建筑电梯井道施工防护设备研发与应用

赵 涛

甘肃第七建设集团股份有限公司 甘肃 兰州 730000

随着社会经济的高速发展，居民住宅及公共建筑高度不断攀升，施工的难度也不断增加，高层及超高层建筑的安全防护也逐渐成为了建筑工程中又一主要难题。

在高层及超高层建筑施工中，电梯井道施工作业过程中，安全防护措施、质量管理控制、施工进度是影响项目整体的三大要素。然而，由于电梯井道的特殊位置及其安全、质量控制的特殊性，电梯井道的防护一直是施工难点、安全控制难点、事故高发点，进而成为许多建筑施工企业安全防护的控制重点。

目前，国内高层建筑电梯井道已出现了多种施工设备，但是大多数施工企业仍采用传统的方法进行施工，在施工过程中存在安全防护困难、安全性较差、人工成本高、施工效率低、模板支设困难等一系列问题。

本文针对兰州市某建筑工程，提出了一种施工速度快，操作方便、快捷，具有防护功能且能为模板提供支撑，模板拆除便捷的高层电梯井施工设备——高层电梯井顶升模架体系，并对其研发过程、研发内容以及应用效果进行了详细介绍，为国内高层建筑电梯井道施工防护设备的研发与应用提供了参考。

1 工程概况

中海海富房地产开发有限公司项目建设地点位于兰州市七里河区民乐路以北，兰州市西客站以南。本工程分为东西2个地块，西地块由2栋二类高层住宅楼、4栋一类高层住宅楼、1栋商业及大底盘地下车库组成；东地块由2栋二类高层住宅楼、5栋一类高层住宅楼、1栋幼儿园及大底盘地下车库组成。

本项目工程1#楼使用高层电梯井顶升模架体系。1#楼建筑主体高度为99.80 m，地上31层，1层层高为3.10 m，2～31层层高为2.9 m，建筑高度99.80 m，地下2层，地下1层层高为5.7 m，地下2层层高为3.5 m。

建筑定性为一类高层住宅和公建组合建筑。1#楼总建筑面积27 835.71 m2，其中地上建筑面积25 642.10 m2，地下建筑面积2 193.61 m2。1#楼设置消防电梯和普通电梯，详细数据如表1所示。

表1 项目工程1#楼电梯设置明细

2 高层电梯井顶升模架体系简介

高层电梯井顶升模架体系是一种新型施工防护设备，将液压提升系统、智能控制系统、模板体系、防护装置灵活地连接为一个整体。模板安装、拆除时无需单独拆除，可随液压提升系统整体提升[1-2]。

高层电梯井顶升模架体系随建筑物的主体施工逐层进行爬升，爬升过程中稳定性强，模板安拆方便、快捷，可实现安全、快捷的施工理念。有效杜绝传统高层建筑电梯井道内剪力墙模板施工和安全防护的弊端，实现了高层建筑电梯井道内剪力墙机械化、智能化施工，提高了施工的安全性与可靠性。

高层电梯井顶升模架体系分为上、下2个部分，包括底部支撑机构、竖向液压装置、上部支撑机构、模板支撑装置和控制系统等机构，底部支撑机构和上部支撑机构之间通过竖向液压装置连接，竖向液压装置用于顶升上部支撑机构及提升底部支撑机构，上部支撑机构的顶部设置模板支撑装置用于模板的支设，模板安装在模板支撑装置外周并可以进行拆卸，适用于多种材质的模板，竖向液压装置、上部支撑机构和底部支撑机构形成联动系统并采用电动控制系统进行控制。

3 高层电梯井顶升模架体系构成

高层电梯井顶升模架体系主要由主体结构、液压系统、模板系统、控制系统、安全防护装置这5个部分组成。高层电梯井顶升模架体系结构如图1所示。

图1 高层电梯井顶升模架体系结构示意

3.1 主体结构

高层电梯井顶升模架体系主体结构包括底部支撑结构、上部支撑结构、竖向液压装置、导向杆等构件。底部、上部支撑结构根据项目井道尺寸进行设计，本项目设计尺寸均为1 900 mm×1 900 mm，底部、上部支撑结构均安装4个牛腿梁作为升降支撑点并通过横向液压装置进行伸缩控制，底部、上部支撑结构通过竖向液压装置进行连接，形成高层电梯井顶升模架体系主体结构。上部支撑结构与模板支撑结构连接。

