一種超高層建筑施工電梯關(guān)鍵技術(shù)
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作者鄭曉敏
本文將從施工電梯選型、數(shù)量、布置、基礎(chǔ)、附墻、使用等方面全面分析超高層建筑施工電梯關(guān)鍵技術(shù)。
1 施工電梯選型
電梯的選型主要包括梯籠尺寸、載重、速度、單籠或雙籠這4個參數(shù)的選擇。
1.1 梯籠尺寸的影響因素
施工電梯梯籠尺寸主要受所運材料的尺寸和建筑結(jié)構(gòu)的影響。施工電梯梯籠有多種尺寸，正常情況下，宜優(yōu)先選用標準尺寸，即3. 2m×1.5m×2. 5m的梯籠。超高層建筑多采用單元式幕墻，幕墻單元板塊為工廠預(yù)制，不可切分，數(shù)量多且易損，適宜采用施工電梯運輸，而超長超大的玻璃板塊采用塔式起重機等其他設(shè)備進行吊運。單元式幕墻板塊高度同建筑層高，因此單元式幕墻板塊為施工電梯所運單件最大的材料，梯籠尺寸應(yīng)滿足幕墻板塊運輸要求。
以廣州東塔為例，辦公區(qū)標準層幕墻單元板塊高度4 500mm，運輸玻璃板塊的電梯籠要求比玻璃板塊長200~ 300mm，因此，選擇長度4 800mm的梯籠運輸幕墻板塊。目前最長的梯籠4 800mm，若訂做更長的梯籠，則穩(wěn)定性較差，電梯廠家建議采用3. 2m×1.5m×5.5m（長×寬×高）的梯籠，穩(wěn)定性較好。
若電梯布置于塔樓內(nèi)部，則梯籠尺寸還受建筑結(jié)構(gòu)影響。布置在核心筒和外框之間的電梯，應(yīng)選擇合適尺寸，盡量避免或減少與結(jié)構(gòu)梁的沖突。電梯井道內(nèi)的施工電梯尺寸受電梯井道限制。
1.2 載重的影響因素
施工電梯的載重受最重的不可拆分材料影響，即單元式幕墻板塊（大型機電設(shè)備可用塔式起重機吊運）。標準層按3.7~4. 7m考慮，單塊板塊重約800—1 200kg，對于有運輸幕墻單元板塊任務(wù)的電梯，為提高運輸效率，單次運輸2塊單元板塊，載重量宜選擇2 700kg。除此以外，常規(guī)施工電梯載重量為2 000kg。
1.3速度的影響因素
施工電梯常用的速度有低速( 33 m/min)、中速( 63 m/min)和高速(96m/min)。對于超高層施工，為提高運輸效率，應(yīng)優(yōu)先選擇高速施工電梯。最近國內(nèi)已有廠家研制出120m/min的超高速施工電梯。
2 施工電梯數(shù)量
2.1 電梯數(shù)量影響因素
影響施工電梯數(shù)量的因素有：工人數(shù)量、材料運次、電梯運行1周時間、電梯額定載客量及載重量、滿載率、每天限制的運輸時間等。而電梯運行1周時間受建筑高度、電梯速度、可停層數(shù)、停層次數(shù)、每梯次載客量、開門時間、工人進出時間、不確定因素損失時間等因素影響。
2.2基本計算思路
施工電梯數(shù)量的確定采用“預(yù)設(shè)復(fù)驗”的方法，即先按經(jīng)驗公式初步計算所需施工電梯的總數(shù)，做平面及立面的具體規(guī)劃后，再按估算的人數(shù)及材料量，詳細復(fù)核施工電梯各階段的運輸能力。
2.3具體分析方法
2.3.1 粗算法初步計算施工電梯數(shù)量
粗算法經(jīng)驗公式可由塔樓頂層結(jié)構(gòu)標高、塔樓總建筑面積、地上層數(shù)、從塔樓地下室封頂至塔樓竣工的計劃工期這幾個參數(shù)初步估算出所需施工電梯梯籠個數(shù)。計算得出的梯籠個數(shù)為從底到頂貫通的標準梯籠個數(shù)，如按工程實際需要設(shè)置上下接駁電梯、特殊尺寸電梯等，則需對梯籠個數(shù)作相應(yīng)調(diào)整。一些超高層施工電梯案例如表1所示，此處所述的“梯籠個數(shù)”是指有效個數(shù)，接駁的電梯不計算在內(nèi)。超高層實際使用梯籠個數(shù)與粗算個數(shù)對比如圖1所示。
