躍層電梯在超高層建筑施工中的應(yīng)用

屠春軍

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

1 工程概況

項(xiàng)目位于西南高海拔地區(qū)的省會城市市中心，擬建一棟高349 m的甲級寫字樓，地下4層、地上63層，總建筑面積約22.3萬 m2。塔樓為鋼混凝土框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)體系，鋼筋混凝土核心筒外圍為18根巨型柱，核心筒外框樓層板為鋼梁-壓型鋼板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，設(shè)3道桁架層。

本工程建設(shè)周期要求41個月，基礎(chǔ)筏板開始至主體結(jié)構(gòu)封頂29個月完成，封頂至竣工驗(yàn)收投入使用12個月。

本工程地下室單層面積約5 000 m2，地上標(biāo)準(zhǔn)層面積約3 200 m2，施工電梯共配置4臺雙籠電梯，其中1臺為地下室服務(wù)，1臺為核心筒服務(wù)，2臺為塔樓主體服務(wù)，另配置2臺躍層電梯為塔樓主體服務(wù)（圖1）。

圖1 臨時電梯平面布置示意

2 躍層電梯的概念

躍層電梯是在建設(shè)施工周期內(nèi)常規(guī)選用消防電梯井道作為臨時施工電梯，當(dāng)結(jié)構(gòu)封頂且電梯機(jī)房完工后，將新的電梯曳引機(jī)、控制柜等機(jī)房設(shè)備安裝在最終機(jī)房內(nèi)，更換相應(yīng)部件后即可轉(zhuǎn)換為建筑物的永久使用電梯。

躍層電梯應(yīng)用的理念：在工程建設(shè)前期，當(dāng)樓層處于低樓階段時，在永久消防電梯井道內(nèi)安裝電梯整套系統(tǒng)，利用自行爬升的臨時機(jī)房，每次跳躍若干層，即結(jié)構(gòu)樓板每上升若干樓層，電梯機(jī)房便向上跳躍一次。完成跳躍后，可以將電梯作為臨時施工電梯投入運(yùn)行。該安裝方式可與建筑高度同步遞增，特別適用于建筑工程施工周期較長的工程[1-6]。

每次躍層的樓層數(shù)根據(jù)各工程的需要自行確定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)跳躍樓層數(shù)以8～10層為最佳，此時躍層電梯的跳躍周期較為合理，且能保證過程中臨時電梯使用的最高效率。

3 躍層電梯安裝技術(shù)

3.1 躍層電梯的選擇與系統(tǒng)構(gòu)造

躍層電梯既作為建設(shè)周期時的臨時施工電梯，又作為建成后的永久電梯，其選擇必然需要與永久電梯進(jìn)行綜合考慮。常規(guī)情況下，考慮將為建筑物的整體服務(wù)樓層覆蓋范圍最多的電梯作為躍層電梯的首選。

本工程根據(jù)分析研究，最終確定消防電梯作為躍層電梯的首選，覆蓋范圍為地下室B4層～63層最高層（圖2）。躍層電梯的系統(tǒng)構(gòu)造如圖3所示。

圖2 躍層電梯的立面示意

圖3 躍層電梯系統(tǒng)構(gòu)造示意

3.2 躍層電梯的安裝流程

1）在臨時機(jī)房上層設(shè)置保護(hù)層，該保護(hù)層分為防墜板和防水板，因此要求至少在使用電梯的樓層以上5層設(shè)置保護(hù)層。防墜板設(shè)置在結(jié)構(gòu)的最頂層，采用承重型材料組裝，受力點(diǎn)依托在結(jié)構(gòu)本體上，主要目的是防止重物直接掉落砸傷破壞機(jī)房。防水板設(shè)置在結(jié)構(gòu)的第2層，采用非承重型防水材料，同時必須保證整體結(jié)構(gòu)防水防塵的密閉性，主要目的是防止雨污水、灰塵等通過結(jié)構(gòu)縫隙掉落機(jī)房，影響設(shè)備正常運(yùn)行。同時，也是安裝平臺的懸掛點(diǎn)和限速器安裝位置。

2）安裝平臺：在井道內(nèi)垂直移動，安裝導(dǎo)軌和廳門。在臨時機(jī)房提升前，將臨時機(jī)房起吊梁提升至預(yù)定位置。臨時機(jī)房起吊梁和隔離平臺用以提升臨時機(jī)房，且對井道實(shí)施隔離，將井道隔離為上部安裝區(qū)域和下部電梯運(yùn)行區(qū)域。控制柜、馬達(dá)、隨行電纜存儲裝置安裝于臨時機(jī)房內(nèi)。臨時機(jī)房帶自提升裝置，借助臨時機(jī)房起吊梁可自行提升（圖4）。

