Progettazione della trave divisoria come parte della progettazione standard dell'ascensore

Un nuovo metodo per installarli come parte del processo di installazione dell'ascensore e i suoi vantaggi

Questo documento è stato presentato all'Elevcon 2023 a Praga, Repubblica Ceca.

Parole Chiave: Configurazioni di gruppi di ascensori, trave divisoria, sistema modulare, standard di progettazione, controllo qualità, standard di processo, relazione di progettazione, vano corsa, prevenzione infortuni, risparmio di tempo

Astratto

Le travi divisorie possono creare grattacapi ai project manager che devono fornire pareti di separazione in un vano corsa che dovrebbe ospitare due o più ascensori. Per evitare incidenti durante la movimentazione e la saldatura di materiale in acciaio pesante, l'installazione delle travi viene spesso affidata all'appaltatore generale o a un subappaltatore. Il coinvolgimento di terzi richiede disegni di progettazione, una procedura di gara, coordinamento, ispezione per l'accettazione e, infine, la procedura di reclamo.

Questo documento introduce un nuovo metodo di progettazione per l'installazione di travi divisorie come parte del processo di installazione dell'ascensore e discute i molteplici vantaggi di questa soluzione innovativa.

1. introduzione

È prassi comune che i vani ascensore per configurazioni di gruppo (duplex, triplex, ecc.) siano costruiti dall'appaltatore generale senza pareti divisorie (Figura 1). La parete anteriore del vano corsa viene spesso lasciata completamente aperta. Ciò riduce i costi di costruzione del calcestruzzo ed elimina il rischio di reclami basati sulla valutazione del pozzo e di eventuali successivi interventi correttivi che dovrebbero essere eseguiti. Fornisce inoltre ulteriore flessibilità per la progettazione del sistema di ascensore, che spesso viene dettagliata solo dopo l'inizio della costruzione.

In questo caso, l'installatore dell'ascensore utilizzerà le cosiddette travi divisorie per fissare le guide. La progettazione e l'approvvigionamento delle travi divisorie, generalmente realizzate in acciaio, avvengono solitamente a livello locale. Questo compito, inclusa l'installazione, viene generalmente affidato a un'azienda siderurgica locale. In alcuni paesi, la norma è che la società di ascensori richieda che il lavoro venga eseguito come parte della costruzione del vano corsa. Viene quindi eseguito sotto la responsabilità dell'appaltatore generale.

Il design e la costruzione della trave divisoria influenzano il comfort di marcia dell'ascensore, in particolare sui modelli ad alte prestazioni. In caso di frenata d'emergenza in cui intervengono gli elementi di sicurezza, le traverse divisorie installate in modo non corretto possono far sì che il dispositivo di sicurezza perda un contatto sufficiente con le guide, cosa che può avere conseguenze fatali. Per garantire il corretto funzionamento del dispositivo di sicurezza, sono previsti severi requisiti relativi allo spostamento orizzontale massimo del sistema costituito da guide e trave divisoria. Per i sistemi ad alte prestazioni, questi requisiti sono definiti per garantire il comfort di marcia (vibrazioni e sviluppo di rumore nella cabina, nella hall e nei locali adiacenti).

La definizione e l'installazione locale della trave divisoria porta alla definizione di un'ampia varietà di soluzioni che evitano principalmente le ispezioni di qualità e il controllo da parte del produttore dell'ascensore in termini di progettazione ed esecuzione centralizzate. Poiché il sistema costituito da trave divisoria e guide di scorrimento ha un'influenza significativa sulla sicurezza e sul comfort di viaggio dell'ascensore, una soluzione centrale e specifica per le travi divisorie sarebbe molto gradita (Merz, 2010). 