2.3.2精算法復(fù)核運輸能力
采用經(jīng)驗公式初步計算出梯籠個數(shù)后，應(yīng)做具體的施工電梯規(guī)劃方案，并驗算各階段的運輸能力。
1)本階段人員運輸基本公式及評判標準
第i個梯籠2h內(nèi)輸送人數(shù)：
全部梯籠2h內(nèi)輸送人數(shù)應(yīng)滿足：
式中：R i為第i個梯籠2h內(nèi)輸送人數(shù)；r i為第i個梯籠的額定人數(shù)；k i為電梯定員系數(shù)(通常取0.8)；A為本階段電梯使用總?cè)藬?shù)。R i由電梯運行時間、開關(guān)門時間、人員進出時間、損失時間、滿載率、額定載客量、施工電梯額定速度、本階段建筑高度、可�？繉訑�(shù)計算得出。
2)本階段材料運輸基本公式及評判標準
第j類材料平均每天運輸時間：
式中：c j為第j類材料運輸次數(shù)；RTT j為第j類材料運輸1周時間；m為梯籠個數(shù)。
考慮每天運輸材料時間為12h，各類材料平均
每天運輸時間之和應(yīng)滿足：
3 施工電梯布置
3.1施工電梯平面布置位置優(yōu)缺點分析及布置原則
超高層施工電梯的布置包括室外電梯和室內(nèi)電梯，其中室內(nèi)電梯又分為在核心筒外布置和在核心筒內(nèi)永久電梯井布置2種。
3.1.1 室外電梯優(yōu)缺點分析及布置原則
1)優(yōu)點
室外電梯可以不占用永久電梯井道，能滿足布置較大尺寸施工電梯所需空間要求，滿足施工需要，布置較為靈活，對結(jié)構(gòu)受力沒影響，施工電梯與永久電梯的轉(zhuǎn)換方便。
2)缺點
室外電梯影響幕墻收口，進而影響室內(nèi)裝修等收尾。
3)布置原則
電梯部位的玻璃幕墻無法收口，該區(qū)域范圍內(nèi)的玻璃幕墻、室內(nèi)初裝修及精裝修等均無法施工，因此，室外電梯應(yīng)集中布置，以減少幕墻收口部位。在外部條件相同時，盡量選擇結(jié)構(gòu)從下往上沒有收縮或收縮較少的部位，便于施工電梯附著及人員進出塔樓。不宜與室內(nèi)電梯集中布置，以免運輸通道相互影響。施工電梯應(yīng)靠近所運材料的堆場，與塔式起重機吊運材料堆場分開。
3.1.2 核心筒外室內(nèi)電梯優(yōu)缺點分析及布置原則
1)優(yōu)點
施工電梯可以直接上到核心筒頂模系統(tǒng)，可以不占用永久電梯井道，施工電梯與永久電梯的轉(zhuǎn)換方便。
2)缺點
需在樓板上預(yù)留洞，需待施工電梯拆除后才能收口，對后期的機電安裝及裝飾工程影響大。如果把施工電梯全部布置在外框樓板，外框樓板需開過多的施工洞，對樓板結(jié)構(gòu)受力影響太大。
3)布置原則
核心筒外室內(nèi)電梯應(yīng)集中布置，以減少影響區(qū)域，減少收口數(shù)量，利于各專業(yè)的施工，同時盡量避開鋼梁。
3.1.3核心筒內(nèi)永久電梯井施工電梯的優(yōu)缺點分析及布置原則
1)優(yōu)點
在核心筒內(nèi)永久電梯井布置施工電梯，二次施工的工作內(nèi)容比較少，不影響外框結(jié)構(gòu)和幕墻施工。
2)缺點
永久電梯井道凈空尺寸較小，1臺標準雙籠電梯需要的空間至少為3. 4m×4m，永久電梯井道安裝不下，只能安裝非標小尺寸施工電梯，利用率不高，且會占用電梯井道造成永久電梯無法及時安裝，影響電梯井道部位磚墻砌筑，對施工進度有較大影響。施工電梯運行過程中還需要對井道進行通風(fēng)。