圖4 臨時機(jī)房設(shè)置示意

3）轎廂：為正式電梯的轎廂，但針對躍層電梯附加了反繩輪和限速器鋼絲繩存儲裝置。轎廂內(nèi)側(cè)采用臨時保護(hù)措施保護(hù)電梯內(nèi)側(cè)，廳門外側(cè)采取半永久防水、防塵措施，以免樓層污水垃圾等流入井道影響坑內(nèi)設(shè)備（圖5）。

圖5 電梯轎廂和廳門示意

4）臨時底坑平臺在安裝臨時機(jī)房和轎廂時使用，之后拆除。鋼絲繩存儲裝置位于B4和B3層廳門外，存儲曳引繩和補(bǔ)償繩（圖6）。

圖6 電梯儲備鋼絲繩

5）躍層電梯首次安裝完成后，向當(dāng)?shù)氐氖袌霰O(jiān)督管理局特設(shè)科申報(bào)改造，由當(dāng)?shù)氐奶胤N設(shè)備研究中心進(jìn)行驗(yàn)收。驗(yàn)收主要分為技術(shù)資料和電梯安全檢測，電梯安全檢測包含7大項(xiàng)，驗(yàn)收合格后發(fā)放使用證明。

3.3 躍層電梯的跳躍原理

躍層電梯自提防護(hù)裝置是將已完成的部分井道臨時封閉，利用塔吊或者提升梁設(shè)置吊點(diǎn)，并將2道保護(hù)層分別組裝在提升梁及固定梁上，再通過吊索提升躍層電梯的整體配件。

單次躍層完成后的電梯可在已封閉的井道覆蓋范圍樓層內(nèi)運(yùn)行，進(jìn)行施工材料、設(shè)備和人員等垂直運(yùn)輸，兼作施工電梯使用；待上部井道結(jié)構(gòu)完成一定數(shù)量的樓層，再次提升臨時保護(hù)層等進(jìn)行躍層，再次安裝調(diào)試運(yùn)行。以此類推，直至結(jié)構(gòu)封頂后，將臨時機(jī)房的設(shè)備提升轉(zhuǎn)換為永久性機(jī)房，更換相關(guān)磨損性配件，再次安裝與調(diào)試，即轉(zhuǎn)換為建筑物永久的使用電梯。

具體流程如下：

1）正常施工狀態(tài)下，由控制機(jī)房的固定梁將電梯整體固定于主結(jié)構(gòu)之上，電梯轎廂在曳引機(jī)房電機(jī)的動力下正常工作（圖7）。

圖7 跳躍流程1、2

2）提升前，躍層電梯停止使用，電梯仍通過控制機(jī)房的固定梁承載自身結(jié)構(gòu)質(zhì)量。此時，斷開提升梁與主結(jié)構(gòu)連接，利用上部設(shè)置和曳引機(jī)房的卷揚(yáng)機(jī)將提升梁提升至上部樓層。

3）提升梁提升至相應(yīng)樓層到位后，將其固定于主體結(jié)構(gòu)之上。

4）斷開控制機(jī)房固定梁與主體結(jié)構(gòu)的連接，利用已固定完成的提升梁和卷揚(yáng)機(jī)，反向以提升梁為支點(diǎn)，將控制機(jī)房、曳引機(jī)房、電梯轎廂提升到位（圖8）。

圖8 跳躍流程3、4

5）到達(dá)預(yù)定位置后，將控制機(jī)房固定梁與主體結(jié)構(gòu)連接，提升完成。

3.4 轉(zhuǎn)換至正式電梯

當(dāng)躍層電梯完成最后一次的跳躍后，先行拆除臨時機(jī)房起吊梁和隔離平臺、安裝平臺以及第2/3層保護(hù)板，再將正式電梯馬達(dá)、控制柜利用塔吊吊運(yùn)至屋面，再駁運(yùn)至機(jī)房內(nèi)。

在機(jī)房內(nèi)安裝完成馬達(dá)、控制柜之后，利用起重葫蘆將轎廂和對重懸掛在井道內(nèi)，然后依照躍層電梯安裝步驟反向順序，依次拆除鋼絲繩、隨行電纜、臨時馬達(dá)、臨時控制柜、臨時機(jī)房自提升裝置、隨行電纜存儲裝置、臨時機(jī)房。

在機(jī)房內(nèi)安裝正式鋼絲繩、正式隨行電纜，然后松開懸掛轎廂和對重的起重葫蘆，使轎廂和對重懸掛于正式鋼絲繩上。拆除井道和底坑內(nèi)臨時裝置和廳門口的鋼絲繩存儲裝置，最后安裝B4和B3層的廳門。

