整体附着式爬架优化设计与应用

摘要：针对整体附着式爬架，利用TeklaStructures软件进行构件建模，并以具体工程为依托模拟布架与设计优化，通过总价对比分析法对优化设计前后进行经济对比分析，达到经济效益的最优。

关键词：爬架;TeklaStructures;设计优化

整体附着式爬架具有成本低，使用方便，适应性强等特点，当建筑物的高度大于80m时，其经济效益明显优于其它型式的脚手架，是超高层建筑脚手架的主要型式，因而近年来在高层和超高层建筑施工中的应用发展迅速[1]。然而尚处于发展和完善之中的整体附着式爬架，在设计和使用安全性以及部件标准化、模数化方面，还存在着诸多不容忽视和急需解决的问题[2]。TeklaStructures是一款多模块集成化的钢结构深化设计软件，自带的诸多功能能够满足从初步设计一深化设计一施工管理等一系列要求。其不仅能有效地控制整个结构设计的流程，而且用户可通过创建钢结构和混凝土结构的三维模型生成制造和架设阶段使用的输出数据[3]。

1TeklaStructures爬架构件建模

整体附着式爬架一般由架体结构（含竖向导轨、标准框、脚手板、立网框等）、附着支撑结构、提升设备、防倾、防坠装置和控制系统等组成。通常爬架设计资料都是平面的，在进行爬架深化设计过程中，若是不能解决此类问题，不仅对爬架构件的制作与安装带来很大麻烦，而且因未能标准化、模数化设计带来构件的不能重复利用，造成很大的间接经济损失。运用TeklaStructures软件创建所有爬架构件的三维模型，并将其定义为零件储存，以备后续组装爬架时调用。这样可将二维的蓝图设计资料在三维模型中进行表达，不仅能准确反映蓝图中已包含的全部信息，还能及时发现存在的信息缺失等问题[4]。1.1架体结构。架体结构由竖向导轨、标准框、脚手板、立网框等组成。竖向主框架由两根6.3#槽钢背靠背焊成的导轨和40×60方管焊接成的框架加工而成，在导轨的背面焊有防坠条。其分上、中、下三节，通过4套M14螺栓固定连接，并按架体1.8m设计步高，宽度为0.8m，每步内侧斜杆使用40×40×3方管，长度为1.570米，总高度小于5倍楼层高。标准框是由40×40×3.0mm方管、6.3#槽钢和40×40×5角钢焊接成整体的单片式框架。也分上、中、下三节，通过4套M14螺栓固定连接，按平台步高1.8m设计步高，立杆间距最大2m,宽度为0.8m，并与竖向主框架外排高度一致。钢脚手板使用2.0mm冲压钢板制作，底部采用同规格的冲压钢板焊接纵向及横向的龙骨，用来增加钢脚手板的整体刚度。翻板选用2.0mm冲压钢板焊接，底部用同规格的冲压钢板焊接纵向及横向的龙骨，增加翻板的整体刚度立网框由0.6mm厚的镀锌板、20×20×2.0mm方管、80×25×2mm不等边角钢组成的龙骨和斜拉杆焊接而成。分上、下立网框，安装时与标准框、竖向导轨用螺栓进行连接，立网框相互之间使用合页进行连接。1.2附着支撑结构。附着支撑结构所用材料使用国标型槽钢焊接制成，是整个架体的受力点。附墙支座螺栓孔分布于支座底部上下部，外侧使用垫块开横向孔直接焊接与支座底部，内侧垫板使用100×100×10钢板加工而成，内侧受拉螺栓螺母加垫弹簧垫圈。1.3提升设备。提升设备由上牵引件、下牵引件、提升支座、悬挂架、吊杆、电动葫芦组成。上牵引件是由40×3的方管和100×50×3的矩形管焊接而成，主要作用为悬挂电动葫芦，它与竖向导轨使用三套M16×110的高强螺栓进行固定连接。下悬挂件由40×3的方管和8mm厚牵引板组合而成，主要作用为传递电动葫芦产生的力，是平台做匀速升降运动，它与竖向导轨使用五套M14×110的高强螺栓进行固定连接。1.4防倾、防坠装置。防倾导向架由80×80×10mm角钢、6mm厚钢板和直径50mm的导轮组装而成。主要防止组合式施工防护升降平台内外倾翻。导向架与附墙支座通过两套M20×50的六角头标准件固定连接，共设置三组防倾导向装置，导向架上的导轮与竖向导轨上的导轨形成导轮导轨装置，在提升过程中，保证平台垂直滑移并起到防倾作用。1.5控制系统。采用同步荷载控制系统，包括荷载传感器、分控箱、主控柜、遥控器和智能控制电脑。