在实际施工中，高层电梯井顶升模架体系竖向液压装置的高度随建筑物层高进行设计，适用范围为2.9～5.2 m，可满足不同层高的民用建筑、公用建筑电梯井道的主体施工与防护，使用范围较广。

3.2 液压系统

液压系统包括竖向主油缸、水平油缸、液压管路及液压操作控制系统。竖向主油缸上下分别与底部支撑结构、上部支承结构进行连接，作为高层电梯井顶升模架体系的动力系统，为其升降提供动力。

水平油缸设置在底部、上部支撑结构中，每个支撑结构设置4个，分别与4个牛腿梁进行连接，控制牛腿梁的伸缩运动。

3.3 模板系统

模板、模板支撑结构、人工操作平台等构件构成模板系统。模板可使用木模板、全钢大模板、铝合金模板等，选用种类广泛[3-5]。

本项目工程采用铝合金模板，可以根据工程实际进行模块化组装施工，实现多次周转使用且混凝土成形质量较好，电梯井道主体结构表面可实现免抹灰，综合效益较为突出。

3.4 控制系统

高层电梯井顶升模架体系采用液压智能操作控制系统，将整个液压系统连接为一个整体，通过液压自动调节装置实现了液压系统的同步性，利用远程控制手柄可进行远程控制，进一步提高了远距离传输的可靠性，保证了混凝土质量和安全质量。

3.5 安全防护装置

高层电梯井顶升模架体系配套安装专业防护装置及安全装置，由机械防护与系统控制这2个部分组成。机械防护方面，底部、上部支撑结构均采用花纹钢板进行全封闭，支撑结构配套四周安装防护翻板进行防护作业，实现全过程的安全防护，防止高空坠物；系统控制方面，在高层电梯井顶升模架体系使用中，通过液压智能操作控制系统实现上下牛腿梁互相自锁，提升高层电梯井顶升模架体系的安全性。

4 高层电梯井顶升模架体系施工方法

4.1 支撑孔预留

在浇筑电梯井主体结构，在墙面上逐层预留2个300 mm×300 mm的方形孔，作为高层电梯井顶升模架体系牛腿梁的支撑孔洞，孔洞间距为400 mm，并以电梯井道墙面轴线对称。

4.2 组装底部支撑机构

底部支撑机构包括底梁、底架、横梁和牛腿梁。底梁安装在底架的两端部，牛腿梁置于底梁内，液压系统的水平油缸液压杆一端与牛腿梁通过螺栓固定连接，水平油缸的液压缸筒与底梁螺栓固定连接；底架安装在横梁的固定槽内，横梁的顶部安装机架，竖向液压装置的底部与底部支撑机构固定连接。底部支承机构主体结构轴测图如图2、图3所示。

图2 底部支承机构主体结构轴测图

图3 底部支承机构主体结构图侧视图

4.3 安装竖向液压装置

在组装好底部支撑机构后，通过使用起重机械吊装竖向液压装置并使用螺栓固定。

4.4 安装上部支撑机构

按照图纸组装上部支撑机构，将组装好的上部支撑机构利用起重机械吊装在竖向顶升液压装置的顶部，完成高层电梯井顶升模架体系主体的安装。

4.5 安装导向杆

在上部支撑机构和底部支撑机构上分别焊接导向座，然后将导向轴安装在2个导向座之间，并将导向轴的底部与下部导向座连接为一个整体，完成导向杆的安装工作。

4.6 安装模板支承装置及模板

安装模板支承装置，将模板支承装置安装在上部支撑机构上，使用螺栓进行固定，然后吊装模板，将模板组拼完整，调至收缩状态。

4.7 进行电路安装及调试

待所有主体安装完毕后，安装控制系统、液压系统的电机，添加液压油，并连接线路；安装后进行调试，使竖向顶升液压装置到位，调试合格后连接内外模板并进行模板固定加强，等待进行主体结构施工。

