不平衡悬空升降学科成果报告

四川华山建筑有限公司  苏茂兵

摘要：不平衡悬空升降理论，附着升降脚手架的特点、难点和具体应用

关键词：不平衡悬空升降学科

目前，世界上起重机械的原理都是起重机将起重物体吊起后把物体重量传递到自己身上，然后传给地面，其遵循的是起重机吊起物体时，起重机和起重物体一起必须到达平衡的原则，起重机和起重物体总体的重心在起重机械着力点的水平平面内，否则**会机毁人亡。**是火箭发射时也遵守此原则。

世界上有没有起重机械是悬空升降的？如果起重机自身都是悬空的且起重机和起重物体的重心在起重机械着力点的水平平面外，这样的起重机械在起重时会不会机毁人亡？其有什么特殊的力的传递过程？其受力体系应该怎样建立？在工程应用中应设计什么系统、机构来适应其特殊的要求？

如果这些起重机械还必须群机作业，那会带来什么难以想象的问题？如果不仅是群机作业而且还是露天的施工环境、随时有外力介入或有物体阻碍升降的升降环境，这样的起重机械的悬空升降理论该怎样建立？怎样实现其自动化控制？

附着升降脚手架是颠覆了目前世界起重机械的基本设计理论，还是目前世界起重机械的基本设计理论仅是起重机械在地球陆地上特殊的平衡关系时的一个特例？

世界起重机械的设计理论是不是该有个新的发展？在深海、航天方面，不平衡悬空升降学科是不是更急需建立，更需要应用？

项目概况：附着升降脚手架是悬空升降的起重机械，是起重机械和施工脚手架交涉的边沿学科,是行业**前沿的科技产品，世界上均无专业的安全技术标准，是我国的自主创新产品，****施工安全是附着升降脚手架应用的基本前提。

附着升降脚手架的特点是群机悬空升降、起重机和起重物体的重心在起重机械着力点（建筑物外墙）的水平平面外。

HS10型吊拉式附着整体升降脚手架是搭设一定高度的脚手架，通过附着支承结构利用电动环链提升机根据施工需要将脚手架进行升降的一种设备，具有操作方便、安全、快捷、综合施工成本低的优点；具有起重系统、防坠系统、防倾系统、同步控制系统、停层系统以及架体结构。其中架体结构由竖向主框架及水平桁架基础节、竖向主框架标准节、水平支承桁架标准节以及普通脚手架组成。

附着升降脚手架是世界装备制造业中国创造的典型，是节能减排的环保产业。其特点是搭设4－5层的楼高的脚手架架体，利用自身配制的起重系统、防坠系统、防倾斜系统、同步控制系统、停层系统，沿建筑物悬空升降满足施工要求。替代原来由地面一直搭设至顶的建筑物高度（22层至200层）的施工外脚手架，节省大量施工中的外脚手架钢材，节约资源、节约能源、减少二氧化碳的排放量。

（1）前景：由于可用于建筑的土地越来越少，地价越来越贵，以后的房屋建筑基本上是高层建筑，因此附着升降脚手架具有广阔的发展前景。 2011年四川省建筑业总产值约4500亿元，施工脚手架的费用占6%，约270亿元产值，20层以上的高层建筑物至少占50%左右，总产值约135亿元，前景十分广阔。仅四川省的产值**能迅速上亿、十亿甚至百亿，还有其他国内、国际市场未算。

（2）社会效益：采用附着升降脚手架大量减少使用脚手架相关的钢管、扣件、安全网、架板等材料，节约资源、节约能源、大量减少二氧化碳的排放量，保护了环境；在设计加工管理方面是节约型，进入施工工地是密集性，但能解决大量技术工人**业。

（3）环境评价：该项目生产过程中无废水、废气与污染物排放，符合环保要求；在施工生产中采用附着升降脚手架产品，能大量减少使用脚手架相关的钢管、扣件、安全网、架板等材料，节约资源、节约能源、大量减少二氧化碳的排放量，保护了环境。附着升降脚手架是节能减排环保型产品。

技术经济指标：HS10型吊拉式附着整体升降脚手架主要性能参数：1、架体高度：覆盖小于5倍楼层高；2、竖向主框架高度:大于等于4个楼层高度；3、架体宽度：大于等于800mm；4、架体步高：1.8m；5、相邻机位间距≤7m；6、作业面平均荷载：3 KN／m2；；7、架体自重≤4.0 KN／m；8、提升机额定速度≤0.13 m／min；9、附墙支座：在竖向主框架覆盖的面积上每个楼层处都设置一个；10、防坠装置：穿心杆式防坠装置与电动环连提升机的上吊点分别挂在两个附墙支座上，坠落时制动距离≤80mm。

