層疊式模塊化預(yù)制混凝土電梯井設(shè)計(jì)研究與工程應(yīng)用*

劉 瓊，陳雄輝，陳 浩，2，侯雄信，王江營(yíng)，2

（1.湖南建工集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410004；2.長(zhǎng)沙市新型裝配式建筑技術(shù)創(chuàng)新中心，湖南 長(zhǎng)沙410004）

電梯是現(xiàn)代建筑必不可少的設(shè)備之一，許多專(zhuān)家對(duì)電梯井施工進(jìn)行了研究[1]。戴岳成[2]針對(duì)高層建筑電梯井施工存在空間狹小、工序復(fù)雜、施工風(fēng)險(xiǎn)大、人力物力投入多等不足之處，研發(fā)了一種電梯井自動(dòng)提升組合模板體系，可很好地改善現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)。田承堯等[3]結(jié)合滁州原創(chuàng)科技城高層項(xiàng)目，提出了可適用于電梯井施工的半自動(dòng)內(nèi)模板提升系統(tǒng)，對(duì)其14 個(gè)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并從安全、經(jīng)濟(jì)、適用等角度進(jìn)行了論證。吳麗青[4]針對(duì)電梯井改造建設(shè)需求，采用了梁、柱等結(jié)構(gòu)粘鋼加固方法，其具有成本低、速度快、效果好的特點(diǎn)。羅繼振等[5]為了降低高層建筑電梯井施工風(fēng)險(xiǎn)和建設(shè)成本，提升工作效率和質(zhì)量，采用了增設(shè)臨時(shí)混凝土薄板的工藝方法，并結(jié)合具體工程對(duì)其操作注意事項(xiàng)進(jìn)行了論述。

綜上所述可知，傳統(tǒng)框架、框架-剪力墻等結(jié)構(gòu)體系電梯井施工存在安全風(fēng)險(xiǎn)大、工程質(zhì)量低、施工速度慢、建設(shè)成本高、不利于節(jié)能環(huán)保等不足。此外，電梯設(shè)備一般在井道施工結(jié)束后才采購(gòu)，造成電梯召喚盒、層間顯示盒等留洞位置均需現(xiàn)場(chǎng)在磚砌井道或預(yù)制墻板井道上后期進(jìn)行開(kāi)洞處理，增加了現(xiàn)場(chǎng)工作量，并影響施工質(zhì)量。

為此，陳浩等[6]依托全國(guó)裝配式建筑科技創(chuàng)新基地和長(zhǎng)沙市新型裝配式建筑技術(shù)創(chuàng)新中心，基于模塊化裝配式建筑產(chǎn)品理念和混凝土配套結(jié)構(gòu)技術(shù)體系，研發(fā)了層疊式模塊化預(yù)制混凝土電梯井及其連接裝置[7]，本文將對(duì)這種新型預(yù)制混凝土電梯井的設(shè)計(jì)原理、連接方式及工程應(yīng)用進(jìn)行論述。

1 預(yù)制混凝土電梯井設(shè)計(jì)原理

1.1 預(yù)制混凝土電梯井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

預(yù)制混凝土電梯井受力原理類(lèi)似于體育器材-木質(zhì)“跳箱”，即根據(jù)建筑層高及吊裝重量限制等要求，將電梯井道在豎向分為2～3 節(jié)，每節(jié)之間采用企口構(gòu)造，從下至上、層層壘疊組成每個(gè)樓層完整的電梯井道，然后再與每個(gè)樓層支承其重量的樓面梁一起形成層疊式模塊化預(yù)制混凝土電梯井技術(shù)體系，如圖1 所示，圖中：1 吊孔、2 電梯井上節(jié)模塊、3 電梯井下節(jié)模塊、4 預(yù)留洞、5 樓面板、6樓面梁、7 波紋管、8 螺紋套筒。

圖1 預(yù)制混凝土電梯井設(shè)計(jì)原理圖

預(yù)制混凝土電梯井為非承重預(yù)制部件，它的主要作用是替代框架、框架-剪力墻等結(jié)構(gòu)體系中傳統(tǒng)磚砌或其他預(yù)制墻板電梯井道。