3)布置原則
在后期施工電梯與正式電梯轉(zhuǎn)換時，考慮到超高層高速正式電梯安裝時間比較長，容易對總體工期產(chǎn)生比較大的影響，施工電梯原則上不宜占用直達頂層的電梯井道。
3.2頂模（或爬模）施工需要布置室內(nèi)施工電梯
對于鋼結(jié)構(gòu)外框+混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系的塔樓，通常采用頂�；蚺滥Ｊ┕ぃ诵耐藏Q向結(jié)構(gòu)先于外框鋼結(jié)構(gòu)若干層，由于作業(yè)面存在高低差，應(yīng)在室內(nèi)布置至少2個梯籠專門負責(zé)核心筒豎向結(jié)構(gòu)施工人員的運輸。此外，對于核心筒外的樓蓋為鋼梁+組合樓板的塔樓，由于外框鋼結(jié)構(gòu)施工人員較多，宜在塔樓內(nèi)布置1~2個梯籠，負責(zé)外框鋼結(jié)構(gòu)施工人員的運輸。
3.3外立面不適宜布置施工電梯的情況
部分建筑的外立面不適宜布置施工電梯，如廣州珠江新城西塔外立面為中間粗、上下兩端細，外框斜交網(wǎng)格柱影響材料進出，且內(nèi)外筒之間連接鋼梁布置無規(guī)律，這兩個位置不宜布置施工電梯，因此在核心筒電梯井道內(nèi)設(shè)置施工電梯（見圖2）。國內(nèi)多個超高層項目采用這種布置方法，如上海中心、武漢綠地中心、沈陽寶能金融中心等。
3.4施工電梯豎向布置原則
3. 4.1劃分高中低區(qū)
為了減少電梯�？看螖�(shù)，可以把施工電梯服務(wù)區(qū)域劃分為低區(qū)、中區(qū)、高區(qū)。具體的區(qū)域劃分及電梯的分配應(yīng)根據(jù)項目進度動態(tài)調(diào)整，但總的原則是高區(qū)平均每個梯籠服務(wù)的樓層數(shù)小于低區(qū)。
3.4.2 分段安裝及提前拆除
由于施工電梯有設(shè)定的豎向服務(wù)區(qū)域，因此不必每臺電梯都從底到頂安裝。當施工電梯布置在室內(nèi)時，為減少結(jié)構(gòu)的二次施工以及機電和裝修等后續(xù)工作的開展，可考慮部分服務(wù)中高區(qū)的電梯基礎(chǔ)設(shè)置在樓層內(nèi)，一方面不必穿越非�？繕菍�，另一方面可以提前拆除中低區(qū)施工電梯。此外，甚至可以采用轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)的方法，將原設(shè)置在底部的施工電梯基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換至樓層內(nèi)，以便提前拆除下部非�？繕菍拥臉藴使�(jié)。
4 施工電梯基礎(chǔ)
通常地下1層需要用作材料堆場，所以施工電梯應(yīng)能下至地下1層，而基礎(chǔ)可安裝在地下2層或者地下室底板，如圖3所示。電梯安裝在樓層，則須作加固，優(yōu)先考慮結(jié)構(gòu)加固，如結(jié)構(gòu)加固不能滿足要求，則作回頂加固。如把電梯基礎(chǔ)安裝在地下室底板，則單體不停靠的樓層只需預(yù)留標準節(jié)洞口即可。
此外，若地下室需提前投入使用，可加設(shè)斜撐，并轉(zhuǎn)換電梯基礎(chǔ)，此做法已在廣州東塔項目成功應(yīng)用（見圖4）。
5 施工電梯特殊附墻方式
5.1 增設(shè)鋼架實現(xiàn)超長距離附墻