Nella realizzazione delle travi divisorie, la costruzione in acciaio prescrive spesso massicce travi a I su cui sono saldate piastre di ancoraggio in officina e che poi devono essere fissate alla parete del pozzo con ancoraggi direttamente in cantiere. La soluzione scelta, soprattutto in condizioni sismiche, è quella di fissare delle piastre di ancoraggio nel calcestruzzo a cui le travi a I vengono saldate durante l'installazione. Lo spostamento di massicce travi di acciaio in un ambiente angusto richiede attrezzature di sollevamento pesanti mentre i lavori di saldatura possono generare scintille. L'installazione delle travi divisorie viene generalmente eseguita separatamente, prima del montaggio dell'impianto ascensore, e viene conclusa prima dell'inizio dei lavori di installazione dell'ascensore. A causa del rischio di incidenti durante la movimentazione di massicce travi in ​​acciaio e del rischio di incendio associato alle scintille di saldatura, l'installazione delle travi divisorie viene preferibilmente affidata a un subappaltatore (Figura 2). 

Lo sforzo richiesto per selezionare, assumere e istruire un subappaltatore in termini di corretta installazione della trave divisoria è significativo. Tuttavia, una volta effettuata la valutazione ufficiale del vano corsa, esiste ancora il rischio che vi siano reclami che richiedano una rielaborazione. Il tempo necessario per questo lavoro preliminare riduce la quantità di tempo concessa per mettere in atto il sistema di ascensore. Ciò potrebbe anche comportare un ritardo nella consegna dell'impianto di ascensore all'impresa generale.

Se le travi divisorie sono state installate e approvate dalla società di ascensori, il collegamento della staffa del binario può rivelarsi problematico. I fori di fissaggio generalmente devono essere realizzati in cantiere; i fori di fissaggio preinstallati devono essere spesso ampliati. In alcuni casi il supporto del binario può essere saldato anche alle travi divisorie. A causa dei rischi associati a questo lavoro, durante questo periodo nessun'altra persona può lavorare nel vano corsa e deve essere garantita la protezione antincendio.

Il rischio associato di incidenti dovrebbe essere evitato e il tempo necessario per eseguire le attività correlate è significativo.

La garanzia della qualità durante l'installazione e durante il processo di accettazione da parte dell'azienda ascensoristica, una volta installate le travi divisorie, è piuttosto impegnativa e difficile da ottenere.

2. Sistema modulare per la realizzazione di strutture portanti           

Da tempo vengono utilizzati sistemi modulari standardizzati per realizzare strutture portanti per il fissaggio e la posa di tutti i tipi di linee di alimentazione nei lavori di installazione nella costruzione di edifici, impianti e piattaforme sia terrestri che offshore. Questi sistemi sono stati estesi per realizzare piattaforme per il posizionamento di macchine e attrezzature, passerelle, marciapiedi, ecc. (Merz, 2014).

Profili e connettori speciali sono stati sviluppati per consentire ai sistemi modulari di essere adatti all'uso nella costruzione di travi divisorie. La progettazione viene eseguita con un software di progettazione specifico del produttore che monitora i carichi di forza dell'intero progetto e determina anche l'eventuale deformazione delle travi.

Nella progettazione dei modelli di ascensore, i sistemi modulari possono essere integrati come soluzione standard in modo da ottenere una qualità definita a livello centrale nella progettazione delle travi divisorie. Con la progettazione dell'impianto ascensore è possibile definire centralmente anche il processo di installazione delle travi divisorie modulari, costituite da componenti standard. Ciò consente il controllo centralizzato della qualità del lavoro. Se il fornitore del sistema modulare è in grado di fornire il sistema in tutto il mondo, è possibile realizzare una qualità del fascio divisore uniforme a livello globale (Merz, 2010).

Poiché i sistemi modulari sono generalmente costituiti da componenti molto più leggeri rispetto alle travi in ​​acciaio standard, l'intera configurazione dell'installazione del gruppo ascensore può essere ridefinita sul posto. Il rischio di incidenti durante l'installazione può essere ridotto o addirittura eliminato.

Il sistema modulare qui illustrato è costituito da travi in ​​acciaio zincato a caldo dalla struttura particolarmente rigida che, grazie al profilo speciale, supportano un collegamento molto flessibile degli accessori, indipendentemente dal produttore. I profili dentati a C sono integrati su entrambi i lati del profilo della trave (Figura 3). Ciò supporta l'utilizzo di bulloni con testa a martello per il fissaggio delle staffe dei binari. I bulloni con testa a martello a T possono essere spostati indipendentemente nel profilo a C, su entrambi i lati, per il posizionamento orizzontale delle staffe delle guide, consentendo un allineamento semplificato delle guide. Oltre alla connessione per attrito durante il fissaggio dei bulloni, i denti interni creano un accoppiamento geometrico che supporta la stabilità della connessione. Non è quindi più necessario praticare fori di fissaggio o effettuare saldature in cantiere (Merz, 2014).

