擦窗机吊船导向斜拉索的设计应用

2020-11-23兰阳春余春福

建筑机械化 2020年10期

兰阳春，余春福

（上海普英特高层设备股份有限公司，上海 200127）

随着各种高层建筑拔地而起，不同的建筑外立面也随之出现。擦窗机作为一种服务建筑外立面的机械设备，简单的通过单台擦窗机进行建筑外立面清洁维护已不能满足客户需求，必须设置一些必要的辅助系统来达到功能需求，比如水平生命线系统、垂直生命线系统、防风销系统、导向斜拉索系统、导向轨道系统、特殊吊船系统等等，所有这些系统一起组成了擦窗机辅助体系，帮助擦窗机在建筑外立面解决各种清洁维护难题。

杭州来福士中心位于杭州钱江新城CBD核心位置，总高250m，根据杭州来福士建筑外立面的结构形式，采用导向斜拉索作为擦窗机辅助系统的设计方案。导向斜拉索整体结构简单，且为柔性结构，可以适应各个方向变化的外立面形式。

1 设计原则

通过对建筑立面的分析发现，建筑外立面为扭曲结构，建筑外立面存在前后左右4个方向的变化。普通的擦窗机以及吊船形式无法满足该建筑立面的外墙清洁和维护。为此，考虑到整体擦窗机的经济性、安装方便性以及操作可靠性，导向斜拉索的设计方案应运而生。斜拉索系统整体为柔性结构，能够很好地适应建筑外立面各个方向的变化，并将擦窗机吊船引导到相应的外立面进行清洁维护。

1.1 导向斜拉索的组成

整套导向斜拉索系统由钢丝绳、端部支座、中间支座、张紧装置、导向装置组成。其中每组导向斜拉索由一套张紧装置、两套端部支座、若干套中间支座以及一根导向钢丝绳组成，如图1所示。

图1 导向斜拉索系统的构成

1.2 导向斜拉索的工作原理

通过擦窗机将吊船下放到斜拉索的顶部位置，吊船通过顺绳装置与相邻的两组斜拉索进行连接，而后将吊船继续往下放，吊船通过顺绳装置在斜拉索导向绳上进行前后左右方向的运动。同时，为适应两组斜拉索之间的距离变化，顺绳装置与吊船之间采用轨道与滚轮的方式进行连接，这样整个吊船在上下运行的过程中不会因为斜拉索距离的变化而卡死，如图2所示。

图2 导向斜拉索系统工作示意

2 导向斜拉索的设计

2.1 端部支座的设计

端部支座的起到连接整个斜拉索的作用，承载着整套斜拉索各个方向的受力。既要克服斜拉索安装时产生的预紧力，同时也要克服吊船在运行过程中对斜拉索产生的一个张力以及侧向力。在设计端部支座时，在适应建筑结构的形式下，同时也要考虑端部支座的受力情况，因此端部支座在设计时，采用的是厚度为25mm的316不锈钢进行设计加工，满足整条斜拉索装置的受力要求，如图3所示。

图3 端头支座示意

2.2 中间支座的设计

中间支座在整个导向系统起着引导的作用，即导向钢丝绳通过中间支座固定在立面的各个点位。设计难点有3处：①如何保证顺绳装置在不脱离导向钢丝绳的前提下，能够顺畅地穿过中间支座；②如何保证每个点位的安装座都能够在各个方向旋转，确保钢丝绳在每个点位中都是流畅地穿过；③如何保证中间支座能够满足运行过程中产生的水平力。

经过计算优化，最终确定设计方案。中间支座设计成三部分，底下部分是与建筑结构进行连接固定的固定基座，中间部分是可旋转的连接头，头部是一个管套与支撑板组成的连接件。如图4，为保证顺绳装置能够顺利通过中间支座，头部位置设计成支撑管套的形式，管套与支撑板之间采用坡口焊接，降低焊缝对顺绳装置的影响。中间部分的连接头，与基座采用单螺栓固定，连接头可旋转，顶部与支撑管套采用单螺杆连接，这样实现支撑管套与基座之间各个方向的旋转可调。在满足以上两点要求前提下，通过加长支撑管套的长度来满足运行过程中产生的水平力要求。

图4 中间支座示意

2.3 导向斜拉索钢丝绳的选型

导向斜拉索钢丝绳通过对比各种型号以及对系统的设计分析，选用的直径10mm，材质为316不锈钢钢丝绳，能够保证顺绳装置在运行过程的不脱落，预防钢丝绳在运行过程中磨损而产生的锈蚀，减少了对建筑外立面的污染。

2.4 张紧装置的设计

每条导向斜拉索安装长度约150m，为保证整个导向拉索安装完毕后有一定的张紧力，在导向拉索的两端各设置一组张紧装置（图5），以防止斜拉索安装完毕后钢丝绳的松弛。

图5 张紧装置示意

在张紧的同时，设计中需要考虑如何保证该导向装置的预紧力不超过一定数值，避免过大张紧力破坏整个系统的安全性能和结构受力。通过在顶部张紧位置设置一个测力计，同时在测力计上用红色标记预紧力的位置。在张紧装置拉力达到一定数值时即满足斜拉索的安装要求。

2.5 顺绳装置的设计

顺绳装置（图6）为保证吊船沿着导向斜拉索运行的一个重要连接部件。根据斜拉索的使用状况以及环境可知，顺绳装置需包含以下的特性：能够快速拆装；可以顺畅从顶部运行到底部；必须保证在运行过程中不与钢丝绳发生脱离；与吊船的连接为可调节，保证吊船能够在两组导向斜拉索之间各种不同间距都能运行。

结合以上问题以及实际使用情况，顺绳装置导向部分采用两组滚轮在钢丝绳上进行运行，同时每组滚轮之间为可拆式设计，以便现场的拆装。滚轮安装后间隙大于中间制作支撑板的厚度，但必须保证滚轮在运行过程中不脱离钢丝绳。在吊船的工作面设置导向轨道，顺绳装置通过该导向轨道与吊船连接，通过该轨道来适应斜拉索之间的距离变化。