對于單層面積變化較大、立面下部大上部小的塔樓，外部電梯增加附墻鋼結(jié)構(gòu)，并搭設(shè)運輸通道。標準的電梯附墻架最長3. 6m，最長可訂做4.1m長的附墻架，因此當樓板與標準節(jié)距離超過4. 1m，需要增加附墻鋼結(jié)構(gòu)，并搭設(shè)運輸通道。這種附墻方式對結(jié)構(gòu)、機電、裝修影響小，運輸方便。電梯與結(jié)構(gòu)間距離過大時，要考慮的因素多，附墻鋼結(jié)構(gòu)受力工況復(fù)雜，且搭設(shè)的運輸通道長，安全不易保證，同時，附墻鋼結(jié)構(gòu)和搭設(shè)運輸通道費用高。
5.2 采用通道塔提高效率
采用施工電梯通道塔有如下優(yōu)點：①運輸通道集中，占用場地少；②隨材料運輸情況及時拆除中低走道，僅余3層一設(shè)的附墻，影響幕墻封閉區(qū)域少，對后續(xù)幕墻、裝修施工影響小，節(jié)約工期；③通道塔標準節(jié)可重復(fù)使用。然而，通道塔費用高，且設(shè)計風(fēng)速大的地區(qū)不利于通道塔施工。通道塔已在香港環(huán)球貿(mào)易廣場、天津117大廈使用（見圖5）。
5.3連接頂模（或爬模）掛架
通過采用加長型附墻，將施工電梯向外移出爬模架體外，使施工電梯能和爬模直接對接，并在爬模外架體上留設(shè)鋼質(zhì)安全門。采取此做法能安全快捷地將施工人員運至爬模架體上，同時在爬模提升后無需采取其他措施。此做法在廣州富力盈凱廣場項目成功應(yīng)用。施工電梯與架體無縫對接如圖6所示。
5.4 同步爬升平臺登頂模掛架
由于上頂�；蚺滥Ｆ脚_的施工電梯運輸壓力較大，且核心筒墻體通常多次變截面，導(dǎo)致施工電梯與墻體的距離相應(yīng)變化。因此，需在電梯出口處安裝與掛架架體脫離的獨立施工電梯鋼平臺，工作人員從頂模掛架下來后到達鋼平臺等待電梯，以緩解人員給架體帶來過大集中荷載。另外通過改變平臺的進深尺寸，以解決電梯與墻體距離的變化問題。液壓爬升平臺如圖7所示。
5.5 三塔合一直登頂模平臺
為滿足施工電梯直接運輸人員至最高工作平臺，結(jié)合頂模系統(tǒng)的設(shè)計特點（常規(guī)的爬模、滑模也存在此問題），施工電梯需要達到27m自由高度才能實現(xiàn)，為此，采取以下措施：①將3部施工電梯的標準節(jié)頂部27m高度范圍內(nèi)采用3道三角形鋼構(gòu)架連接成整體，連接形式便于周轉(zhuǎn)，3道鋼架隨電梯安裝高度依次向上周轉(zhuǎn)；②由于正式附墻設(shè)計2層1道，在頂模系統(tǒng)底部設(shè)置周轉(zhuǎn)臨時附墻，以最大限度降低電梯自由高度。
5.6雙標準節(jié)直登頂模平臺
常規(guī)施工電梯采用單標準節(jié)設(shè)計，平面外剛度弱，最大附著距離僅達到9m，但頂模系統(tǒng)外掛架底部至操作平臺的距離超過15m，常規(guī)電梯只能到達掛架底部，運輸效率低。雙標準節(jié)施工電梯主要通過運行標準節(jié)、連接架、輔助標準節(jié)、附墻架連接至建筑結(jié)構(gòu)，標準節(jié)通過連接架連接后，強度及穩(wěn)定性更高，輔助標準節(jié)通過特制的快拆臨時連接附墻同鋼平臺連接，穩(wěn)定性更高，確保施工電梯標準節(jié)附著間距達到20m，直達頂模平臺。廣州東塔施工電梯上下頂模平臺如圖8所示。
5.7 鋼框架附著直登頂模平臺
電梯需到達頂模系統(tǒng)平臺，可在平臺桁架下焊接剛度較大的鋼框架，鋼框架共設(shè)置為3節(jié)，下2節(jié)四面設(shè)計附墻滾輪，抵在四周剪力墻上以保證穩(wěn)定性，并供電梯附著，鋼框架四面可焊接搭設(shè)走道，供施工人員使用。施工電梯與頂模系統(tǒng)鋼框架附著立面如圖9所示。