Le travi sono fissate in speciali connettori a parete con apertura a forma di U. I connettori a parete possono essere ancorati alle pareti indipendenti dalla trave utilizzando un sistema di ancoraggio simile a quello che ancora le staffe del binario alle pareti del vano (Figura 4). Possono essere utilizzati ancoraggi meccanici o chimici, nonché canali di ancoraggio gettati nel calcestruzzo (Merz, 2018).

Durante l'installazione, il lavoro preliminare necessario per fissare le staffe a muro alla parete prevede l'utilizzo e la movimentazione di componenti compatti e di peso ridotto, che possono essere facilmente posizionati e ancorati da una sola persona. I sistemi di posizionamento laser sono particolarmente adatti per l'utilizzo nel posizionamento dei fori di ancoraggio. La trave divisoria effettiva viene posizionata nell'apertura a forma di U una volta ancorate entrambe le staffe a parete.

La trave divisoria ha un peso modesto (9 kg per metro) se paragonata alle travi in ​​acciaio standard, che sono più pesanti di un fattore 2 a 3 e saranno quindi più pesanti e più difficili da movimentare in vani stretti. La trave divisoria può essere spostata nel vano corsa e quindi posizionata nella staffa a parete senza particolari dispositivi di sollevamento o sollevamento (Figura 5). Il design della staffa a parete garantisce che le travi divisorie siano fissate contro la caduta o la caduta senza ulteriori accorgimenti o precauzioni.

Dopo il corretto posizionamento orizzontale, che può essere utilizzato anche per allineare le guide, la trave divisoria viene fissata con viti passanti al profilo a U del connettore a parete. L'installazione di questo tipo di trave divisoria può essere eseguita in sicurezza da una sola persona in meno di 30 minuti.

L'installazione semplice richiede solo pochi passaggi concisi e può essere ben documentata in un flusso di processo standard che può essere reso disponibile agli installatori di tutto il mondo tramite un sistema di documentazione centralizzato. Ciò supporta la garanzia di qualità centrale per un processo uniforme a livello mondiale per l'installazione delle travi divisorie.

In termini di lunghezza e foratura, entrambe le staffe a parete sono state progettate per supportare un fissaggio conforme alle specifiche in combinazione con lo schema dei fori nelle travi divisorie, anche se la profondità del pozzo comprende tolleranze strutturali. Il sistema è in grado di colmare deviazioni della profondità del pozzo fino a +/- 40 mm, consentendo di consegnare tutte le travi divisorie al cantiere con una lunghezza uniforme ed eliminando la necessità di successivi tagli su misura (Figura 6).

3. Progettazione tecnica delle travi divisorie

La progettazione tecnica della trave divisoria è supportata da un software di calcolo specifico del produttore, basato sul programma statico ad alte prestazioni RSTAB. Per valutare le resistenze al carico e il comportamento prestazionale del concetto complessivo, durante il processo di sviluppo del prodotto vengono effettuate analisi agli elementi finiti dei componenti meccanici sulla base del software ANSYS 2020. Il software di progettazione è stato certificato da TÜV SÜD.

Sono stati effettuati calcoli numerici e prove pratiche per calibrare il modello FE e determinare i dati tecnici per tutti i componenti sottoposti a verifica con prove fisiche. La Figura 7 mostra un esempio di confronto tra i test pratici e la simulazione numerica di un set di travi divisorie in scala reale di 2 m di lunghezza. Le distribuzioni delle sollecitazioni nei componenti e nel modello complessivo sono state determinate e documentate in dettaglio. Per il caso mostrato (Figura 7), è stata utilizzata la seguente configurazione: modello materiale di S350 per la trave e S355 per i connettori di base con circa 93,000 elementi esagonali multizona e più di 608,000 nodi. Alla fine, tutte le prove e i dati estesi delle simulazioni numeriche vengono inseriti nel software di calcolo per fungere da base per la progettazione tecnica.

