与混凝土电梯井道的可调节连接

德国哈芬有限公司

摘要

电梯部件在井道内的准确定位对于乘坐质量和安全至关重要。 预埋式和可调节锚固通道连接提供的调整可以使电梯导轨、分隔梁和电梯门准确定位到混凝土结构。 在选择合适的产品时，除了安装问题外，设计师可能还需要审查连接所需的静态、动态和地震载荷能力。

1. 引言

毫无疑问，电梯行业的许多新闻焦点都当之无愧地围绕着设备、控制系统以及评估和设计方法方面的高科技进步，以最大限度地提高性能效率。 这些领域的发展彻底改变了垂直运输行业的表现，以满足高层结构、能源使用和最佳乘客体验的严格设计要求。

较少公开讨论的工程主题之一是用于将重要设备固定到电梯井中的方法。 这是每个电梯安装都必须解决的更平凡的问题。 它可能是平凡的，但如果从安装人员和乘客的安全来看，这是极其重要的； 乘坐质量； 连接预期寿命； 以及垂直运输系统的长期可靠性。 在评估锚固选项时，系统设计人员基本上可以选择三种连接混凝土电梯井的主要方法——焊接连接到嵌入式板； 钻孔螺栓； 和螺栓连接到铸造的可调通道。 后一种方法是本文的主要主题。

2. 产品历史和概念

在电梯井中使用浇铸通道连接几十年前，并作为锚固到新混凝土结构的首选方法之一在全球范围内传播。 作为热轧和冷轧槽钢系统的市场领导者，Halfen 于 1929 年在德国开展业务，随着时间的推移逐渐将其市场扩展到世界大部分地区。 该公司生产的热轧和冷轧槽钢系统开发了多种型材尺寸，以满足轻载到重载的要求。 与此同时，在北美，最初在 1920 年代后期作为冷轧金属框架系统开发的较轻的支柱型材也被改编成铸造嵌入件。 冷轧支柱系统现在由世界各地的许多制造商广泛生产，主要基于 1-5/8 英寸（41 毫米）宽度的型材，符合不同的质量标准。 支柱式通道通常通过冲出通道的背面并弯曲材料以形成“L”形锚固件来转换以用于混凝土。

使用锚固通道连接系统连接混凝土的基本方法相对简单。 在浇筑混凝土之前，将带有锚栓的通道钉在用于形成混凝土结构的木模板上。 通道在出厂时已填充可移动填料，以防止混凝土在浇筑混凝土过程中进入通道。 通道位于模板上需要连接的区域，并浇筑混凝土。

混凝土硬化后，拆除模板，留下通向通道的开口，暴露在混凝土表面。 通道现在已准备好接收将组件锚固到混凝土表面所需的连接。 Halfen 型的预埋槽钢通常使用 T 型螺栓进行锚固，在移除填料后，T 型螺栓面朝槽内。 T 型螺栓旋转 XNUMX 度以锁定到位，并在螺栓柄上标有头部方向线，以便对正确安装进行简单的目视检查。 支柱系统倾向于使用槽形螺母，因为它们通常隐藏在连接支架后面，因此更难以目视检查方向和与安装螺栓的螺纹接合。

三、产品在电梯井道内的应用

电梯井道内浇铸通道连接的主要用途是与导轨和门设备相关的连接。 在大多数应用中，通过使用开槽支架在其他平面上提供额外的定位调整来补充由浇铸通道提供的调整。 因此，这种浇铸通道和开槽支架的组合为安装人员和设计人员提供了一种简单而安全的方法，可确保电梯轿厢和配重导轨在井道内的准确定位。 所提供的精度可以最大限度地提高乘坐质量，并最大限度地减少导轨部件上的偏心载荷。

同样，门齿轮定期连接到浇铸通道，以准确定位头部和门槛处的锚点。 使用这种方法可以将分隔梁和服务等结构钢部件准确地固定在电梯井中。

一旦将通道浇注到井壁中，通道就可以长期使用，从而可以快速更换磨损的部件，并且可以轻松升级设备以更新安装。 用于连接的 T 型螺栓只需卸下即可更换或重新定位到浇铸通道中的新位置。 有多种 T 型螺栓直径、长度、钢种和表面处理可供选择，以适应每种类型的槽型轮廓，因此通常可以轻松适应多种连接条件或连接间距或机械要求的后续变化。