6超高層施工電梯使用管理
6.1 分專業(yè)劃分電梯使用
在超高層建筑施工中，使用的施工電梯較多，涉及的專業(yè)及分包較多。為不造成管理混亂，在條件允許的情況下可以按專業(yè)劃分施工電梯的使用，如安排專用的單元幕墻板塊運輸電梯。這樣按需要合理地分配資源可避免各專業(yè)分包搶用施工電梯而造成資源利用率低下的情況。
6.2高峰期管理
上下班的時候是施工電梯的使用高峰期（早上6：30-8：30，下午5：00-7：00），期間有大量的人員需要運輸，若不及時把作業(yè)人員疏散，不但會造成誤工等情況，還有可能會造成安全隱患。因此在高峰期，施工電梯應(yīng)規(guī)定只能運輸人員，不得運輸貨物。
6.3專人提前計劃電梯使用時間
建筑施工中，涉及的專業(yè)及分包較多，為避免搶用施工電梯及管理混亂的情況，可以根據(jù)實際需要劃分各個專業(yè)的施工電梯使用時間。在每天下午5：00之前，應(yīng)有專人聯(lián)系協(xié)調(diào)各專業(yè)第2天使用施工電梯的時間，提高施工電梯施工效率。
6.4隔層�？抗芾�
由上面公式可以知道要加快施工電梯的運輸速率，通過減少施工電梯的�？繒r間是一個有效的辦法。而減少施工電梯的停靠時間其中最有效的一種方法就是隔層�？抗芾�。隔層�？抗芾砭褪窃谏舷掳嗟娜藛T運輸高峰期，施工電梯只在指定樓層�？俊�
在高峰期時，施工電梯可只在尾數(shù)為0，3，5，8的樓層�？�，這樣施工人員最多只需走1層即可到達施工電梯�？繕菍印Ｆ渲须娞莸淖蠡\只在尾數(shù)為0，5的樓層�？�，電梯的右籠只在尾數(shù)為3，8的樓層�？浚@樣施工電梯只需5層停1次，可大大減少施工電梯的�？繒r間，從而提高施工電梯的運輸效率。
7結(jié)語
1)施工電梯的選型、布置及數(shù)量不宜單獨確定，而應(yīng)該整體考慮，例如在電梯井內(nèi)布置的施工電梯尺寸小、數(shù)量多。
2)施工電梯的布置及附墻方式有多種，各有優(yōu)缺點，項目策劃時應(yīng)結(jié)合項目總體部署編制2~3個施工電梯方案，作技術(shù)經(jīng)濟對比，有時甚至沒有最優(yōu)解決方案，而需要決策者根據(jù)項目情況有所取舍。
3)施工電梯數(shù)量更精確的分析仍需大量實際工程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)供進一步分析。
4)在系統(tǒng)設(shè)計方面，直登頂模雙標準節(jié)施工電梯是一種源于高要求的創(chuàng)新設(shè)計思路，其雙標準節(jié)設(shè)計已用于其他對施工電梯有超大附著間距需求的工程。
5)合理的使用管理和大大提高施工電梯的運輸效率，是施工電梯應(yīng)用過程中的一個不可忽視的環(huán)節(jié)。
8[摘要]在超高層建筑施工中，垂直運輸?shù)暮诵哪繕耸前踩咝У貙⑷藛T和材料輸送至指定位置。施工電梯的選型、布置及數(shù)量不宜單獨確定，而應(yīng)該整體考慮，施工電梯的布置及附墻方式有多種，各有優(yōu)缺點，項目策劃時應(yīng)結(jié)合項目總體部署編制2~3個施工電梯方案，做技術(shù)經(jīng)濟對比，有時甚至沒有最優(yōu)解決方案，而需要決策者根據(jù)項目情況有所取舍。
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