1.2 預(yù)制混凝土電梯井規(guī)格設(shè)計(jì)

工民建電梯根據(jù)用途可將其分為乘客電梯、載貨電梯、客貨電梯、住宅電梯、觀光電梯、病床電梯等類(lèi)型。電梯主要設(shè)計(jì)參數(shù)為額定載重量和額定速度，電梯井道尺寸需根據(jù)其型號(hào)來(lái)確定，通常電梯轎廂尺寸與其額定載重量成正比，即額定載重量越大電梯轎廂尺寸越大。電梯由于主機(jī)位置和繩輪布置的不同，其平衡裝置分為對(duì)重側(cè)置式和對(duì)重后置式，這兩類(lèi)電梯的井道長(zhǎng)、寬方向不同，對(duì)重側(cè)置式電梯平行門(mén)寬的方向是長(zhǎng)向，對(duì)重后置式電梯垂直門(mén)寬的方向是長(zhǎng)向?？芍?，電梯井道平面尺寸主要由額定載重量和平衡裝置布置方式共同決定。

綜合考慮建筑物層高、建筑面積、使用性質(zhì)、平面布局和電梯設(shè)備的額定載重量、平衡裝置布置方式等因素，可設(shè)計(jì)出不同序列的預(yù)制混凝土電梯井道標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)格，如表1 所示。表中，3560mm、3260mm、2960mm 三種井道高度分別對(duì)應(yīng)不同層高，井道筒體可為單筒、雙筒或多筒組合。

序列號(hào) 井道寬×深凈空(mm） 井道高度(mm）3560 60 系列 1700×1850 3260 2150×1550 2960 3560 80 系列 1850×2000 3260 2150×1950 2960... ... ...3560 200 系列 2550×2700 3260 2300×3150 2960

1.3 預(yù)制混凝土電梯井材料

預(yù)制混凝土電梯井在選擇材料時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。

（1）井道結(jié)構(gòu)應(yīng)具有整體性，工廠一次成型，滿足功能完整性要求。

（2）井道需具有一定強(qiáng)度，滿足運(yùn)輸、吊裝、安裝、錨固等要求。

（3）滿足隔音、防火、防水等性能指標(biāo)要求。

（4）材料可就地取材，滿足環(huán)保要求。

綜合考慮后，電梯井選用C30 普通混凝土。為減輕自重，井壁采用類(lèi)似“三明治墻體”做法，井壁厚200mm，中間填充80mm 厚XPS 擠塑聚苯板，同時(shí)還可起到隔音的作用，兩側(cè)每邊靠外側(cè)配置Ф6mm@200mm×200mm 單層鋼筋網(wǎng)，起到抗裂和增強(qiáng)整體性的作用；在預(yù)制混凝土電梯井道四角和電梯軌道安裝連接件的部位，預(yù)制混凝土電梯井道壁內(nèi)設(shè)置暗柱，保證預(yù)制混凝土電梯井道的整體性和電梯軌道安裝的便捷性和可靠性；每節(jié)預(yù)制混凝土電梯井道壁頂面四角預(yù)埋有底部帶孔吊裝錨釘H6000-3.0-65。

2 預(yù)制混凝土電梯井連接設(shè)置

圖2 為預(yù)制混凝土電梯井連接設(shè)置示意圖，圖中：1-8 與圖1 相同，9 砂漿、10 鋼筋、11 擠塑板、12 螺栓、13 連接件。由圖2 可知，其連接設(shè)置共有上、中、下三個(gè)部位，上部（圖2（a）A 處）是電梯井頂面與上樓面梁底部連接，中部（圖2（a）B 處）是上、下節(jié)電梯井連接，下部（圖2（a）C 處）是電梯井底面與下層樓面板頂部連接。

圖2 預(yù)制混凝土電梯井連接設(shè)置

預(yù)制混凝土電梯井頂面設(shè)置有20mm 厚難燃型聚苯板隔離層與上層樓面梁底面脫開(kāi)，采用后置錨固式拉結(jié)筋與上層樓面梁進(jìn)行拉結(jié)連接，既保證預(yù)制混凝土電梯井限位，又不改變主體結(jié)構(gòu)樓面梁受力特性，如圖2（b）所示。

