一种超高层建筑施工电梯关键技术

 作者郑晓敏              

   本文将从施工电梯选型、数量、布置、基础、附墙、使用等方面全面分析超高层建筑施工电梯关键技术。

1  施工电梯选型

  电梯的选型主要包括梯笼尺寸、载重、速度、单笼或双笼这4个参数的选择。

1.1  梯笼尺寸的影响因素

  施工电梯梯笼尺寸主要受所运材料的尺寸和建筑结构的影响。施工电梯梯笼有多种尺寸，正常情况下，宜优先选用标准尺寸，即3. 2m×1.5m×2. 5m的梯笼。超高层建筑多采用单元式幕墙，幕墙单元板块为工厂预制，不可切分，数量多且易损，适宜采用施工电梯运输，而超长超大的玻璃板块采用塔式起重机等其他设备进行吊运。单元式幕墙板块高度同建筑层高，因此单元式幕墙板块为施工电梯所运单件最大的材料，梯笼尺寸应满足幕墙板块运输要求。

  以广州东塔为例，办公区标准层幕墙单元板块高度4 500mm，运输玻璃板块的电梯笼要求比玻璃板块长200~ 300mm，因此，选择长度4 800mm的梯笼运输幕墙板块。目前最长的梯笼4 800mm，若订做更长的梯笼，则稳定性较差，电梯厂家建议采用3. 2m×1.5m×5.5m（长×宽×高）的梯笼，稳定性较好。

  若电梯布置于塔楼内部，则梯笼尺寸还受建筑结构影响。布置在核心筒和外框之间的电梯，应选择合适尺寸，尽量避免或减少与结构梁的冲突。电梯井道内的施工电梯尺寸受电梯井道限制。

1.2  载重的影响因素

  施工电梯的载重受最重的不可拆分材料影响，即单元式幕墙板块（大型机电设备可用塔式起重机吊运）。标准层按3.7~4. 7m考虑，单块板块重约800—1 200kg，对于有运输幕墙单元板块任务的电梯，为提高运输效率，单次运输2块单元板块，载重量宜选择2 700kg。除此以外，常规施工电梯载重量为2 000kg。

1.3速度的影响因素

  施工电梯常用的速度有低速( 33 m/min)、中速( 63 m/min)和高速(96m/min)。对于超高层施工，为提高运输效率，应优先选择高速施工电梯。最近国内已有厂家研制出120m/min的超高速施工电梯。

2  施工电梯数量

2.1  电梯数量影响因素

  影响施工电梯数量的因素有：工人数量、材料运次、电梯运行1周时间、电梯额定载客量及载重量、满载率、每天限制的运输时间等。而电梯运行1周时间受建筑高度、电梯速度、可停层数、停层次数、每梯次载客量、开门时间、工人进出时间、不确定因素损失时间等因素影响。

2.2基本计算思路

  施工电梯数量的确定采用“预设复验”的方法，即先按经验公式初步计算所需施工电梯的总数，做平面及立面的具体规划后，再按估算的人数及材料量，详细复核施工电梯各阶段的运输能力。

2.3具体分析方法

2.3.1  粗算法初步计算施工电梯数量

  粗算法经验公式可由塔楼顶层结构标高、塔楼总建筑面积、地上层数、从塔楼地下室封顶至塔楼竣工的计划工期这几个参数初步估算出所需施工电梯梯笼个数。计算得出的梯笼个数为从底到顶贯通的标准梯笼个数，如按工程实际需要设置上下接驳电梯、特殊尺寸电梯等，则需对梯笼个数作相应调整。一些超高层施工电梯案例如表1所示，此处所述的“梯笼个数”是指有效个数，接驳的电梯不计算在内。超高层实际使用梯笼个数与粗算个数对比如图1所示。

2.3.2精算法复核运输能力

  采用经验公式初步计算出梯笼个数后，应做具体的施工电梯规划方案，并验算各阶段的运输能力。

  1)本阶段人员运输基本公式及评判标准

第i个梯笼2h内输送人数：

全部梯笼2h内输送人数应满足：

式中：R i为第i个梯笼2h内输送人数；r i为第i个梯笼的额定人数；k i为电梯定员系数(通常取0.8)；A为本阶段电梯使用总人数。R i由电梯运行时间、开关门时间、人员进出时间、损失时间、满载率、额定载客量、施工电梯额定速度、本阶段建筑高度、可停靠层数计算得出。