在受力体系方面：建立底部空间六面体结构，吊点设在直角立面体框架结构底部平面内。

在防坠系统方面：1、本防坠装置将国家非常重视的机器人设计原理成功引入建筑业，实现防坠功能。2、利用发生意外堕落时起重系统受力必然消失的特点，此时，始终处于有效保护的压簧推动机械手（含大手臂、小手臂、手指）推动专用夹具中的活块摩擦力制动防坠。3、将竖直方向的压簧推动机械手推动运动转化为水平方向的机械手指的圆弧运动。

在群机升降同步控制方面：让电动环链提升机和传感器的传力构件合二为一，解决了传感器不能适应复杂多变、环境恶劣的施工环境的问题，简单****，完成对各个起重机的承载力的动态监测，用独特的对群机升降的控制系统实现在环境不变下的自动升降。

在停层结构方面：在附着升停层时将销轴取出，等跨越了该附墙支承座后再将销轴置入，然后作相应升降，**实现了机械式自动停层。

在架体结构方面：采用上下双横杆，双斜杆并在转角形成定型水平桁架无法形成的井字形结构，可灵活多变且取材方便地解决了附着升降脚手架在转角处的整体性安全问题。

在附墙支承座方面：：1、多功能附墙支撑座在带有附墙安装孔的附墙钢板上焊接工字钢。2、工字钢固连与防倾导轨配合的导轮。3、在建筑物不同楼层的处设置相同结构的附墙承座，循环使用。

在起重、防坠系统设置方面：1、改造附着升降脚手架的坚向主框架，使其承载能力加强；2、将防坠系统下降一个楼层设置；3、在建筑物墙体连续的三个结构层设置起重和防坠系统的强埋孔及连接螺栓。

项目创新点：

HS10型吊拉式附着整体升降脚手架的整体技术水平处于国内乃至********地位，是全新的不平衡悬空升降学科在实践中的成功应用，已获得21项国家专利（其中发明专利9项）。

在受力体系方面：1、基础节承受平行于建筑物外立面和垂直于建筑物外立面的双向力。2、提出双向受力的受力体系，为进一步发展悬空升降理论找到了研究方向。

在防坠系统方面：设计机械手启动防坠装置，将冲击制动防坠变为渐进的摩擦制动防坠。活块与圆锥体之间是斜圆锥面接触，接触面大、****，利用圆锥体中的防坠吊杆与活块、圆锥体之间的由小到大的变形，产生由小到大的摩擦力达到动态连锁防坠，从而有效的防止意外坠落。

在群机升降同步控制方面：实现了在复杂多变、环境恶劣的施工环境中自动升降，提高了世界建筑施工的科技水平。

在停层结构方面：1、实施自动停层。2、停层后的误差只有附墙支座或预埋连接孔的误差。 3、销轴被附墙支座挡卡而因撞击、震动而减缓并承受坠落的冲击力，实现有效防坠。

在架体结构方面：1、提出整体性结构安全理论，即：整体性结构安全是附着升降脚手架应用的基本前提，整体性结构安全理论的提出是为附着升降脚手架行业做出的重要贡献。解决了建筑物外形一圈高空悬空升降的附着升降脚手架在力矩、力偶集中的转角处的结构薄弱，难以承受应力集中的问题。2、在附着升降脚手架转角处分别由交叉的水平杆和竖直杆经扣件连接而成的内升两排升降脚手架，在其水平定型桁架上方连接普通脚手架，加成上下双横杆、双斜杆成井字型上下交叉用扣件紧固连接。消除了附着升降脚手架转角处的安全隐患。

在附墙支承座方面：在附墙支撑座上加了自动停层系统。

在起重、防坠系统设置方面：1、解决了方案中强埋孔及连接螺栓安装空间狭小，安装困难的局面；2、同时也避免了当同一层楼梁钢筋砼较大面积强度不能承载而造成起重、防坠系统同时失效的可能，即使是外形错层结构的建筑物也能保障施工安全。

   