Il software di calcolo crea un rapporto completo sulla progettazione del sistema. Vengono documentati i dati di input relativi alle forze che agiscono sulle guide, così come il posizionamento geometrico delle guide mediante le staffe delle guide sulla trave divisoria. Ciò è supportato da uno schizzo schematico della trave divisoria. Il processo di progettazione porta alla proposta di un profilo di trave specifico e di una staffa a parete adeguata. Anche il loro tasso di capacità è documentato in quanto correlato alle sollecitazioni nei componenti. Inoltre, la deflessione delle travi divisorie viene mostrata nel punto in cui le guide sono fissate alle travi divisorie (Merz, 2014).

Un'interfaccia con il software di progettazione degli ancoraggi dello stesso produttore supporta la progettazione simultanea dell'ancoraggio della trave divisoria alle pareti del pozzo e documenta i diversi sistemi di ancoraggio proposti, compreso il loro tasso di capacità.

A seconda del modello di ascensore del produttore e dei requisiti di massima deformazione delle guide e delle travi divisorie sotto carico, la flessibilità nella scelta dei profili delle travi e delle staffe a parete è limitata. Per ciascuna di queste variazioni è possibile eseguire una progettazione dettagliata con il software di calcolo, i cui risultati vengono poi documentati in una tabella (Figura 8). La tabella funge quindi da specifica standard per i vari modelli di ascensore offerti ai clienti.

Ciò riduce gli sforzi di pianificazione locale, elimina le fonti di errore e fa risparmiare sui costi nella progettazione e installazione delle travi divisorie installate localmente e supporta anche la garanzia di qualità centrale nella progettazione delle travi divisorie installate localmente. 

4. I vantaggi delle soluzioni modulari standardizzate

Oltre alla qualità e allo sviluppo, la catena di fornitura trova vantaggi anche nell’approvvigionamento di un sistema uniforme a livello mondiale per le travi divisorie (Figura 9).

La centralizzazione degli appalti favorisce la realizzazione di economie di scala nella negoziazione dei prezzi. Ciò, a sua volta, significa che il costo del sistema modulare differisce meno dal costo delle soluzioni acquistate localmente di quanto potrebbe sembrare se si utilizzassero come base i prezzi dei sistemi modulari locali.

I vantaggi economici durante l'installazione della trave divisoria possono essere ottenuti anche attraverso il risparmio di tempo e l'eliminazione di determinati strumenti e dispositivi per la movimentazione del materiale più leggero. La lavorazione di una quantità ridotta di acciaio nella creazione di una lunghezza definita di travi divisorie comporta un minor consumo di energia per produrre le travi divisorie. Le travi divisorie costruite con sistemi modulari contribuiscono in modo significativo al raggiungimento degli obiettivi di impronta di carbonio definiti imposti dalle varie società di ascensori.

La grande semplificazione del montaggio delle travi divisorie unitamente alla riduzione del rischio di incidenti e di errori può, in singoli casi, portare al trasferimento del pacchetto delle travi divisorie dall'impresa generale all'installatore dell'ascensore, il che può contribuire ad un aumento sia del costo vendite e profitto.

 Anche la standardizzazione di soluzioni con strutture divisorie complesse costituite da pilastri e travi divisorie riduce la possibilità nei singoli casi di dover riprogettare l'intero sistema di fissaggio dei binari per ampliare le distanze tra le staffe dei binari (Figura 10). Ciò può portare all'utilizzo di profili di rotaia più piccoli, con costi e sforzi inferiori, durante l'installazione nel vano corsa.

Un'ulteriore e più complessa applicazione è data nella modernizzazione in cui i moderni ascensori a fune con design senza locale macchina (MRL) sostituiranno le vecchie macchine idrauliche. Poiché il progetto idraulico spinge la cabina dal basso spesso al di sopra del piano superiore, nell'edificio non era necessaria alcuna struttura portante. Sfortunatamente, gli ascensori MRL distribuiscono i carichi più elevati e complessi alla struttura dell'edificio al livello del pianerottolo superiore e al di sopra di esso.

