分隔梁设计作为标准电梯设计的一部分

作为电梯安装过程一部分的安装这些的新方法及其优点

本文在捷克共和国布拉格举行的 Elevcon 2023 上发表。

关键词： 电梯组配置、分隔梁、模块化系统、设计标准、质量控制、工艺标准、设计报告、井道、事故预防、节省时间

抽象

分隔梁可能会让项目经理感到头疼，因为他们必须在容纳两台或更多电梯的井道中提供隔离墙。为了避免在重型钢材的搬运和焊接过程中发生事故，梁的安装通常交给总承包商或分包商。涉及第三方需要设计图纸、招标过程、协调、验收检查以及最后的投诉程序。

本文介绍了一种在电梯安装过程中安装分隔梁的新设计方法，并讨论了这种创新解决方案的多重优点。

1. 引言

通常的做法是，群配置（双层、三层等）的电梯井道由总承包商建造，不带隔墙（图 1）。井道的前壁通常完全敞开。这降低了混凝土施工成本，并消除了基于竖井评估和任何后续需要进行的纠正工作的投诉风险。它还为电梯系统的设计提供了额外的灵活性，而电梯系统的设计通常只有在施工开始后才进行详细设计。

在这种情况下，电梯安装人员将使用所谓的分隔梁来紧固导轨。分隔梁通常由钢制成，其设计和采购通常在当地进行。这项任务（包括安装）通常交给当地的钢结构公司。在一些国家，电梯公司要求将这项工作作为井道建设的一部分进行，这是标准做法。然后由总承包商负责实施。

分隔梁的设计和结构会影响电梯的乘坐舒适度，尤其是高性能机型。在部署安全元件的紧急制动情况下，安装不当的分隔梁可能会导致安全装置与导轨失去充分的接触，从而导致致命的后果。为保证安全装置正常工作，对导轨和分隔梁组成的系统的最大水平位移有严格的要求。对于高性能系统，定义这些要求是为了确保乘坐舒适性（客舱、大厅和相邻房间的振动和噪音）。

分隔梁的本地定义和安装导致了多种解决方案的定义，这些解决方案主要避免了电梯制造商在集中设计和执行方面的质量检查和控制。由于由分隔梁和导轨组成的系统对电梯的安全性和乘坐舒适性具有重大影响，因此针对分隔梁的中央、特定解决方案将非常受欢迎（Merz，2010）。 

在创建分隔梁时，钢结构通常需要使用大型工字梁，这些工字梁在车间中焊接有锚板，然后必须在施工现场用锚固件将其固定在竖井壁上。所选择的解决方案，特别是在地震条件下，是在混凝土中设置锚板，在安装过程中将工字梁焊接到锚板上。在狭窄的井道环境中移动巨大的钢梁需要重型起重设备，而焊接工作会产生火花。分隔梁的安装通常在电梯系统组装之前单独进行，并且在电梯安装工作开始之前完成。由于处理大型钢梁时存在事故风险以及与焊接火花相关的火灾风险，分隔梁的安装最好由分包商进行（图 2）。 

选择、雇用和指导分包商正确安装分隔梁所需的工作量很大。尽管如此，一旦井道得到正式评估，仍然存在可能出现投诉、需要返工的风险。这项前期工作所需的必要时间缩短了电梯系统安装到位的时间。它还可能导致电梯系统延迟移交给总承包商。

如果分隔梁已安装并获得电梯公司批准，则连接导轨支架可能会出现问题。紧固孔一般必须在现场钻孔；预装的紧固孔必须经常扩大。在某些情况下，轨道支架也可以焊接到分隔梁上。由于该作业存在一定的风险，在此期间不得有其他人员在井道内作业，并且必须确保防火。

应避免相关的事故风险，并且执行相关任务所需的时间很长。

一旦分隔梁安装完毕，安装过程中以及电梯公司验收过程中的质量保证要求很高且难以实现。

2. 建筑支撑结构模块化系统           

一段时间以来，标准化模块化系统一直被用来创建支撑结构，用于在建筑物、设施以及陆上和海上平台建造的安装工作中紧固和布置所有类型的供应管线。这些系统已扩展到构建用于定位机器和设备、走道、人行道等的平台（Merz，2014）。

特殊型材和连接器的开发使得模块化系统适合用于分隔梁的构造。该设计是使用制造商特定的设计软件进行的，该软件可以监控整个设计的力载荷，并确定梁的最终变形。

在电梯模型设计中，模块化系统可以集成为标准解决方案，从而实现分隔梁设计的集中定义质量。通过电梯系统的设计，还可以集中定义由标准组件组成的模块化分隔梁的安装过程。这允许对工作质量进行集中控制。如果模块化系统的供应商能够在全球范围内提供该系统，则可以实现全球统一的分光器光束质量（Merz，2010）。

