[奥的斯电梯管理（上海）有限公司，上海201203]
摘要：随着经济总量的迅速发展，中国已经成为世界上最大的电梯制造及使用的市场。国内超高层建筑的高度记录也是逐年在刷新。本文就超高层建筑对电梯的影响及电梯的配置做些初步的讨论。
关键词：超高层建筑；电梯；影响；配置
前言
当建筑物达到一定高度后，大楼在风的作用力下的摇摆对电梯运行的影响就不能忽略了。
1风荷的影响
高层建筑在风荷的作用下会按照其固有的频率Fb开始摆动。电梯钢丝绳和随行电缆本身也有其固有摆动频率fR，但被迫趋向以频率Fb摇摆。这里的电梯钢丝绳包含曳引钢丝绳，补偿钢丝绳以及限速器钢丝绳。当fR接近Fb时将产生共振，这时钢丝绳的振幅将迅速扩大至无穷大，如果电梯此时高速运行，可能会出现摇摆的曳引钢丝绳碰触对重、补偿钢丝绳碰触对重、补偿钢丝绳碰触轿厢、限速器钢丝绳碰触轿厢、随行电缆碰触轿厢、对重及井道内支架等等，都会产生严重后果。因此在电梯设计之时，需要得出一个预测共振层，亦即当电梯停靠在某一层或某几层时，曳引钢丝绳，补偿钢丝绳以及限速器钢丝绳会与大楼的摇摆频率产生共振。需要指出的是曳引钢丝绳，补偿钢丝绳以及限速器钢丝绳共振频率都不相同，因此情况相当复杂。
2解决方案
当大楼发生摇摆时，应避免电梯在共振层停留或长时间等待。如果电梯需要运行，则需降低电梯的运行速度，以消除乘客的恐慌甚至需要停梯，等待电梯公司专业人员检查以确保安全。
图示是一种解决方案，采用轿厢跟随装置来限制钢丝绳及随行电缆的摆动幅度。图中电梯是1：1绕法，而轿厢跟随装置是2：1绕法，也就是轿厢跟随装置只运行提升高度的一半。这一装置的目的是将随行电缆及钢丝绳随大楼摆动的区域一分为二， 从而消除钢丝绳及随行电缆过多的振幅。这一轿厢跟随装置增加了轿厢的重量，因此随之而来对重重量增加。由此，可能要考虑增加曳引钢丝绳数量，安全钳可能要升级，及至曳引机也可能升级。可能不同国家标准不同，有时需要在轿厢跟随装置上加装安全钳。在此案例上，轿厢是1：1绕法，而轿厢跟随装置是2：1绕法。由此引进了一个相当复杂的与轿厢和对重安全钳动作同步的问题。
如果业主能够接受稍大的电梯井道，则另外可以采取以下措施：对重导轨及轿厢导轨分割梁的保护装置；对重夹条；限速器钢丝绳导绳器；轿板保护装置；厅门锁、地坎保护装置；随行电缆保护装置等等。
在冬季，当室内外温差较大时（北方尤甚），稍高的大楼都会出现烟囱效应。随着一楼大门的开关，室外冷空气进入室内，在室内经过加热。而电梯井道是一个相对封闭而又贯通大楼的一个绝好通道（其他通道还有楼梯间或者垃圾井等等），从而产生强烈的上升气流。冬季，当电梯的门在底层打开时，乘客往往会因为迎面而来的大风而惊吓，同时，电梯厅里面也有很大的噪音。
烟囱效应会影响电梯的正常运行。当电梯井道内外由于气压差导致在厅门上有过大的压力，会导致门开关受影响，有使得厅门不能关闭的可能而导致电梯无法运行。井道内有强的气流也会影响高速运行的电梯的安全和舒适感。
烟囱效应不是电梯的问题，而是大楼设计的问题。减轻或消除烟囱效应的措施是在电梯厅前设立一个阻风墙，避免室外的风直接进入电梯厅从而进入井道。有条件的大楼应该在入口处设两道独立开关的门，在一道门关闭后另一道门方可打开。其实这一设计也是大楼节能保温的一个措施。减少或是隔绝室内外空气的对流，减少了室内温度的流失，也就减少了大楼能源的消耗。
应当注意夏季也同时存在同样的效应，也就是只要有室内外温度差，就有烟囱效应。只是空气流动的方向与冬季相反。
另外一个现象是电梯高速运行的活塞效应，即在狭窄井道内高速运行的轿厢引起的空气流动效应。下图是高速下行的轿厢引起的空气流动方向。轿厢上方，井道外的空气被抽进井道；轿厢下方的空气被挤出井道。因为井道其他方向通常是密闭的，因此只有厅门缝是空气进出的通道。然后就在轿厢经过的区域，空气挤过轿厢与井道的间隙。活塞效应直接的后果是空气流经厅门时导致厅门的振动，以及井道内装置如随行电缆等的意外摆动。
上表是单井道运行的电梯井道尺寸与轿厢面积的比值，应把对重的截面积计算在内。