与其他锚固方法相比，与可能考虑的其他连接方法相比，浇铸通道概念可以在电梯井中提供许多安全和可靠性优势。 首先，安装连接不需要钻混凝土，这意味着噪音最小，没有硅尘，安装人员不需要振动电动工具。 由于长期暴露可能导致严重健康问题的证据，限制工人接触过度噪音、二氧化硅粉尘和手臂振动正引起世界各地各种健康和安全机构和设计师的注意。 在电梯井的密闭空间内，噪音和灰尘对安装人员的危害会进一步放大。 使用浇铸通道还可以取代焊接到嵌入混凝土中的钢板的过程，从而减少电梯井内的火灾风险、烧伤/触电危险和危险烟雾。

浇铸通道使用简单的工具安装，并且本质上是可靠的，因为它们概念简单并且易于监督人员目视检查。 它们当然可能放错位置，但通常当以足够长的长度使用以适应安装公差时，它们是一种非常可靠的安装方法。 它们的使用可以避免对结构的钻孔损坏的担忧，或者安装人员为螺栓钻孔正确深度和直径的能力，或对具有足够质量的嵌入板进行焊接以获得长期可靠性。 因此，监督过程要简单得多。

4. 设计考虑

4.1概述

哈芬型浇铸槽钢有冷轧和热轧型材可供选择，这两种款式都可以提供出色的拉伸和剪切载荷能力，用于锚固到混凝土上。 产品选择的首要任务是根据要承受的常规拉剪载荷选择合适的通道类型。 制造商可提供技术目录和软件来执行此操作。 第二个任务是确定连接是否会承受任何特殊载荷，例如动态循环载荷、地震载荷或冲击载荷。

4.2 动态加载

在电梯井道内，电梯在导轨上的周期性运动和门齿轮的动作意味着与这些部件相关的大多数连接都受到动态载荷的影响。 虽然一些安装人员在电梯井中使用冷轧槽钢，但通常认为热轧槽钢更适用于这些类型的负载。 热轧通道通常在型材内具有较小的应力，并且在动态条件下具有更完整的测试性能，这也通过在该领域的长期使用历史得到增强。 下图（图 9）显示了许多热轧型材在 2 x 10⁶ 循环。 该图还显示了 < 2 x 10⁶ 用于电梯导轨连接的两种热轧型材的循环。 这些载荷值基于经验测试，因为过去很难创建能够准确预测动态载荷情况下的疲劳性能的计算模型。 一个模型给出了合理的性能预测 > 2 x 10⁶ 热轧通道上的循环现在可用。 连接的动态性能对于确定装置生命周期内的维护和安全问题显然很重要，这将见证数百万乘客的旅程。

4.3 纵向加载

热轧槽钢的一个优点是其较厚的唇缘设计（参见图 8），它可以将高扭矩值施加到 T 型螺栓上，而不会压碎槽唇。 更高的扭矩可以在要支撑的通道方向上实现更高的纵向载荷。 这对于可能需要更高侧向负载支撑的导轨安装来说可能很重要。 高强度 T 型螺栓可用于此目的，并且可以选择额外的带尖头 T 型螺栓，在施加高扭矩时以物理方式咬合通道的唇缘。 笔尖的咬合动作提供了对施加到通道的纵向载荷的机械阻力。

还提供带锯齿唇和匹配锯齿 T 型螺栓的热轧槽钢。 这些允许更大的纵向载荷，直至要支撑的通道的张力和横向剪切能力。 它们的动态载荷与标准范围的热轧槽钢相似或略好一些。 螺栓上的齿和槽唇之间的机械相互作用允许在导轨上承受非常高的侧向载荷（每个 T 型螺栓连接的设计阻力可能超过 30 kN [6,750 lbs.]）。 此特征还使锯齿形通道适用于需要垂直容差和显着垂直负载的连接，因为这可以通过将锯齿形通道的长度定向在垂直平面而不是水平面来实现。 二级钢制工作连接就是此类连接要求的一个例子。

