时由于爬架角度的调整，会使得第一地爬梁与混凝土结构板间存在一定的较小的翘曲角度（一般不超过8度），可以通过在第一地爬梁和混凝土结构板间加衬垫板来解决。

F7、检查爬架的稳固性及安全性；

爬架角度调整中，重要的是对液压油缸进行安装前的校正工作，保证所有油缸可以进行同步伸缩，具体操作过程中依靠电脑及控制系统对其进行设置。

当主体封顶后，开始拆除爬架，爬架的拆除方法是：按照爬架的拼装顺序，后装的先拆、先装的后拆，逐层将四步架体分解成小型单元体后，用塔吊吊至地面，然后依次外运即可。

步骤H1中的爬架爬升前的检查，是指清除附着式升降脚手架爬架上放置的物品和建筑垃圾，检查有无影响附着式升降脚手架爬升的障碍物，检查爬架爬架与主体以及模板等部位的间距，检查防坠装置、防倾装置的有效性以及爬架的安全性。

步骤H3中的通过控制系统启动电葫芦开始爬架的爬升，是指根据主体流水段施工安排，将爬架分成若干工作段进行依次爬升，每次爬升高度为4.2米，爬升速度不超过180毫米/分钟，爬升必须保证爬架与建筑物主体间距保持在35公分以上。

将爬架分成若干工作段进行一次爬升，是根据主体外立面的结构来确定，工作段的数量外立面结构的边数相同。有多少种立面，即将爬架分成相应数量的工作段，而主体结构外形立面的种类按照相临的外架是否在处于同一个平面进行判断，即通过建筑外立面所包含的边数来确定工作段数量。

本实用新型具有的优势是：将附着式升降脚手架设备的爬升和角度调整分成两套不同的系统来进行设计。当需要爬升时，采用第一地爬梁和爬升轨道来实现，当需要角度调整时，采用第二地爬梁、立杆和液压油缸来实现，在上述工作过程中，二者不相互干扰，且每套系统均能满足受力要求。当附着式升降脚手架设备完成爬升和调整角度工作后，需将两套系统均进行固定，保证其在使用过程中的安全性，具体如下：

1、采用了附着式升降脚手架多角度曲面爬升技术

传统附着式升降脚手架只能垂直上下爬升或沿倾斜的平面爬升，无法沿不断变化的曲面进行爬升。沿曲面爬升需不断的进行爬升角度的调整，爬升的角度可能是锐角逐渐变为钝角，也可能是从钝角变为锐角，在本技术很好的结束了附着式升降脚手架只能沿着平面爬升的历史，实现了曲面多角度爬升。

2、采用了附着式升降脚手架空中拆拼进行变幅调整技术

实现了在超高层建筑施工期间，附着式升降脚手架随着建筑外立面尺寸的不断变化，进行自身架体幅度调整，实现了空中的拆装，满足了施工需要，保证了施工安全。

3、采用了沿曲面斜向爬升过程中防倾覆、防坠落的施工装置和施工方法

沿曲面爬升需不断进行爬升角度的调整，这时的防倾覆最为关键，而我们曲面爬升防倾覆、防坠落技术满足了这个要求，保证了施工安全。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为爬架侧视图；

图3为第一地爬梁连接示意图；

图4为第二地爬梁连接示意图；

图5为与第二地爬梁连接立杆示意图。

图中：1-爬架主体，2-第一地爬梁，3-第二地爬梁，4-地锚螺栓，5-钢丝绳，6-液压油缸，7-附着式钢支座，8-防倾装置，9-立杆，10-大横杆，11-小横杆，12-桁架斜杆，13-爬升轨道，14-建筑主体结构梁，15-连接板,16-槽钢座。

具体实施方式

结合图1-5对本实用新型做进一步说明，一种曲面超高层建筑智能化附着升降脚手架设备，包括爬架和若干地爬梁，地爬梁包括用于爬架爬升的第一地爬梁2和用于角度调节的第二地爬梁3，第一地爬梁2和第二地爬梁3结构相同且间隔布置在主体结构板上，第一地爬梁2和第二地爬梁3在每层均对应设置，爬架包括爬架主体1以及安装在爬架主体1上的控制系统、电葫芦、附着式钢支座7、防坠装置、防倾装置8和调节装置，爬架主体由若干小型单元体组合而成，爬架主体底部满铺花纹钢板，外侧满挂钢板网，小型单元体由下至上共四步结构，分别包括立杆9、大横杆10、小横杆11和桁架斜杆12和爬升轨道13，第一地爬梁2的一端与附着式钢支座7的一端连接，附着式钢支座7的另一端设置在小型单元体的爬升轨道13上，附着式钢支座7连接钢丝绳5的一端，钢丝绳5的另一端固定在建筑主体结构梁14上，第二地爬梁3的一端铰接在小型单元体的立杆9上，调节装置分别设置在第二地爬梁3与其对应垂直的立杆9间，调节装置为液压油缸6，其与第二地爬梁3和立杆9呈三角形布置，第一地爬梁2对应顶部位置装设有提升用的电葫芦。第二地爬梁3一端连接有槽钢座16，槽钢座16中间设置有连接槽，连接槽可与立杆上相应位置焊接的连接板15通过插入后进行铰接，在液压油缸6的带动下实现爬架角度的调整。