I sistemi di supporto modulari possono essere utilizzati per progettare e costruire una struttura a gabbia in cui vengono assemblati la macchina dell'ascensore a trazione e le rotaie (Figura 11). La struttura di supporto modulare assorbe le forze dai componenti dell'ascensore e le distribuisce all'edificio tramite il suo ancoraggio alla soletta del pianerottolo superiore.

 È possibile sviluppare un design modulare standard adatto a uno specifico tipo di ascensore a trazione del produttore che supporti un'installazione semplice e veloce con molto meno rumore e polvere, poiché le tradizionali attività di costruzione che coinvolgono elementi in cemento e acciaio porterebbero alla produzione di una tale struttura.

5. conclusioni

Ci sono buone ragioni per omettere la progettazione di una parete divisoria in loco nei vani corsa per le configurazioni di gruppo. La qualità del fissaggio e dell'installazione delle guide è determinante per la sicurezza e il comfort di marcia dell'ascensore. È necessario erigere strutture di supporto per fissare le guide tra i sistemi di ascensore. La pianificazione, la progettazione e l'installazione di queste strutture di supporto vengono generalmente affidate a un subappaltatore locale. Questo processo rappresenta una sfida significativa per il processo centrale di controllo qualità e comporta notevoli rischi legati a incidenti, costi aggiuntivi e ritardi nell'installazione.

In molti settori, da tempo sono stati stabiliti sistemi modulari da utilizzare nella progettazione di strutture di supporto. I fornitori mondiali di questi sistemi modulari supportano gli standard globali per le strutture portanti progettate modularmente nell’industria. I sistemi modulari sono stati ampliati in modo tale da essere adatti all'uso nella progettazione di costruzioni di pareti divisorie per impianti multiplex nell'installazione di ascensori (Figura 12).

La definizione di soluzioni standard, basate su questo tipo di sistema modulare per travi divisorie utilizzate in determinati modelli di sistema, consente un controllo di qualità centrale e un'assicurazione di qualità relativa alla costruzione delle strutture delle pareti di separazione. Alla standardizzazione della soluzione si accompagna un'unificazione del processo di installazione, che è caratterizzato dalla movimentazione di componenti leggeri che vengono assemblati in cantiere senza la necessità di processi di separazione o giunzione a caldo (come saldature ecc.). Ciò supporta tutta una serie di vantaggi legati alla prevenzione del rischio di incidenti, al risparmio di tempo e denaro e all'integrazione dell'installazione del sistema di pareti divisorie nel processo di assemblaggio degli impianti di ascensore.

Quando la struttura divisoria è specificata nelle norme come parte integrante del modello di sistema di ascensore, il costo della sua fornitura può essere incorporato negli strumenti di fornitura dei produttori di ascensori.

I numerosi vantaggi offerti dai sistemi modulari nella realizzazione di strutture murarie di separazione porteranno, con ogni probabilità, a far sì che queste soluzioni si affermino in futuro a livello mondiale.

Ringraziamenti

Grazie al Dr. Alexander Eberlein, team leader speciali presso l'ufficio di gestione dei progetti aziendali di Hilti, FL-Schaan nel Liechtenstein per il suo supporto sui dettagli del FEM (metodo degli elementi finiti) per supportare il calcolo della progettazione delle travi divisorie dell'ascensore.

Referenze

1. Merz, M. (2010). Comportamento pratico delle sollecitazioni del sistema completo di fissaggio delle rotaie. Tecnologia degli ascensori 18: Atti dell'ELEVCON 2010 (A. Lustig), Lucerna, p. 248-257. Elevator World, 2011, 59(6).
2. Merz, M. (2014). I sistemi di supporto modulare sostituiscono la struttura di supporto saldata. Tecnologia degli ascensori 20: Atti di ELEVCON, 20 (A. Lustig), Parigi, 214-226.
3. Merz, M. (2018). Valore Aggiunto degli Ancoranti a seguito di uno Standard di Approvazione/Valutazione. Tecnologia degli ascensori 22: Atti di ELEVCON, 22 (A. Lustig), Berlino, 12-23.