  2)本阶段材料运输基本公式及评判标准

第j类材料平均每天运输时间：

式中：c j为第j类材料运输次数；RTT j为第j类材料运输1周时间；m为梯笼个数。

  考虑每天运输材料时间为12h，各类材料平均

每天运输时间之和应满足：

3  施工电梯布置

3.1施工电梯平面布置位置优缺点分析及布置原则

  超高层施工电梯的布置包括室外电梯和室内电梯，其中室内电梯又分为在核心筒外布置和在核心筒内永久电梯井布置2种。

3.1.1  室外电梯优缺点分析及布置原则

  1)优点

  室外电梯可以不占用永久电梯井道，能满足布置较大尺寸施工电梯所需空间要求，满足施工需要，布置较为灵活，对结构受力没影响，施工电梯与永久电梯的转换方便。

  2)缺点

  室外电梯影响幕墙收口，进而影响室内装修等收尾。

  3)布置原则

  电梯部位的玻璃幕墙无法收口，该区域范围内的玻璃幕墙、室内初装修及精装修等均无法施工，因此，室外电梯应集中布置，以减少幕墙收口部位。在外部条件相同时，尽量选择结构从下往上没有收缩或收缩较少的部位，便于施工电梯附着及人员进出塔楼。不宜与室内电梯集中布置，以免运输通道相互影响。施工电梯应靠近所运材料的堆场，与塔式起重机吊运材料堆场分开。

3.1.2  核心筒外室内电梯优缺点分析及布置原则

  1)优点

  施工电梯可以直接上到核心筒顶模系统，可以不占用永久电梯井道，施工电梯与永久电梯的转换方便。

  2)缺点

  需在楼板上预留洞，需待施工电梯拆除后才能收口，对后期的机电安装及装饰工程影响大。如果把施工电梯全部布置在外框楼板，外框楼板需开过多的施工洞，对楼板结构受力影响太大。

  3)布置原则

  核心筒外室内电梯应集中布置，以减少影响区域，减少收口数量，利于各专业的施工，同时尽量避开钢梁。

3.1.3核心筒内永久电梯井施工电梯的优缺点分析及布置原则

  1)优点

  在核心筒内永久电梯井布置施工电梯，二次施工的工作内容比较少，不影响外框结构和幕墙施工。

  2)缺点

  永久电梯井道净空尺寸较小，1台标准双笼电梯需要的空间至少为3. 4m×4m，永久电梯井道安装不下，只能安装非标小尺寸施工电梯，利用率不高，且会占用电梯井道造成永久电梯无法及时安装，影响电梯井道部位砖墙砌筑，对施工进度有较大影响。施工电梯运行过程中还需要对井道进行通风。

  3)布置原则

  在后期施工电梯与正式电梯转换时，考虑到超高层高速正式电梯安装时间比较长，容易对总体工期产生比较大的影响，施工电梯原则上不宜占用直达顶层的电梯井道。

3.2顶模（或爬模）施工需要布置室内施工电梯

  对于钢结构外框+混凝土核心筒结构体系的塔楼，通常采用顶模或爬模施工，核心筒竖向结构先于外框钢结构若干层，由于作业面存在高低差，应在室内布置至少2个梯笼专门负责核心筒竖向结构施工人员的运输。此外，对于核心筒外的楼盖为钢梁+组合楼板的塔楼，由于外框钢结构施工人员较多，宜在塔楼内布置1~2个梯笼，负责外框钢结构施工人员的运输。

3.3外立面不适宜布置施工电梯的情况

  部分建筑的外立面不适宜布置施工电梯，如广州珠江新城西塔外立面为中间粗、上下两端细，外框斜交网格柱影响材料进出，且内外筒之间连接钢梁布置无规律，这两个位置不宜布置施工电梯，因此在核心筒电梯井道内设置施工电梯（见图2）。国内多个超高层项目采用这种布置方法，如上海中心、武汉绿地中心、沈阳宝能金融中心等。