以下是一各单井道电梯的布置案列。
由此可以得出井道尺寸与轿厢占用面积比值仅适用于3米/秒的电梯。这个布置符合标准的要求，但是没有考虑空气流动因素。在轿厢高速经过的楼层，相应的厅门会因振动而发出声响；大堂的空气会经厅门门缝被吸入井道，进而吹到到达楼层；一旦发生火灾，烟气会被吸入井道而运送到别的楼层。由此可见在这种情况下如果将电梯速度设成9米/秒，将产生巨大的气流问题。
为减轻这种活塞效应，必须在井道顶端和底端开设通风口而引导气流。为起到完全作用，通风口面积需与轿厢面积相等。在厅门端应有密封措施阻止空气进出门缝。
烟囱效应和活塞效应都是与大楼设计有关的问题。如果在设计阶段就考虑的话，是可以减轻对电梯运行的影响。
3电梯成本及配置规划
超高层建筑内电梯的配置是一个具有挑战性的课题。虽然电梯总体与整个大楼造价相比并不高，但是电梯的选用及配置是否合理，将极大地影响大楼的使用及大楼的租客/使用者/访客对大楼总体的评价。
作为业主，必须考虑电梯成本。（1）大楼平面上电梯核心筒与可出租面积之比，核心筒的面积应越小越好。（2）电梯设备的采购、安装成本。（3）电梯的运行成本，包含运行能源消耗及维护、保养和更新成本。
此外，还应考虑电梯的总体运行表现，包含电梯的运行性能、舒适感、服务品质及乘客等待时间等。现在许多的办公大楼在早高峰时间，一楼电梯厅总是滞留了大量人群；及至午饭时间及晚高峰时间，楼面上有大量人群无法及时疏散。这就是当初电梯配置时电梯流量计算不符合实际使用要求的表现及后果。由此将增加用户对大楼的负面评价。
一个优秀的楼宇电梯配置规划需平衡大楼的使用空间，电梯表现及成本三方面的因素。
让我们来看几个楼宇电梯配置的方案：
方案一，大楼49层，全部采用单层轿厢，电梯分，A，B，C，D和E区共五个区。
这一方案的优点是电梯可以直达每一楼层；电梯运行的时间短。但是缺点是除低区外，另三个区的电梯都需要有一段时间在盲区间运行，尤其是高区电梯需要在盲区间运行较长时间（如果电梯在盲区运行时出故障，营救会是一个挑战）；大楼的核心筒最大；全部电梯在一楼电梯厅均有开门。
方案二，大楼56层，37台电梯，全部使用双层轿厢。
此方案的优点是电梯可以直达每一楼层；电梯运行的时间短；选用电梯最少；运行表现好。但是缺点是除A区外，另四个区的电梯都需要有一段时间在盲区间运行，尤其是高区电梯需要在盲区间运行较长时间；全部电梯在两个电梯厅都有开门；电梯成本高。
方案三，大楼83层，全部采用双层轿厢共29台电梯，采用空中大堂。
这一方案的优点是电梯核心筒最小；停靠在电梯厅的电梯最少；运行表现佳。缺点是较长的乘梯时间；电梯成本高。
穿梭电梯结合空中大堂的使用，电梯只停地面电梯厅和空中大堂两站，使得超高层建筑中电梯运行的时间大大减少，运输能力大大增加。双层轿厢电梯的使用也大大增加了电梯的运输能力。但是双层轿厢需要在两个端站设立两个电梯厅，需要再配备自动扶梯。需要注意的是，双层轿厢电梯的使用，可以降低电梯的总台数，但是需要更大的机房（曳引机、控制柜更大），更高的顶层空间和更深的底坑。
空中大厅及穿梭电梯的设置，应该注意的是：
如果乘客要从底层到顶层，需要搭乘两次电梯；所有穿梭电梯和区间运行电梯的总运量应相同；电梯厅的布置应该尽可能简单，不同运行区间电梯厅应易于识别，避免在高峰时乘客的拥挤。
4结语
在这几种电梯配置的方案中，没有唯一或者最佳的方案。在诸多的方案之间需要平衡总的建筑物空间、电梯总体表现、电梯设备采购成本以及日后使用成本。
电梯公司都有专业的流量分析软件，根据具体的楼层数、楼层上人数、停站楼层、电梯载重量、速度等等许多输入参数可以给出不同侧重的配置方案。
论文作者:高建军
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2016年3月第5期
论文发表时间:2017/1/4
标签：电梯论文; 钢丝绳论文; 大楼论文; 效应论文; 空气论文; 方案论文; 楼层论文; 《建筑建材装饰》2016年3月第5期论文;