4.8 电梯井道施工

浇筑一层混凝土后，将模板拆除，利用滑动吊钩将模板向内收缩，然后收缩上部支撑机构的4个牛腿梁，启动竖向液压装置将上部支撑机构顶升到下一层，顶升到位后伸出牛腿梁；然后收缩底部支撑机构的4个牛腿梁，启动竖向液压装置，将底部支撑机构整体提升1层后伸出牛腿梁；利用滑动吊钩将模板向外滑动，滑动到施工位置，将模板支承固定，进行下一层主体施工。

施工过程中，高层电梯井顶升模架体系施工相对位置如图4所示。

图4 高层电梯井顶升模架体系施工相对位置

4.9 拆除

循环重复电梯井道施工步骤，直至完成整个建筑物电梯间主体施工后，进行拆除。

5 高层电梯井顶升模架体系的技术特点

1）安装方便，操作简单。高层电梯井顶升模架体系经一次性组装完毕后，无需重复拆装，配合使用无线控制系统、液压系统，操作简单，替代了传统施工中人工进行脚手架搭设、模板的安拆工作，降低了人工成本[6]。

2）防护严密，安全性高。高层电梯井顶升模架体系根据工程实际进行设计加工，配套安装专业防护装置及安全装置，实现高层电梯井顶升模架体系上下层互相自锁控制，保证高层电梯井顶升模架体系的稳定性和安全性，安全控制点较少，安全性高。

3）机械化施工，文明施工形象好。高层电梯井顶升模架体系机械化施工，解决传统脚手架安拆复杂、模板安装不便、井道内垃圾不易清除等问题，文明施工形象好。

4）重复周转使用，绿色环保。由于电梯井道的尺寸相对较为固定，高层电梯井顶升模架体系可重复周转使用，可有效提高模板的利用率和施工效率，符合国家绿色施工节能、节材低碳环保的要求。

5）远程控制，方便快捷。高层电梯井顶升模架体系采用PLC技术进行控制系统的编程，采用智能操作控制系统，可实现远程无线液压系统自动控制，提高液压系统同步性，进一步提升工程质量。

6 应用效果

6.1 经济效益

与传统的电梯井道施工方法相比较，按本施工设备进行电梯井的施工，可实现电梯井施工的自动化和机械化，降低施工风险，减少施工和管理人员的成本，提高施工的安全性，人工成本可降低35%，电梯井道施工工期可缩短1/3。

以本项目工程施工总承包工程为例，高层电梯井顶升模架体系采用租赁形式，设备的租赁价为60元/m2，人工为施工单位自行配置。而使用传统木模板的包干价（包模板、方木、支撑等）以投影面积计算为52元/m2，相比传统木模板，使用高层电梯井顶升模架体系省去了抹灰工序，其成本为27.8元/m2。

项目工程1#楼高层电梯井顶升模架体系应用经济效益分析详见表2。

表2 项目工程1#楼高层电梯井顶升模架体系应用经济效益分析

6.2 社会效益

高层电梯井顶升模架体系施工防护设备无需在电梯井内部从底到顶搭设脚手架，简化了电梯井操作平台的施工工艺，节省了租赁器材用量，降低了租赁成本；在施工层设有操作平台，便于管理人员对模板安装质量进行检查验收；电梯井内侧模板拆除后可随高层电梯井顶升模架体系整体提升，省时省力。

因此，该高层电梯井顶升模架体系施工防护设备具有提高安全防护性能、质量管理能力以及施工进度的优点。同时，可有效提升施工企业高层建筑文明施工形象，实现循环利用，符合国家循环经济的要求。

7 结语

1）与传统的施工方法相比，高层电梯井顶升模架体系施工防护设备施工方便、施工质量好、安全性能高、施工文明形象好，具有一定的先进性。

2）高层电梯井顶升模架体系施工防护设备能够完全代替传统的脚手架与模板施工，可达到预期的施工效果和施工预期。

3）通过项目应用与对比分析，高层电梯井顶升模架体系施工防护设备取得了良好的效果，项目综合效益显著提高[7-8]，提升了建筑主体施工的施工价值，对电梯井道专业防护设备的研发具有借鉴意义。