3.4施工电梯竖向布置原则

3. 4.1划分高中低区

  为了减少电梯停靠次数，可以把施工电梯服务区域划分为低区、中区、高区。具体的区域划分及电梯的分配应根据项目进度动态调整，但总的原则是高区平均每个梯笼服务的楼层数小于低区。

3.4.2  分段安装及提前拆除

  由于施工电梯有设定的竖向服务区域，因此不必每台电梯都从底到顶安装。当施工电梯布置在室内时，为减少结构的二次施工以及机电和装修等后续工作的开展，可考虑部分服务中高区的电梯基础设置在楼层内，一方面不必穿越非停靠楼层，另一方面可以提前拆除中低区施工电梯。此外，甚至可以采用转换基础的方法，将原设置在底部的施工电梯基础转换至楼层内，以便提前拆除下部非停靠楼层的标准节。

4  施工电梯基础

  通常地下1层需要用作材料堆场，所以施工电梯应能下至地下1层，而基础可安装在地下2层或者地下室底板，如图3所示。电梯安装在楼层，则须作加固，优先考虑结构加固，如结构加固不能满足要求，则作回顶加固。如把电梯基础安装在地下室底板，则单体不停靠的楼层只需预留标准节洞口即可。

  此外，若地下室需提前投入使用，可加设斜撑，并转换电梯基础，此做法已在广州东塔项目成功应用（见图4）。

5  施工电梯特殊附墙方式

5.1  增设钢架实现超长距离附墙

  对于单层面积变化较大、立面下部大上部小的塔楼，外部电梯增加附墙钢结构，并搭设运输通道。标准的电梯附墙架最长3. 6m，最长可订做4.1m长的附墙架，因此当楼板与标准节距离超过4. 1m，需要增加附墙钢结构，并搭设运输通道。这种附墙方式对结构、机电、装修影响小，运输方便。电梯与结构间距离过大时，要考虑的因素多，附墙钢结构受力工况复杂，且搭设的运输通道长，安全不易保证，同时，附墙钢结构和搭设运输通道费用高。

5.2  采用通道塔提高效率

  采用施工电梯通道塔有如下优点：①运输通道集中，占用场地少；②随材料运输情况及时拆除中低走道，仅余3层一设的附墙，影响幕墙封闭区域少，对后续幕墙、装修施工影响小，节约工期；③通道塔标准节可重复使用。然而，通道塔费用高，且设计风速大的地区不利于通道塔施工。通道塔已在香港环球贸易广场、天津117大厦使用（见图5）。

5.3连接顶模（或爬模）挂架

  通过采用加长型附墙，将施工电梯向外移出爬模架体外，使施工电梯能和爬模直接对接，并在爬模外架体上留设钢质安全门。采取此做法能安全快捷地将施工人员运至爬模架体上，同时在爬模提升后无需采取其他措施。此做法在广州富力盈凯广场项目成功应用。施工电梯与架体无缝对接如图6所示。

5.4  同步爬升平台登顶模挂架

  由于上顶模或爬模平台的施工电梯运输压力较大，且核心筒墙体通常多次变截面，导致施工电梯与墙体的距离相应变化。因此，需在电梯出口处安装与挂架架体脱离的独立施工电梯钢平台，工作人员从顶模挂架下来后到达钢平台等待电梯，以缓解人员给架体带来过大集中荷载。另外通过改变平台的进深尺寸，以解决电梯与墙体距离的变化问题。液压爬升平台如图7所示。

5.5  三塔合一直登顶模平台

  为满足施工电梯直接运输人员至最高工作平台，结合顶模系统的设计特点（常规的爬模、滑模也存在此问题），施工电梯需要达到27m自由高度才能实现，为此，采取以下措施：①将3部施工电梯的标准节顶部27m高度范围内采用3道三角形钢构架连接成整体，连接形式便于周转，3道钢架随电梯安装高度依次向上周转；②由于正式附墙设计2层1道，在顶模系统底部设置周转临时附墙，以最大限度降低电梯自由高度。