爬架主体1覆盖四个楼层。第一地爬梁2和第二地爬梁3在每层均对应设置是指，处于不同层数相同位置的第一地爬梁2和第二地爬梁3分别设置在同一垂线上。小型单元体由下至上共四步结构是指按照建筑楼层的高度，从下至上每层高度设置一步，每步高度与建筑单层高度相同。地爬梁均设置三层，由槽钢背对背焊接加工而成，地爬梁通过设置在主体结构板中的地锚螺栓4将其固定在主体结构板上，用于固定地爬梁的地锚螺栓4至少为两根，且分别设置在地爬梁的两端。防坠装置设置于附着式钢支座7和爬升轨道13间。

一种曲面超高层建筑智能化附着升降脚手架施工方法，主要包括爬架的安装方法、爬架的爬升方法、爬架的角度调整方法和爬架的拆除方法，爬架的安装方法包括如下步骤：

S1、爬架进场并在地面拼装成小型单元体；

S2、在需要搭设的A楼层位置用钢管搭设操作平台；

S3、根据主体的施工顺序，利用塔吊吊装第一步小型单元体；

S4、进行A层的建筑主体施工；

S5、在A+1楼层混凝土楼板安装第一地爬梁2和第二地爬梁3；

S6、利用塔吊吊装第二步小型单元体；

S7、进行A+1楼层的建筑主体施工；

S8、在A+2楼层混凝土楼板安装第一地爬梁2和第二地爬梁3，并安装钢丝绳5，钢丝绳5一端与A+1楼层的第一地爬梁上的附着式钢支座7连接，另一段固定在A+2层混凝土楼板梁上，同时进行与第一地爬梁2相连的附着式钢支座7与爬升轨道13的连接；

S9、位于A+1楼层的第二地爬梁3和立杆9间完成铰接，并在两者间安装液压油缸6；

S10、重复S6-S8,完成第三步小型单元体和第四部小型单元体的安装、A+2楼层和A+3楼层中与第一地爬梁2相连的附着式钢支座7与爬升轨道13的连接以及A+1楼层、A+2楼层和A+3楼层的第二地爬梁3和立杆9间液压油缸6安装；

S11、安装配套的电葫芦和控制系统；

S12、检查爬架的稳固性及安全性；

当A+4楼层混凝土楼板施工完成后，爬架可以准备向上爬升，故爬架的爬升方法包括如下步骤：

H1、爬架爬升前的检查；

H2、拆除最下层的第一地爬梁2、第二地爬梁3和最下层的钢丝绳5，并将液压油缸6与立杆9间的连接断开；

H3、通过控制系统启动电葫芦开始爬架的爬升；

H4、爬升到位后，安装新爬升层的第一地爬梁2和第二地爬梁3，将钢丝绳5安装到位，并将液压油缸6安装稳固；

H5、检查爬架的稳固性及安全性；

为适应建筑外立面的不断变化，爬架需要进行角度的调整，所述的爬架的角度调整方法包括如下步骤：

F1、爬架角度调整前的检查；

F2、将用于固定第一地爬梁2的地锚螺栓4拧松，使得第一地爬梁2可以在建筑物主体结构板上有一定的位移量；

F3、当爬架结构外边尺寸随建筑物结构尺寸发生变化需要调整时，把尺寸变小的角部最外侧小型单元体用塔吊辅助拆除，并吊装至尺寸较大的正立面进行安装；

F4、通过控制系统同步操纵液压油缸6进行伸缩，使爬架整体倾斜一定的角度；

F5、检查角度是否得当，确保调节合适；

F6、将地锚螺栓4紧固完成；

F7、检查爬架的稳固性及安全性；

当主体封顶后，开始拆除爬架，爬架的拆除方法是：按照爬架的拼装顺序，后装的先拆、先装的后拆，逐层将四步架体分解成小型单元体后，用塔吊吊至地面，然后依次外运即可。

步骤H1中的爬架爬升前的检查，是指清除附着式升降脚手架爬架上放置的物品和建筑垃圾，检查有无影响附着式升降脚手架爬升的障碍物，检查爬架主体1与建筑主体以及模板等部位的间距，检查防坠装置、防倾装置8的有效性以及爬架的安全性。