4.4 地震和高冲击载荷

最近完成了模拟内部和外部爆炸或地震对热轧通道在浇筑到高安全混凝土结构中的连接性能的影响的特殊测试。 测试面向核工业的连接要求，但当设计者必须考虑极端负载时，获得的数据也可应用于该领域之外。 测试是在混凝土中进行的，裂缝宽度从 1.0 毫米到 1.5 毫米不等，以 10 赫兹的频率在 0.2 个周期内振荡，同时通道不断加载。 在负载循环之后，逐渐增加的负载被施加到通道上，裂缝宽度保持在 1.5 毫米，直到达到极限负载。 HZA-PS 系列齿形热轧槽钢是根据该测试开发的，由带锯齿边缘的槽钢型材和特殊的高性能锚栓组成，可应对极端事件造成的大面积开裂混凝土。 该范围可为每个 T 型螺栓在任何方向提供超过 30 kN [6,750 lbs.] 的设计阻力。

4.5 与薄金属甲板楼板和钢结构的连接

在钢结构中，设计师可能会面临门齿轮和导轨需要锚定到相对较薄的楼板边缘而不是连续混凝土竖井壁的情况。 传统的热轧通道在薄混凝土中效果很好，在混凝土边缘距离很小的情况下实现了良好的负载，并且可以预先连接到板的永久金属边缘修整。 异形金属地板在板中的位置会导致可用混凝土减少，以分配施加到通道上的载荷。 在承载能力过度降低的情况下，或者当板连接需要特别高的载荷时，可以修改普通的槽钢锚杆，或者在锚杆周围的可用混凝土中添加额外的钢筋。 在某些情况下，热轧槽型材被焊接到结构钢上，而不是浇铸到混凝土中。 这种连接方法通常是翻新装置的一种选择； 或者如果电梯井附近没有使用混凝土； 或者施工进度不允许使用浇筑到混凝土中的通道。

5. 项目示例

纽约市世界贸易中心 1 号塔将是一座具有情感历史的标志性建筑。 它目前正在建设中，是位于前世贸中心旧址上的新建筑之一，该建筑在 9 年 11/2001 袭击中被恐怖分子摧毁。完工后，这座建筑将有 104 层，其尖顶将高达 1776 英尺，象征着美国获得独立的那一年。 它将成为美国最高的建筑，该结构将由蒂森克虏伯电梯美洲公司提供的 71 部电梯提供服务。 其中五部电梯以每秒 9 米（2,000 英尺/分钟）的速度运行。

2005 年，建筑师 SOM、结构工程师 WSP Cantor Seinuk 和纽约新泽西港务局开始讨论电梯井内连接的设计。 蒂森克虏伯电梯美洲公司在后期也参与了设计讨论。 除了要求导轨准确安装以确保乘客乘坐质量外，一个主要的设计考虑是避免在结构中钻孔。 这是因为使用了极高的混凝土强度，以及结构中钢筋的高度集中。 有人担心在这种坚硬的混凝土上钻孔会非常困难，而且钻孔过程可能会损坏紧密堆积的钢筋。 在设计考虑了连接需要承受的静态和冲击载荷后，选择了浇铸热轧槽钢作为电梯井道中使用的锚固方法。 竖井所有区域的设计于 2008 年完成，届时还选择了不锈钢浇铸通道来支撑大堂区域的不锈钢面板。 2007年下半年开始向部分施工区域交付现浇渠道。

该项目共使用了7,000条热轧铸钢槽钢，2010年上半年完成交付。电梯井道导轨与铸钢槽钢采用两种直径的T型螺栓连接。 导轨的安装于 2008 年开始在结构的下部区域，其余大部分导轨于 2010 年安装。

6。 结论

与电梯技术相关的其他方面一样，混凝土连接科学在过去几十年中也取得了进展。 产品和工程的发展提供了越来越高的可靠性和性能水平，以跟上现代结构的设计要求。 我们对连接技术的理解不断发展，新的计算方法在不同条件下提供了越来越准确的性能预测指标。 同时，浇铸热轧锚固通道概念的持续简单性使得计算设计性能的准确性能够在现场始终如一地应用，这可能是他们选择电梯井中关键连接的主要因素。

7. 致谢

作者衷心感谢蒂森克虏伯电梯美洲公司在本文中介绍的世界贸易中心 1 号塔项目示例中的友好合作。