上、下節(jié)預(yù)制混凝土電梯井之間采用企口構(gòu)造，結(jié)合面采用20mm 厚不低于M15 水泥砂漿層進(jìn)行粘接，并利用井壁內(nèi)側(cè)端部預(yù)埋的M16 螺紋鋼套筒，采用鍍鋅鋼板連接件和不銹鋼螺栓進(jìn)行連接固定，如圖2（c）、（d）所示。

預(yù)制混凝土電梯井直接擱置在下層樓面梁頂部，結(jié)合面采用20mm 厚不低于M15 水泥砂漿層調(diào)平和粘結(jié)，利用井壁內(nèi)側(cè)底部預(yù)埋的M16 螺紋鋼套筒，采用鍍鋅鋼板連接件和不銹鋼螺栓將下節(jié)電梯井與樓面梁進(jìn)行連接固定，保證二者之間不發(fā)生相對(duì)水平位移，如圖2（e）、（f）所示。

3 工程應(yīng)用

2020 年4~12 月，在湖南創(chuàng)意設(shè)計(jì)總部大廈項(xiàng)目A棟，安裝了層疊式模塊化預(yù)制混凝土電梯井，該棟建筑為裝配整體式框架剪力墻結(jié)構(gòu)，高59.5m，16 層，總建筑面積12525.20m2，整體裝配率79%。

現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝流程為：準(zhǔn)備工作→定位放線→井底坐漿→位置標(biāo)高復(fù)核→下節(jié)電梯井起吊→位置、標(biāo)高復(fù)核→位置、標(biāo)高確認(rèn)→下節(jié)電梯井安裝→上節(jié)電梯井安裝→摘鉤重復(fù)工序。

準(zhǔn)備工作環(huán)節(jié)，應(yīng)對(duì)樓面基層進(jìn)行清理、充分濕潤(rùn)，砂漿找平層采用1∶1 水泥砂漿，強(qiáng)度等級(jí)≥M20，厚度為20mm。根據(jù)縱橫向定位線實(shí)測(cè)復(fù)核平面位置，允許偏差為±5mm；根據(jù)標(biāo)高基準(zhǔn)線實(shí)測(cè)復(fù)核砂漿找平層頂面標(biāo)高，允許偏差為±3mm。在下節(jié)電梯井落位時(shí)，可使用撬棍調(diào)節(jié)電梯井位置，緩慢落位，用2m 靠尺和塞尺檢查內(nèi)腔四個(gè)方向的平整度，平整度控制在8mm 以內(nèi)。當(dāng)上、下兩節(jié)電梯井落位后，用批灰刀清理多余砂漿，抹平灰縫。

對(duì)于上節(jié)電梯井頂梁安裝，首先在上節(jié)電梯井頂面靠?jī)?nèi)鋪設(shè)180×20mm 阻燃型擠塑板，梁底支撐標(biāo)高調(diào)好后，將預(yù)制疊合梁吊裝安放在上井筒位置，使用撬棍調(diào)節(jié)預(yù)制梁位置，緩慢落位，用2m 靠尺和塞尺檢查內(nèi)腔四個(gè)方向的平整度，平整度控制在8mm 以內(nèi)，對(duì)于外側(cè)20mm 縫隙用M10 砂漿修補(bǔ)。圖3 所示為現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后的照片。

圖3 電梯井現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后照片

4 結(jié)論

（1）層疊式模塊化預(yù)制混凝土電梯井采用分節(jié)段整體預(yù)制，通過(guò)企口構(gòu)造及連接措施，提高了電梯井的整體性、施工工效及裝配式率，解決了傳統(tǒng)磚砌電梯井、現(xiàn)澆電梯井道施工質(zhì)量難以保證、安全風(fēng)險(xiǎn)高、工效低等不足之處。

（2）電梯井采用普通混凝土預(yù)制，井壁中內(nèi)嵌聚苯板，受力及預(yù)埋軌道部位采用實(shí)心混凝土，有效降低了預(yù)制混凝土電梯井重量及生產(chǎn)成本。

（3）電梯井與樓層樓板采用柔性連接，有效避免了電梯井安裝后對(duì)層間剛度的影響。