综上所述，附着升降脚手架从受力体系、防坠系统、群机升降同步控制、停层结构、架体结构、附墙支承座和起重、防坠系统设置等七个方面取得实质性突破，解决了不平衡悬空升降的难题，指明了不平衡悬空升降理论的研究方向。

通过不平衡悬空升降理论的研究表明，世界起重机械的基本设计理论仅是起重机械在地球陆地上特殊的平衡关系时的一个特例。不平衡悬空升降可以理解为包含了在恶劣环境下（如施工、太空、深海），小物体附着在大物体上的做相对远动。建立不平衡悬空升降新学科，研究其规律性，对国家科技发展有重要意义，在实际工程中有巨大的应用价值。

****是破坏性的，但钱学森提出的****力学，其原理却是利用****的力量使特殊产品定型并达到很高的强度。建立不平衡悬空升降新学科也有这方面的价值和效果。

 

牛顿看着苹果从树上掉下来，发现了万有引力。“苹果从树上掉下来”，是高科技吗？在看似技术成熟的建筑业也隐藏着许多我们还没有发现的深层次的科学，在我国城镇化过程中的中后期，如果我们让建筑业更新换代；而且让建筑业拉动的近40个相关产业也实现升级换代，让建筑业成为这些相关产业升级换代的检验者和督促者，那建筑业**会成为我国科技产业升级换代的集大成者，成为中华民族实现梦想的功臣。

“实践是检验真理的****标准”，任何********不经过足够的实践，那都是空中楼阁。建筑业拉动的近40个相关产业的科技成果都需要在建筑业得到应用，如果让建筑业不断促进这些相关产业的科技****，那将极大提升我国在世界上的竞争力，在我国城镇化进程结束后**不会形成泡沫经济，美国的次贷危机**不会在中国上演。房地产作为金融产品的特点**是我们今天用了未来二三十年的钱，我们以后必须偿还今天用了的未来二三十年的钱，如果我们以后有竞争力，能挣到这些钱，我们还会有次贷危机、还怕次贷危机吗？！我们建筑业只要能深挖潜力，能成为国家实现梦想的功臣而不是罪人啊。我国的城镇化还未结束，西方发达国家**爆发了严重的次贷危机，进一步形成了世界经济危机。这是西方国家在城镇化进程中，过分贪婪，只想借，不想还的结果。中国有老话，凡毒物，七步之内，必有解药。我们建筑业的科技******是这场危机的解药。

附：作者及单位简介

四川华山建筑有限公司是科技原创单位、国家********企业，是中国建筑业协会机械管理与租赁分会副会长单位；是中国工程建设标准化协会附着升降脚手架研究组副组长单位；是四川省建筑业协会设备材料和防水工程分会副会长单位，是四川省首批附着升降脚手架一级资质的专业公司。公司的HS10型附着整体升降脚手架****通过JGJ202-2010《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》******科技成果产品验收，产品可以出口。2012年通过四川省重大技术装备创新研制项目验收。已申请24项国家专利，其中12项发明专利；获授权专利21项，其中9项发明专利。

四川华山建筑有限公司是世界上****个附着升降脚手架的******产品标准：“附着升降脚手架升降及同步控制系统应用技术规程”的主编单位。苏茂兵同志为主编人。

 

作者简介

苏茂兵同志  男   生于1969年7月

美国美联大学工商管理专业硕士、四川理工学院机械设计与制造专业工学学士   ****工程师   一级注册建造师

现兼任：中国建筑业协会机械管理与租赁分会副会长

中国工程建设标准化协会附着升降脚手架研究组副组长

四川省建筑业协会设备材料和防水工程分会副会长

是世界上****个附着升降脚手架的******产品标准：“附着升降脚手架升降及同步控制系统应用技术规程”的主编人。

主持的HS10型附着整体升降脚手架率先通过JGJ202-2010《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》******科技成果产品验收，产品可以出口。2012年通过四川省重大技术装备创新研制项目验收。已申请24项国家专利，其中12项发明专利；获授权专利21项，其中9项发明专利。

主要发表论文：从房屋倒塌看中国建筑存在的问题

谈附着升降脚手架架体的整体性安全及具体应用

科技创新产业升级与建筑业无关吗？

谈起重机管理规定的问题及建筑施工机械安全管理的现状

浅谈中国建筑的发展方向

四川省施工租赁企业现状调查报告

改进的附着升降脚手架的双向受力基础节

附着升降脚手架的自动停层系统