层叠式模块化预制混凝土电梯井设计研究与工程应用*

2022-01-14陈雄辉侯雄信王江营

科技创新与应用 2022年2期

刘琼，陈雄辉，陈浩，2，侯雄信，王江营，2

（1.湖南建工集团有限公司，湖南长沙410004；2.长沙市新型装配式建筑技术创新中心，湖南长沙410004）

电梯是现代建筑必不可少的设备之一，许多专家对电梯井施工进行了研究[1]。戴岳成[2]针对高层建筑电梯井施工存在空间狭小、工序复杂、施工风险大、人力物力投入多等不足之处，研发了一种电梯井自动提升组合模板体系，可很好地改善现场施工作业。田承尧等[3]结合滁州原创科技城高层项目，提出了可适用于电梯井施工的半自动内模板提升系统，对其14 个技术要点进行了详细介绍，并从安全、经济、适用等角度进行了论证。吴丽青[4]针对电梯井改造建设需求，采用了梁、柱等结构粘钢加固方法，其具有成本低、速度快、效果好的特点。罗继振等[5]为了降低高层建筑电梯井施工风险和建设成本，提升工作效率和质量，采用了增设临时混凝土薄板的工艺方法，并结合具体工程对其操作注意事项进行了论述。

综上所述可知，传统框架、框架-剪力墙等结构体系电梯井施工存在安全风险大、工程质量低、施工速度慢、建设成本高、不利于节能环保等不足。此外，电梯设备一般在井道施工结束后才采购，造成电梯召唤盒、层间显示盒等留洞位置均需现场在砖砌井道或预制墙板井道上后期进行开洞处理，增加了现场工作量，并影响施工质量。

为此，陈浩等[6]依托全国装配式建筑科技创新基地和长沙市新型装配式建筑技术创新中心，基于模块化装配式建筑产品理念和混凝土配套结构技术体系，研发了层叠式模块化预制混凝土电梯井及其连接装置[7]，本文将对这种新型预制混凝土电梯井的设计原理、连接方式及工程应用进行论述。

1 预制混凝土电梯井设计原理

1.1 预制混凝土电梯井结构设计

预制混凝土电梯井受力原理类似于体育器材-木质“跳箱”，即根据建筑层高及吊装重量限制等要求，将电梯井道在竖向分为2～3 节，每节之间采用企口构造，从下至上、层层垒叠组成每个楼层完整的电梯井道，然后再与每个楼层支承其重量的楼面梁一起形成层叠式模块化预制混凝土电梯井技术体系，如图1 所示，图中：1 吊孔、2 电梯井上节模块、3 电梯井下节模块、4 预留洞、5 楼面板、6楼面梁、7 波纹管、8 螺纹套筒。

图1 预制混凝土电梯井设计原理图

预制混凝土电梯井为非承重预制部件，它的主要作用是替代框架、框架-剪力墙等结构体系中传统砖砌或其他预制墙板电梯井道。

1.2 预制混凝土电梯井规格设计

工民建电梯根据用途可将其分为乘客电梯、载货电梯、客货电梯、住宅电梯、观光电梯、病床电梯等类型。电梯主要设计参数为额定载重量和额定速度，电梯井道尺寸需根据其型号来确定，通常电梯轿厢尺寸与其额定载重量成正比，即额定载重量越大电梯轿厢尺寸越大。电梯由于主机位置和绳轮布置的不同，其平衡装置分为对重侧置式和对重后置式，这两类电梯的井道长、宽方向不同，对重侧置式电梯平行门宽的方向是长向，对重后置式电梯垂直门宽的方向是长向。可知，电梯井道平面尺寸主要由额定载重量和平衡装置布置方式共同决定。

综合考虑建筑物层高、建筑面积、使用性质、平面布局和电梯设备的额定载重量、平衡装置布置方式等因素，可设计出不同序列的预制混凝土电梯井道标准化规格，如表1 所示。表中，3560mm、3260mm、2960mm 三种井道高度分别对应不同层高，井道筒体可为单筒、双筒或多筒组合。

