高层建筑擦窗机设计过程应注意的问题

2022-11-17

改革开放以后, 城市现代化的快速发展产生了许多高层建筑物, 甚至一些中小城市也相继出现了各式各样的高层建筑物。基于采光和美观角度考虑, 很多高层建筑都采用玻璃幕墙。如何清洗高楼玻璃上的灰尘问题一直是一个难题。为了便于清洗, 越来越多的擦窗机随之而研发制作产生。目前国际很多高层建筑外墙都采用人工清洗作业, 很少之用价格昂贵的全自动擦窗机器人清洗外墙。所谓“擦窗机”是国内惯用的称呼, 但其称呼在国际并不统一, 英国和香港称其为“吊船” (GOND-OLA) , 美国则称为“建筑物室外维修用动力平台” (Powered platform for exterior building maintenance) , 澳大利亚等一些地区称“建筑物维修设备” (Bilding maintenance units) [1]。虽然称呼不一样, 但都是用来清洗、维护和装修建筑物外墙。

目前, 国际上对擦窗机的设计还没有一个统一的标准, 各个国家都有别于他国的标准。而我国对擦窗机的研发才刚起步不久, 很多产品都依赖于国外知名企业的产品。美国、英国、德国等14国家的生产产品相继进入中国市场, 这些国家的产品多样, 主要有轮载式、轨道式、悬挂式、插杆式、活动支架及固定支架式和滑车式等, 其使用因建筑物的风格差异而有所不同。尽管如此, 我国在80年代中期也开始对擦窗机设备进行国产化的研制, 并取得了相当优越的成果和突破。在同样的技术参数和尺寸的前提下, 国产的擦窗机价格却只有进口的1/3左右。

笔者根据从事国产擦窗机设计多年的经验, 浅谈几点高层建筑擦窗机设计过程应注意的几个方面, 可供从事相关产品的机械设计的同行技术参考。

1 高层建筑擦窗机设计过程应注意的以下几点

1.1 擦窗机的设计标准

美国国家安全委员会和国家机械工程师协会于1970年编写了ANSIA120.1-1970“建筑物室外维修用动力平台安全规则”, 并相继完善制定了有关安装及使用要求标准规范。欧洲一些国家也相继制定了相关的标准规范。目前擦窗机执行的标准主要有英国的BS6037, 法国的DTU95.1、德国的T RA 900、荷兰的P120和美国的ANSI A120等。

1.2 擦窗机的构造型式

根据高层建筑物的高度、立面的结构形式以及清洗面积的不同擦窗机主要有以下几种类型: (1) 轨道式擦窗机:目前使用比较广泛的擦窗机之一, 可沿轨道自由行走, 以达到建筑物外墙的任何立面。按照轨道设置的不同, 轨道式擦窗机有水平轨道式擦窗机和直立式轨道擦窗机、轨道式伸缩臂擦窗机和悬挂轨道式擦窗机几种。 (2) 无轨式擦窗机:无轨式擦窗机适应于屋顶表面开阔、平整无阻的情况, 不需铺设轨道, 靠自身行走轮在立面周围行走。 (3) 固定式擦窗机。主要有以下几种固定式擦窗机:水平插座吊杆式擦窗机、直立插座吊杆式擦窗机和伸缩臂式擦窗机。

1.3 擦窗机的分类与选型考虑因素

擦窗机最大的特点是非标准性机电设备。建筑物的高度、外观、立面结构形式、楼顶空间尺寸都不相同, 因此也很难找到两台一样的擦窗机。针对每一栋大楼的独特建筑形式和功能, 在选用擦窗机时, 从安全性、经济性、实用性这三大原则的基础上, 参考以下几点考虑擦窗机的选型[2]: (1) 优先选用轨道式, 自动化程度高, 安全可靠; (2) 楼顶空间通道、立面结构等是否适合所选择的擦窗机型式; (3) 选用的擦窗机是否满足结构承载要求; (4) 选用的擦窗机尽量不影响建筑物的美观; (5) 擦窗机的造价业主能否承受; (6) 能否选用最少台数, 完成整个大厦的作业。

1.4 轨道设计要求

轨道设计应考虑擦窗机各部分重量、运行引起的侧向力、动载荷及风载荷引起的作用力;在设计、安装轨道的连接点和屋顶有关装置时应考虑温度变化引起轨道的热胀冷缩产生的影响;轨道锚固件和连接附件的设计强度应能承受2倍的最大作用载荷;轨道的安装应牢固平直, 接缝处导轨平面高差值不应大于2mm, 伸缩缝的间隙不大于3mm;轨道与预埋件或预埋支架的连接必须牢固可靠, 不得松动;在最大作用载荷下, 轨道两个支撑点之间的挠度不应超过其跨距的1/250;在轨道始点、终点应设置限位挡块。转向点和分岔点应设置定位装置[3]。

1.5 起升机构安全装置设计要求

起升机构安全装置必须考虑有后备制动保护和手动释放功能才能起到有效的安全保护作用。 (1) 主制动器, 起升电机为常闭式制动电机, 必须有效制动住1.25× (钢丝绳全部放出质量+吊船自重+额载+超载25%) 的有效载荷。制动安全系数n≥2。 (2) 辅制动器 (后备制动器) , 当主制动器、传动齿轮等一旦损坏, 吊船超速下降, 辅制动器必须在600mm范围内将吊船制动。 (3) 起升机构必须设置乎动释放装置, 一旦停电或故障时能够松开主制动器, 使吊船滑降至安全层面。

2 对高层建筑擦窗机设计的建议

(1) 注重新技术的应用和产品的不断更新换代。要根据不同时代的建筑风格, 不同场合和环境的特征来合理配制产品。 (2) 重视产品的质量及外观造型设计。擦窗机的工艺、选材、表面处理都应考虑操作人员的作业要求和建筑物的结构要求。 (3) 积极开展关键技术的研究开发。积极开展研究擦窗机的开发应用工作, 才能更快缩短我国在这方面与先进国家的差距。

3 工程实例

上海浦东招商银行上海大厦项目包括208.25m及58.60m的南、北两塔和连接两塔的公共行人天桥, 其中:南塔楼为37层, 建筑可用高度为174.2m;北塔楼高60m。幕墙的较高位置较难清理、维护, 必须利用机械设备, 才能方便的到达清洁工作面。结合本工程的实际, 在南塔屋顶层及35层各配置1台有轨伸缩臂型擦窗机, 最大悬臂长度为分别为18.5m和21.5m。此设备的立柱具有升降功能, 当擦窗机处于非工作状态时, 立柱 (及吊臂) 可以下降, 以获得最佳的隐藏效果。北塔楼擦窗机方案 (8~16轴斜坡屋顶/5~8轴斜坡屋顶) :每个斜坡屋顶各设置2台单臂爬坡型擦窗机。