蘭陽春，余春福

（上海普英特高層設備股份有限公司，上海 200127）

隨著各種高層建筑拔地而起，不同的建筑外立面也隨之出現(xiàn)。擦窗機作為一種服務建筑外立面的機械設備，簡單的通過單臺擦窗機進行建筑外立面清潔維護已不能滿足客戶需求，必須設置一些必要的輔助系統(tǒng)來達到功能需求，比如水平生命線系統(tǒng)、垂直生命線系統(tǒng)、防風銷系統(tǒng)、導向斜拉索系統(tǒng)、導向軌道系統(tǒng)、特殊吊船系統(tǒng)等等，所有這些系統(tǒng)一起組成了擦窗機輔助體系，幫助擦窗機在建筑外立面解決各種清潔維護難題。

杭州來福士中心位于杭州錢江新城CBD核心位置，總高250m，根據(jù)杭州來福士建筑外立面的結構形式，采用導向斜拉索作為擦窗機輔助系統(tǒng)的設計方案。導向斜拉索整體結構簡單，且為柔性結構，可以適應各個方向變化的外立面形式。

1 設計原則

通過對建筑立面的分析發(fā)現(xiàn)，建筑外立面為扭曲結構，建筑外立面存在前后左右4個方向的變化。普通的擦窗機以及吊船形式無法滿足該建筑立面的外墻清潔和維護。為此，考慮到整體擦窗機的經(jīng)濟性、安裝方便性以及操作可靠性，導向斜拉索的設計方案應運而生。斜拉索系統(tǒng)整體為柔性結構，能夠很好地適應建筑外立面各個方向的變化，并將擦窗機吊船引導到相應的外立面進行清潔維護。

1.1 導向斜拉索的組成

整套導向斜拉索系統(tǒng)由鋼絲繩、端部支座、中間支座、張緊裝置、導向裝置組成。其中每組導向斜拉索由一套張緊裝置、兩套端部支座、若干套中間支座以及一根導向鋼絲繩組成，如圖1所示。

圖1 導向斜拉索系統(tǒng)的構成

1.2 導向斜拉索的工作原理

通過擦窗機將吊船下放到斜拉索的頂部位置，吊船通過順繩裝置與相鄰的兩組斜拉索進行連接，而后將吊船繼續(xù)往下放，吊船通過順繩裝置在斜拉索導向繩上進行前后左右方向的運動。同時，為適應兩組斜拉索之間的距離變化，順繩裝置與吊船之間采用軌道與滾輪的方式進行連接，這樣整個吊船在上下運行的過程中不會因為斜拉索距離的變化而卡死，如圖2所示。

圖2 導向斜拉索系統(tǒng)工作示意

2 導向斜拉索的設計

2.1 端部支座的設計

端部支座的起到連接整個斜拉索的作用，承載著整套斜拉索各個方向的受力。既要克服斜拉索安裝時產(chǎn)生的預緊力，同時也要克服吊船在運行過程中對斜拉索產(chǎn)生的一個張力以及側(cè)向力。在設計端部支座時，在適應建筑結構的形式下，同時也要考慮端部支座的受力情況，因此端部支座在設計時，采用的是厚度為25mm的316不銹鋼進行設計加工，滿足整條斜拉索裝置的受力要求，如圖3所示。

圖3 端頭支座示意

2.2 中間支座的設計

中間支座在整個導向系統(tǒng)起著引導的作用，即導向鋼絲繩通過中間支座固定在立面的各個點位。設計難點有3處：①如何保證順繩裝置在不脫離導向鋼絲繩的前提下，能夠順暢地穿過中間支座；②如何保證每個點位的安裝座都能夠在各個方向旋轉(zhuǎn)，確保鋼絲繩在每個點位中都是流暢地穿過；③如何保證中間支座能夠滿足運行過程中產(chǎn)生的水平力。

經(jīng)過計算優(yōu)化，最終確定設計方案。中間支座設計成三部分，底下部分是與建筑結構進行連接固定的固定基座，中間部分是可旋轉(zhuǎn)的連接頭，頭部是一個管套與支撐板組成的連接件。如圖4，為保證順繩裝置能夠順利通過中間支座，頭部位置設計成支撐管套的形式，管套與支撐板之間采用坡口焊接，降低焊縫對順繩裝置的影響。中間部分的連接頭，與基座采用單螺栓固定，連接頭可旋轉(zhuǎn)，頂部與支撐管套采用單螺桿連接，這樣實現(xiàn)支撐管套與基座之間各個方向的旋轉(zhuǎn)可調(diào)。在滿足以上兩點要求前提下，通過加長支撐管套的長度來滿足運行過程中產(chǎn)生的水平力要求。

圖4 中間支座示意

2.3 導向斜拉索鋼絲繩的選型

導向斜拉索鋼絲繩通過對比各種型號以及對系統(tǒng)的設計分析，選用的直徑10mm，材質(zhì)為316不銹鋼鋼絲繩，能夠保證順繩裝置在運行過程的不脫落，預防鋼絲繩在運行過程中磨損而產(chǎn)生的銹蝕，減少了對建筑外立面的污染。

2.4 張緊裝置的設計

每條導向斜拉索安裝長度約150m，為保證整個導向拉索安裝完畢后有一定的張緊力，在導向拉索的兩端各設置一組張緊裝置（圖5），以防止斜拉索安裝完畢后鋼絲繩的松弛。

圖5 張緊裝置示意

在張緊的同時，設計中需要考慮如何保證該導向裝置的預緊力不超過一定數(shù)值，避免過大張緊力破壞整個系統(tǒng)的安全性能和結構受力。通過在頂部張緊位置設置一個測力計，同時在測力計上用紅色標記預緊力的位置。在張緊裝置拉力達到一定數(shù)值時即滿足斜拉索的安裝要求。

2.5 順繩裝置的設計

順繩裝置（圖6）為保證吊船沿著導向斜拉索運行的一個重要連接部件。根據(jù)斜拉索的使用狀況以及環(huán)境可知，順繩裝置需包含以下的特性：能夠快速拆裝；可以順暢從頂部運行到底部；必須保證在運行過程中不與鋼絲繩發(fā)生脫離；與吊船的連接為可調(diào)節(jié)，保證吊船能夠在兩組導向斜拉索之間各種不同間距都能運行。

結合以上問題以及實際使用情況，順繩裝置導向部分采用兩組滾輪在鋼絲繩上進行運行，同時每組滾輪之間為可拆式設計，以便現(xiàn)場的拆裝。滾輪安裝后間隙大于中間制作支撐板的厚度，但必須保證滾輪在運行過程中不脫離鋼絲繩。在吊船的工作面設置導向軌道，順繩裝置通過該導向軌道與吊船連接，通過該軌道來適應斜拉索之間的距離變化。

圖6 順繩裝置示意

3 結語

本文通過擦窗機對導向斜拉索的設計分析，將整套系統(tǒng)很好地與建筑情況相結合，過程中遇到多個難點，經(jīng)過與杭州來福士業(yè)主共同分析技術可行性，最終得出了解決方案。目前擦窗機吊船借助該導向系統(tǒng)，有效地完成了外立面的清潔維護。