序列号井道宽×深净空(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 预制混凝土电梯井材料

预制混凝土电梯井在选择材料时，应考虑以下几点。

（1）井道结构应具有整体性，工厂一次成型，满足功能完整性要求。

（2）井道需具有一定强度，满足运输、吊装、安装、锚固等要求。

（3）满足隔音、防火、防水等性能指标要求。

（4）材料可就地取材，满足环保要求。

综合考虑后，电梯井选用C30 普通混凝土。为减轻自重，井壁采用类似“三明治墙体”做法，井壁厚200mm，中间填充80mm 厚XPS 挤塑聚苯板，同时还可起到隔音的作用，两侧每边靠外侧配置Ф6mm@200mm×200mm 单层钢筋网，起到抗裂和增强整体性的作用；在预制混凝土电梯井道四角和电梯轨道安装连接件的部位，预制混凝土电梯井道壁内设置暗柱，保证预制混凝土电梯井道的整体性和电梯轨道安装的便捷性和可靠性；每节预制混凝土电梯井道壁顶面四角预埋有底部带孔吊装锚钉H6000-3.0-65。

2 预制混凝土电梯井连接设置

图2 为预制混凝土电梯井连接设置示意图，图中：1-8 与图1 相同，9 砂浆、10 钢筋、11 挤塑板、12 螺栓、13 连接件。由图2 可知，其连接设置共有上、中、下三个部位，上部（图2（a）A 处）是电梯井顶面与上楼面梁底部连接，中部（图2（a）B 处）是上、下节电梯井连接，下部（图2（a）C 处）是电梯井底面与下层楼面板顶部连接。

图2 预制混凝土电梯井连接设置

预制混凝土电梯井顶面设置有20mm 厚难燃型聚苯板隔离层与上层楼面梁底面脱开，采用后置锚固式拉结筋与上层楼面梁进行拉结连接，既保证预制混凝土电梯井限位，又不改变主体结构楼面梁受力特性，如图2（b）所示。

上、下节预制混凝土电梯井之间采用企口构造，结合面采用20mm 厚不低于M15 水泥砂浆层进行粘接，并利用井壁内侧端部预埋的M16 螺纹钢套筒，采用镀锌钢板连接件和不锈钢螺栓进行连接固定，如图2（c）、（d）所示。

预制混凝土电梯井直接搁置在下层楼面梁顶部，结合面采用20mm 厚不低于M15 水泥砂浆层调平和粘结，利用井壁内侧底部预埋的M16 螺纹钢套筒，采用镀锌钢板连接件和不锈钢螺栓将下节电梯井与楼面梁进行连接固定，保证二者之间不发生相对水平位移，如图2（e）、（f）所示。

3 工程应用

2020 年4~12 月，在湖南创意设计总部大厦项目A栋，安装了层叠式模块化预制混凝土电梯井，该栋建筑为装配整体式框架剪力墙结构，高59.5m，16 层，总建筑面积12525.20m2，整体装配率79%。

现场安装工艺流程为：准备工作→定位放线→井底坐浆→位置标高复核→下节电梯井起吊→位置、标高复核→位置、标高确认→下节电梯井安装→上节电梯井安装→摘钩重复工序。

准备工作环节，应对楼面基层进行清理、充分湿润，砂浆找平层采用1∶1 水泥砂浆，强度等级≥M20，厚度为20mm。根据纵横向定位线实测复核平面位置，允许偏差为±5mm；根据标高基准线实测复核砂浆找平层顶面标高，允许偏差为±3mm。在下节电梯井落位时，可使用撬棍调节电梯井位置，缓慢落位，用2m 靠尺和塞尺检查内腔四个方向的平整度，平整度控制在8mm 以内。当上、下两节电梯井落位后，用批灰刀清理多余砂浆，抹平灰缝。

对于上节电梯井顶梁安装，首先在上节电梯井顶面靠内铺设180×20mm 阻燃型挤塑板，梁底支撑标高调好后，将预制叠合梁吊装安放在上井筒位置，使用撬棍调节预制梁位置，缓慢落位，用2m 靠尺和塞尺检查内腔四个方向的平整度，平整度控制在8mm 以内，对于外侧20mm 缝隙用M10 砂浆修补。图3 所示为现场安装完成后的照片。