由于模块化系统通常由比标准钢梁轻得多的组件组成，因此电梯组配置的整个安装可以在现场重新定义。可以减少甚至消除安装过程中发生事故的风险。

这里所示的模块化系统由设计特别严格的热浸镀锌钢梁组成，由于其特殊的轮廓，无论制造商如何，都支持非常灵活的附件连接。齿形 C 型材集成在梁型材的两侧（图 3）。这支持使用 T 型锤头螺栓来紧固导轨支架。 T 型锤头螺栓可在 C 型材两侧独立移动，用于导轨支架的水平​​定位，从而简化导轨的对准。除了螺栓紧固过程中的摩擦连接外，内齿还形成形状配合，以支持连接的稳定性。因此不再需要在施工现场钻紧固孔或焊接（Merz，2014）。

横梁固定在具有 U 形开口的特殊墙壁连接器中。墙壁连接器可以使用类似于将导轨支架固定在竖井墙壁上的固定系统，独立于梁固定在墙壁上（图 4）。可以使用机械或化学锚栓，以及浇注混凝土锚固槽钢（Merz，2018）。

在安装过程中，将墙壁支架紧固到墙壁上的前期工作包括使用和搬运重量轻的紧凑部件，这些部件可以很容易地由一个人定位和锚定。激光定位系统特别适合用于定位锚固孔。一旦两个墙壁支架都已锚固，实际的分隔梁就会放置在 U 形开口中。

与标准钢梁相比，分隔梁的重量适中（每米 9 公斤），标准钢梁重 2 到 3 倍，因此在狭窄的竖井中更重且更难以搬运。分隔梁可以移入井道，然后放置在墙壁支架中，无需任何特殊的起重或吊装设备（图5）。墙壁支架设计确保分隔梁不会掉落或跌落，无需任何进一步的布置或预防措施。

正确的水平定位（也可用于对齐导轨）后，使用贯穿螺栓将分隔梁夹紧到墙壁连接器的 U 型材上。这种类型的分隔梁的安装可由一个人在 30 分钟内安全完成。

简单的安装只需要几个简洁的步骤，并且可以在标准流程中详细记录，并通过集中文档系统向全世界的安装人员提供。这为全球统一的分隔梁安装流程提供了集中的质量保证。

在长度和穿孔方面，两个墙壁支架的设计都支持与分隔梁中的孔图案相结合的符合规范的紧固，即使轴深度包括结构公差也是如此。该系统可以弥补高达 +/- 40 毫米的竖井深度偏差，从而允许将所有分隔梁以统一的长度运送到施工现场，并且无需随后切割成尺寸（图 6）。

3 分隔梁的技术设计

分隔梁的技术设计由制造商特定的计算软件支持，该软件基于高性能 RSTAB 静力学程序。为了评估整体概念的负载阻力和性能行为，在产品开发过程中基于 ANSYS 2020 软件对机械部件进行有限元分析。设计软件已通过TÜV SÜD 认证。

通过数值计算和实际测试来校准有限元模型并确定所有组件的技术数据，以通过物理测试进行验证。图 7 显示了 2 米长分隔梁组的实际测试与数值模拟之间的相似比较示例。确定并详细记录了组件和整个模型中的应力分布。对于所示的情况（图 7），使用了以下设置：梁的材料模型为 S350，底座连接器的材料模型为 S355，具有大约 93,000 个多区域六角形单元和超过 608,000 个节点。最终，数值模拟的所有证据和大量数据都被输入到计算软件中，作为技术设计的基础。

计算软件可创建有关系统设计的综合报告。记录与作用在导轨上的力相关的输入数据，以及通过分隔梁上的导轨支架进行的导轨的几何定位。分隔梁的示意图支持了这一点。设计过程会提出特定梁轮廓和合适的墙壁支架的建议。它们的容量率也被记录下来，因为它与组件中的应力有关。此外，分隔梁的偏转显示在导轨连接到分隔梁的位置处（Merz，2014）。

同一制造商的锚设计软件的接口支持同步设计分隔梁到井壁的锚固，并记录不同的建议锚系统，包括其承载能力。

根据制造商的电梯型号以及导轨和分隔梁在负载下最大变形的要求，梁型材和墙壁支架的选择灵活性受到限制。对于每种变化，都可以使用计算软件进行详细设计，然后将结果记录在表格中（图 8）。该表可作为向客户提供的各种电梯型号的标准规格。

