何勸云，李志國，鮑會麗，陳 浩，張洪寧

（1.廊坊凱博建設機械科技有限公司，河北 廊坊 065000；2.中國建筑科學研究院有限公司 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000）

目前國內建筑主體施工時主要采用外掛式工作平臺為工作人員提供作業(yè)平臺與安全防護，只能在固定高度作業(yè)，不能隨著建筑物施工高度任意升降，安拆工作量大、施工結束后建筑上預留孔洞太多，如圖1；主體施工結束后外立面裝飾裝修通常采用高處作業(yè)吊籃為作業(yè)人員提供操作平臺，效率低，安全性差，如圖2。因此有必要研發(fā)一種可替代外掛式工作平臺和高處作業(yè)吊籃的專用裝備，在建筑主體施工時給頂部施工層的人員提供安全防護、為已完工的下層建筑進行外立面裝飾裝修時提供操作平臺。

圖1 外掛式工作平臺

圖2 高處作業(yè)吊籃

1 總體方案設計

如圖3 所示，自動升降工作平臺（以下簡稱“平臺”）由導架、上級作業(yè)平臺、下級作業(yè)平臺、登機平臺、底架、小型構件吊裝裝置（可選）、附著等部分組成，通過齒輪齒條嚙合驅動上級作業(yè)平臺、下級作業(yè)平臺沿著導架上下運行，建筑物主體施工時上級作業(yè)平臺固定在最頂部，下級作業(yè)平臺供已完成主體施工的下部建筑進行外裝修作業(yè)，必要時，上級作業(yè)平臺和下級作業(yè)平臺可同時運行提高作業(yè)效率。平臺通過附著與建筑物連接在一起。

圖3 自動升降工作平臺結構示意圖

2 計算分析

此作業(yè)平臺長40m、平臺額定載重量5 000kg，其主要作用是為現(xiàn)場工作人員提供站立平臺及安全防護。此前對作業(yè)平臺布置型式與附著間距的優(yōu)化設計鮮有介紹，本文利用ANSYS對3 種布置型式進行動力響應分析、3 種附著間距的雙層作業(yè)平臺進行位移與應力分析，為平臺的合理布置提供參考。

2.1 作業(yè)平臺

作業(yè)平臺通過驅動節(jié)上的滾輪保證驅動架與導架的相對位置、通過驅動齒輪與導架上的齒條嚙合實現(xiàn)上下運動，故在滾輪處約束驅動節(jié)X、Y方向上的自由度，在驅動架齒輪處約束Z方向自由度，施加Z方向上重力加速度g，每個平臺節(jié)上施加X方向的風力載荷225kg。根據(jù)國家標準GB/T 27547-2011《升降工作平臺 導架爬升式工作平臺》并結合實際工程經驗，在作業(yè)平臺中間施加集中載荷1 000kg、左右兩端各施加集中載荷800kg。平臺節(jié)結構截面屬性如圖4 所示。

圖4 材料示意圖

結合工作經驗，對兩導架間距為17 個、15個、13 個平臺節(jié)的作業(yè)平臺進行分析；根據(jù)文獻[2]的描述，對3 種平臺布置（后簡稱17 節(jié)、15 節(jié)、13 節(jié)）形式進行額定載荷下的突然啟動動力模型分析。假定起升載荷沖擊時間為0.2s，加速度0.1s內升至2.5m/s2后再降至0。由于結構對稱布置，設計時分析如圖5 所示的3 個截面主肢3 的最大應力與最大位移。

圖5 平臺主肢分布圖

主肢所用材料為方管□60×60×5mm，材質為Q345-B，根據(jù)GB/T 27547-2011，n取1.5，[σ]=345/1.5=230MPa。B 點最大應力為130MPa＜[σ]，見圖6；C 點最大應力為149MPa ＜[σ]，見圖7。綜上，說明結構安全。

圖6 B點在3種布置型式下應力圖

圖7 C點在3種布置型式下應力圖

根據(jù)GB/T 27547-2011 規(guī)定，平臺突然啟動、額定載荷運行時端部（A 點）、中間（C 點）的偏移量如表1 所示。

表1 平臺端部（A點）、中間（C點）的最大偏移量

經分析可知：①3 種布置型式在各工況下最大偏移量均在標準允許值之內，但與17 節(jié)相比，15 節(jié)與13 節(jié)時工況c 的最大偏移量更接近標準允許值，乘員舒適性差；②由圖6、圖7 可知不同布置型式對C 點應力影響較大，對B 點應力影響較小。

綜上所述，平臺不同布置型式會較大影響C點應力與A 點位移，工程實際應用中應綜合考慮布置型式與載荷分布，即相同工況下，兩端平臺節(jié)越多，C 點應力越小，但端部偏移越大。

2.2 附著優(yōu)化分析（雙級平臺）

根據(jù)文獻[3]可知，附著最大拉力主要與導架懸臂高度有關，限于篇幅并結合現(xiàn)場經驗僅分析一種工況：上級作業(yè)平臺處于最大懸臂端處，下級工作平臺位于底部。

如圖8 所示，計算模型總高度45m，上級作業(yè)平臺處于最頂端，下級作業(yè)平臺處于低端，附著間距分別為4.5m、6m、9m，懸臂高度為9m；每個平臺節(jié)上施加X方向的風載225kg，平臺中間施加集中載荷1 000kg、兩端施加集中載荷800kg。

圖8 雙級平臺模型圖

由圖9 可知，附著間距影響導架水平偏移，附著間距越小，導架水平偏移值越小。實際運行時，導架較大的偏移量會使得作業(yè)平臺產生振動，不利于結構穩(wěn)定，同時乘員舒適性差，故設計時優(yōu)先選用4.5m 間距布置附著。

圖9 標準節(jié)高度與水平偏移量圖

針對4.5m 附著間距，每個平臺節(jié)上施加X方向的風載225kg，平臺中間施加集中載荷1 000kg、兩端施加集中載荷800kg，經驗證如圖10 所示，附著桿最大應力為36.27MPa，證明設計安全可靠。

圖10 頂端附著受力云圖

3 結語

本文為自動升降工作平臺設計提供了技術支持，尤其對于布置方式及附著間距提供了設計參考：中間節(jié)數(shù)較多時，可增加兩端載荷，減少中間載荷；中間節(jié)數(shù)較少時，可增加中間載荷，減少端部載荷，使得結構受力更為合理；較小的附著間距可有效抑制導軌架水平偏移，更有利于結構穩(wěn)定性。因此，在未來的自動升降工作平臺設計中應綜合考慮以上因素，力求結構布局合理可靠。