5.6双标准节直登顶模平台

  常规施工电梯采用单标准节设计，平面外刚度弱，最大附着距离仅达到9m，但顶模系统外挂架底部至操作平台的距离超过15m，常规电梯只能到达挂架底部，运输效率低。双标准节施工电梯主要通过运行标准节、连接架、辅助标准节、附墙架连接至建筑结构，标准节通过连接架连接后，强度及稳定性更高，辅助标准节通过特制的快拆临时连接附墙同钢平台连接，稳定性更高，确保施工电梯标准节附着间距达到20m，直达顶模平台。广州东塔施工电梯上下顶模平台如图8所示。

5.7  钢框架附着直登顶模平台

  电梯需到达顶模系统平台，可在平台桁架下焊接刚度较大的钢框架，钢框架共设置为3节，下2节四面设计附墙滚轮，抵在四周剪力墙上以保证稳定性，并供电梯附着，钢框架四面可焊接搭设走道，供施工人员使用。施工电梯与顶模系统钢框架附着立面如图9所示。

6超高层施工电梯使用管理

6.1  分专业划分电梯使用

  在超高层建筑施工中，使用的施工电梯较多，涉及的专业及分包较多。为不造成管理混乱，在条件允许的情况下可以按专业划分施工电梯的使用，如安排专用的单元幕墙板块运输电梯。这样按需要合理地分配资源可避免各专业分包抢用施工电梯而造成资源利用率低下的情况。

6.2高峰期管理

  上下班的时候是施工电梯的使用高峰期（早上6：30-8：30，下午5：00-7：00），期间有大量的人员需要运输，若不及时把作业人员疏散，不但会造成误工等情况，还有可能会造成安全隐患。因此在高峰期，施工电梯应规定只能运输人员，不得运输货物。

6.3专人提前计划电梯使用时间

  建筑施工中，涉及的专业及分包较多，为避免抢用施工电梯及管理混乱的情况，可以根据实际需要划分各个专业的施工电梯使用时间。在每天下午5：00之前，应有专人联系协调各专业第2天使用施工电梯的时间，提高施工电梯施工效率。

  6.4隔层停靠管理

  由上面公式可以知道要加快施工电梯的运输速率，通过减少施工电梯的停靠时间是一个有效的办法。而减少施工电梯的停靠时间其中最有效的一种方法就是隔层停靠管理。隔层停靠管理就是在上下班的人员运输高峰期，施工电梯只在指定楼层停靠。

  在高峰期时，施工电梯可只在尾数为0，3，5，8的楼层停靠，这样施工人员最多只需走1层即可到达施工电梯停靠楼层。其中电梯的左笼只在尾数为0，5的楼层停靠，电梯的右笼只在尾数为3，8的楼层停靠，这样施工电梯只需5层停1次，可大大减少施工电梯的停靠时间，从而提高施工电梯的运输效率。

  7结语

  1)施工电梯的选型、布置及数量不宜单独确定，而应该整体考虑，例如在电梯井内布置的施工电梯尺寸小、数量多。

  2)施工电梯的布置及附墙方式有多种，各有优缺点，项目策划时应结合项目总体部署编制2~3个施工电梯方案，作技术经济对比，有时甚至没有最优解决方案，而需要决策者根据项目情况有所取舍。

  3)施工电梯数量更精确的分析仍需大量实际工程的基础数据供进一步分析。

  4)在系统设计方面，直登顶模双标准节施工电梯是一种源于高要求的创新设计思路，其双标准节设计已用于其他对施工电梯有超大附着间距需求的工程。

5)合理的使用管理和大大提高施工电梯的运输效率，是施工电梯应用过程中的一个不可忽视的环节。

8[摘要]在超高层建筑施工中，垂直运输的核心目标是安全高效地将人员和材料输送至指定位置。施工电梯的选型、布置及数量不宜单独确定，而应该整体考虑，施工电梯的布置及附墙方式有多种，各有优缺点，项目策划时应结合项目总体部署编制2~3个施工电梯方案，做技术经济对比，有时甚至没有最优解决方案，而需要决策者根据项目情况有所取舍。