再次對所有部件進(jìn)行檢查，合格后開始調(diào)試和試運(yùn)行，通過政府驗(yàn)收后投入使用。

4 實(shí)施效果

4.1 轉(zhuǎn)換正式電梯的效果

本工程躍層電梯為達(dá)到更多周期內(nèi)作為臨時電梯使用的目的，根據(jù)施工數(shù)據(jù)以8～10層跳躍一次，后期超過10層以上可采取連續(xù)躍層連續(xù)驗(yàn)收的方式，以達(dá)到快速驗(yàn)收轉(zhuǎn)換為永久電梯的目的。

類似的超高層消防電梯安裝周期為6～7個月，而采用躍層電梯轉(zhuǎn)換成正式電梯僅需40～45 d，極大地加快了安裝進(jìn)度。

4.2 與臨時電梯的運(yùn)輸效能對比

躍層電梯運(yùn)行速度遠(yuǎn)高于臨時施工電梯（躍層電梯4 m/s，轉(zhuǎn)換為正式電梯后6 m/s，而臨時施工電梯僅1 m/s），運(yùn)輸效率高于臨時電梯，在上下班高峰期間尤為明顯。

實(shí)際使用過程中，在33～61層（高層區(qū)間）施工階段，躍層電梯白天作為施工人員運(yùn)輸專用梯，晚上作為材料運(yùn)輸專用梯，極大提高了塔樓垂直運(yùn)輸效率，如表1、表2所示。

表1 高峰期運(yùn)輸容量與效率統(tǒng)計(jì)對比

表2 電梯功能性對比

4.3 躍層電梯的管理措施

1）本項(xiàng)目共有2臺躍層電梯，第2臺電梯的躍升須安排在第1臺電梯完成躍升后7 d內(nèi)執(zhí)行；第2臺電梯開始躍升時，第1臺電梯必須已完成躍升，達(dá)到使用的階段。每臺躍層電梯的躍升在36 h內(nèi)完成，躍升安排在周末執(zhí)行，盡量避免影響建設(shè)工期。

2）在塔樓建設(shè)到10層時，即可移交電梯井道并開始電梯安裝工作，待電梯安裝完畢并通過驗(yàn)收后即可投入使用。在建設(shè)過程中，躍層電梯可跟隨塔樓高度往上提升，滿足塔樓垂直運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

3）在塔樓封頂后，躍層電梯僅需一個多月的調(diào)整安裝，即轉(zhuǎn)換為正式永久電梯投入使用。相比傳統(tǒng)的永久電梯安裝方式，安裝時間大大縮短。

4）本工程2臺躍層電梯自從2017年12月投入使用以來，在現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下已連續(xù)安全運(yùn)行21個月（其中，躍層時間階段12個月，永久電梯9個月），并保障塔樓于2019年9月順利實(shí)現(xiàn)竣工驗(yàn)收，為塔樓的垂直運(yùn)輸方面做出了巨大貢獻(xiàn)。

5）制定躍層電梯可運(yùn)輸材料的進(jìn)場計(jì)劃，采取分區(qū)段晝夜合理化運(yùn)輸，濕作業(yè)材料、大型材料原則上在外圍臨時施工電梯拆除前提前進(jìn)場。

6）躍層電梯自帶臨時電梯管理系統(tǒng)，根據(jù)工程需要由管理方對電梯運(yùn)行樓層等進(jìn)行控制，避免人為因素的干擾，可采取單雙號或低高區(qū)等分區(qū)管理，極大提高電梯運(yùn)行效率。

5 躍層電梯的應(yīng)用前景

躍層作為一種新型的電梯安裝技術(shù)，不受任何氣候影響，在使用過程中具有更高的施工效率和更便利的施工運(yùn)輸。在主體結(jié)構(gòu)封頂后，可快速從臨時電梯轉(zhuǎn)換到建筑永久電梯，而高層建筑中電梯安裝時間往往占用安裝周期最長，與常規(guī)方法相比，可節(jié)約6個月的建設(shè)工期。

躍層電梯越早投入使用，使臨時電梯越早具備拆除的條件，為塔樓外墻完整封閉創(chuàng)造了先決條件，也為工程提前整體竣工奠定基礎(chǔ)。

躍層電梯的安裝技術(shù)理念是專為建筑工程施工周期較長、用戶急需電梯投入運(yùn)行、竣工營業(yè)周期較短等要求而設(shè)計(jì)的，雖然相對投入設(shè)備成本較高，但間接達(dá)到降低建設(shè)成本、節(jié)約工期、加快投資回報(bào)的目的。