步骤H3中的通过控制系统启动电葫芦开始爬架的爬升，是指根据主体流水段施工安排，将爬架分成若干工作段进行依次爬升，每次爬升高度为4.2米，爬升速度不超过180毫米/分钟，爬升过程中必须保证爬架主体1与建筑物主体的间距保持在35公分以上。

将爬架分成若干工作段进行一次爬升，是根据主体外立面的结构来确定，工作段的数量外立面结构的边数相同。

实施例：

工程概况：中铁三局科技研发中心工程，位于太原市中心地带，该工程地上38层，地下2层，总建筑高度176.39米，总建筑面积为67768平米，该楼外立面为不规则、多变的曲面，每个楼层的外边线尺寸均不相同，一层为八边形，三十八层为四边形。角部尺寸逐渐变小，由一层的13.5m变成2.4m，正立面尺寸逐渐变大；每层楼外边线均不相同，其中十四层建筑面积最大（1667m²）、三十八层建筑面积最小（1402m²）。东、南、西、北四个正立面爬升角度依次为：（1-4层）96°→90°（13-16层）→85°（35-38层）；四个角部立面爬升角度为96°（1-4层）→93°（13-16层）→90°（35-38层）。工程每层结构的外边尺寸均不相同，外立面为双曲渐变的八边形，造型优美、独特新颖，这给主体施工期间外防护脚手架的施工带来了严峻的挑战，经过研究，通过采用地爬梁技术来代替传统的固定支座，来满足结构竖向外立面不断变化的需要，通过采用小型单元体结构，来满足结构外边线不断变化带来的爬架爬架调整的需要。

其中，爬架宽0.9米，步距1.8米，总高度18米，覆盖四个楼层，共设58个机位，每个机位设置3道地爬梁，由立杆、大横杆、小横杆、桁架斜杆、附着钢梁支座、控制系统、电动葫芦、防坠装置、防倾装置等组成，爬架底部满铺3毫米花纹钢板，外侧满挂钢板网。

当楼层进行到13层时，爬架进场，并在地面拼装成小型单元体，由于建筑主体外立面结构逐步发生变化，需根据建筑外形提前设计好在施工过程中空中需拆除和增加部位的附着式升降脚手架小型单元体，小型单元体采用架体长度为600mm、900mm、1200mm。根据初始施工楼层拼装整个附着式升降脚手架，需拆除部位必须采用小型单元体进行拼装。

智能化附着升降脚手架设备的安装顺序为：在13层楼板位置用钢管搭设操作平台，然后根据主体的施工顺序，塔吊吊装第一步小型单元体，其中小型单元体的板块高度5.4米，宽8米，进行13层主体施工，当14层楼板混凝土施工完成后，安装地爬梁，然后安装第二步小型单元体，进行14层主体施工，当15层砼施工完成后，安装地爬梁和钢丝绳以及地爬梁之间的拉杆，第三步和第四步小型单元体安装，按照上述步骤进行，当17层楼板施工完成后，爬架准备向上爬升，先检查爬架主体与建筑主体以及模板等部位的间距，避免影响爬架上升，检查防坠装置、防倾装置的有效性以及爬架的安全性，检查合格后，打开防倾装置8，通过电脑启动电葫芦开始爬升，其中爬架的爬升，根据建筑主体流水段施工安排，分8八段进行爬升，每次爬升高度为4.2米，爬升到位后，安装17层的地爬梁和钢丝绳以及地爬梁之间的拉杆，进行17层主体施工，当爬升角度需要调整时，中间部位的地爬梁不动，向内或向外推动上下两层的地爬梁，来调整爬架的角度，保证爬架上方与主体结构距离为35公分，然后再进行爬升，当结构外边尺寸发生变化需要调整时，把尺寸变小的角部最外侧小型单元体用塔吊辅助拆除，并吊装至尺寸较大的正立面进行安装，爬架的调整共进行三次，分别在23、29和35层。具体的，在空中用塔吊吊住爬架角部需拆除的单元体，然后进行空中拆除，拆除完成后分别将拆除部位吊装到东、南、西、北四个尺寸加大的正立面进行补位安装。

当主体封顶后，开始拆除爬架，按照爬架的拼装顺序，后装的先拆、先装的后拆，分解成小型单元体后，用塔吊吊至地面，然后依次外运。