2TeklaStructures爬架应用组装与设计优化

本文以某工程3#住宅楼项目为工程实例，介绍运用TeklaStructures在爬架深化设计中的应用。该工程位于江苏省无锡市新吴区，为地下一层地上二十七层的住宅楼建筑，建筑面积11765m2,建筑高度78.45m，桩基筏板基础，剪力墙结构体系。2.1爬架初步设计。该工程标准层周长133.3m，面积472.5m2,爬架初步设计共布置33个机位，脚手板共140块，规格有450,600,650,800,1200,1500,2000等7种（图1）。2.2爬架组装。本工程外防护设备拟从4层开始使用整体附着式升降爬架，4层以下用钢管搭设，钢管搭设高度≥13.50米，具体机位布置见机位布置图。本工程爬架全高14.4m，拟分三次吊装，吊装高度分别为下节5.34米、中节5.4米、上节3.89米,安装操作平台时根据现场情况加固，3道附墙支座根据现场条件进行安装，待土建施工到6层后附墙支座安装结束，为操作平台提供可靠的结构附着点。利用创建好的爬架构件在TeklaStructures进行各部位的组装，组装后的局部示意图如图2。2.3碰撞检测。通常碰撞问题可分为两种：一是实体构件之间的碰撞，为硬碰撞；二是构件之间距离不满足相关安装要求，为间隙碰撞[5]。TeklaStructures软件自带有碰撞检查功能，可以在优化过程中对部分模型或整体模型进行碰撞检测，并及时对构件的碰撞进行检查与修改，避免因施工时发现问题造成费用和工期的增加。2.4爬架优化设计。通过若干次调整优化后，优化后的爬架最终设计共布置31个机位，脚手板共100块，规格有600,800,1000,1150,1500,1550,1600,1750,1800,2000等10种。尽管优化后脚手板规格多出了3种，但标准规格却由2种增加到3种，且脚手板块数由140块减少到100块，另外优化后机位少布置了2个。因此，优化后无论是从生产、运输、安装和材料使用上均产生了明显的经济效益。初步估算，优化设计后可直接或间接节约成本约10%左右。

3结论

3.1在设计阶段，利用TeklaStructures软件自带的碰撞检测功能，对爬架各部件之间以及组装后的爬架整体与结构之间进行全面碰撞检查，及时发现问题并迅速纠正，避免施工时才发现问题引起工期延误以及成本的增加。运用软件同步生成材料清单。与传统设计相比，既可大幅缩减工期，也减少了不必要的成本支出。3.2运用TeklaStructures进行三维建摸设计，促进对爬架整体构架和软件功能的初步了解。当模型发生变动时，即可对相应图纸、清单等重新出图，避免因模型改动出现相互关联改动的遗漏与缺失，造成不必要的工期延误。3.3利用Tekla软件可以将爬架构件信息输出为用于加工的数控文件，从而实现工厂标准化和自动化生产。通过将Tekla软件引入爬架深化设计中，在初步设计→深化设计→出图→管理等方面取得了显著的成效，也取得了更好的经济效益。

参考文献

[1]吉北.高层建筑工具式外脚手架施工技术及发展趋势[J].建筑安全,2000(8)36-41.

[2]金万成.高层建筑升降脚手架系统两类事故的分析与对策[J].建筑技术,2000(8)540-541.

[3]马山玉.钢结构深化设计软件TeklaStructures应用综述[J].山西建筑,2010,36(6).56-57.

[4]曾国华,史金栋,台启民.地下综合管廊与地铁车站同期建设方案优化研究[J].市政技术,2017,35(3):72-76.

[5]张磊,周东明.TeklaStructures软件在钢结构工程中的应用[J].钢结构,2015,30(11).98-100.

作者:陈旭元 徐卫星 赵正炳 单位:江苏工程职业技术学院建筑工程学院