这减少了本地规划工作，消除了错误来源，节省了本地安装的分隔梁的设计和安装成本，并且还支持本地安装的分隔梁设计中的中央质量保证。 

4.标准化模块化解决方案的优势

除了质量和开发之外，供应链还发现了采购全球统一的分隔梁系统的优势（图 9）。

集中采购有助于在价格谈判中实现规模经济。反过来，这意味着模块化系统的成本与本地采购解决方案的成本差异小于使用本地模块化系统价格作为基础时的情况。

安装分隔梁时的成本优势还可以通过节省时间和消除用于处理较轻材料的某些工具和设备来实现。在制造限定长度的分隔梁时加工较少量的钢材导致用于制造分隔梁的能量更少。由模块化系统构建的分隔梁对于实现各电梯公司规定的碳足迹目标做出了重大贡献。

在个别情况下，分隔梁安装的极大简化以及减少事故和错误风险可能会导致分隔梁包从总承包商转移到电梯安装商，这可能会导致电梯安装成本的上升销售额和利润。

 即使具有由支柱和分隔梁组成的复杂分隔壁结构的解决方案的标准化，也减少了在个别情况下必须重新设计整个轨道扣件系统以扩大轨道支架之间的距离的可能性（图10）。这可以导致在井道安装过程中使用更小的导轨轮廓，从而降低成本和工作量。

现代化中还有一个更复杂的应用，即采用无机房 (MRL) 设计的现代曳引电梯将取代旧的液压机。由于液压设计将客舱从底部向上推到顶部着陆地板上方，因此建筑物中不需要承重结构。遗憾的是，MRL 电梯将最高且最复杂的荷载分配到顶部平台及上方的建筑结构上。

模块化支撑系统可用于设计和建造笼式结构，曳引电梯机器和导轨可在其中组装（图 11）。模块化支撑结构承受来自电梯部件的力，并通过其锚固在顶部平台板将其分配到建筑物。

 可以开发适合制造商的特定曳引电梯类型的标准模块化设计，该设计支持简单、快速的安装，并且噪音和灰尘少得多，因为涉及混凝土和钢构件的传统建筑活动会导致生产这种结构。

5。 结论

对于群组配置，有充分的理由省略井道中现场隔墙的设计。导轨的紧固和安装质量对于电梯系统的安全性和乘坐舒适性至关重要。必须竖立支撑结构以紧固电梯系统之间的导轨。这些支撑结构的规划、设计和安装通常交给当地分包商。该过程对中央质量控制过程提出了重大挑战，并带来与事故、安装成本增加和时间延误相关的相当大的风险。

在许多行业中，模块化系统早已建立用于支撑结构的设计。这些模块化系统的全球供应商支持行业模块化设计支撑结构的全球标准。模块化系统经过扩展，适用于电梯安装中的复合设施的隔离墙结构设计（图 12）。

标准解决方案的规范基于某些系统模型中使用的分隔梁模块化系统，可以实现与隔离墙结构施工相关的集中质量控制和质量保证。解决方案的标准化伴随着安装过程的统一，其特点是处理现场组装的轻质部件，无需分离或热连接过程（例如焊接等）。这支持与避免事故风险、节省时间和金钱以及将隔离墙系统的安装集成到电梯系统组装过程相关的一系列优势。

当隔断结构在标准中被指定为电梯系统模型的组成部分时，提供它的成本可以并入电梯制造商的供应工具中。

模块化系统在创建隔离墙结构方面所带来的大量优势很可能会导致这些解决方案未来在全球范围内得到推广。

致谢

感谢列支敦士登 FL-Schaan 喜利得企业项目管理办公室团队负责人 Alexander Eberlein 博士对 FEM（有限元法）细节的支持，以支持电梯分隔梁的设计计算。

案例

1.梅尔茨，M.（2010）。完整钢轨扣件系统的实际应力行为。电梯技术 18：ELEVCON 2010 论文集（A. Lustig），卢塞恩，第 248 页257-XNUMX。 Elevator World，2011，59（6）。
2.梅尔茨，M.（2014）。模块化支撑系统取代焊接支撑结构。电梯技术 20：ELEVCON 会议记录，20 (A. Lustig)，巴黎，214-226。
3.梅尔茨，M.（2018）。遵循批准/评估标准的锚的附加值。电梯技术 22：ELEVCON 会议记录，22 (A. Lustig)，柏林，12-23。