施工升降機(jī)安全技術(shù)計(jì)算案例引言施工升降機(jī)作為建筑施工垂直運(yùn)輸?shù)暮诵脑O(shè)備，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到作業(yè)人員生命與工程質(zhì)量。安全技術(shù)計(jì)算是從力學(xué)原理與規(guī)范要求出發(fā)，對基礎(chǔ)、附墻、鋼絲繩、制動等關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行量化分析，以驗(yàn)證其安全性與可靠性的核心手段。本文以SC200/200型施工升降機(jī)（雙籠，額定載重量2×2000kg）為例，結(jié)合工程實(shí)際參數(shù)，展開全流程安全技術(shù)計(jì)算，為同類工程提供參考。案例背景某高層建筑項(xiàng)目采用SC200/200型施工升降機(jī)，設(shè)計(jì)提升高度100m，安裝于天然地基上。核心參數(shù)如下：額定載重量：2×2000kg（雙籠，每籠2000kg）；地基承載力特征值：\(f_{ak}=150\\text{kPa}\)；混凝土強(qiáng)度等級：基礎(chǔ)C30，附墻預(yù)埋件C30；鋼筋型號：基礎(chǔ)HRB400；附墻間距：9m（按規(guī)范要求）；鋼絲繩選型：6×37+FC-24mm（公稱抗拉強(qiáng)度1770MPa）；制動電機(jī)：額定轉(zhuǎn)速960r/min，額定功率15kW。一、基礎(chǔ)安全計(jì)算基礎(chǔ)需承受設(shè)備自重、吊籠荷載及風(fēng)荷載，需驗(yàn)證地基承載力、抗沖切、配筋三項(xiàng)指標(biāo)。1.1地基承載力計(jì)算總豎向荷載由設(shè)備自重、吊籠滿載重量組成：設(shè)備底座自重：\(G=80\\text{kN}\)（廠家提供）；單籠滿載重量（含人員、物料）：\(Q_{\text{單籠}}=2000\\text{kg}\times9.8\\text{N/kg}+15\\text{kN}=34.6\\text{kN}\)（15kN為吊籠自重）；雙籠總豎向荷載：\(F=G+2\timesQ_{\text{單籠}}=80+69.2=149.2\\text{kN}\)?；A(chǔ)尺寸為\(3.5\\text{m}\times3.5\\text{m}\times1.0\\text{m}\)（混凝土容重\(25\\text{kN/m}^3\)），基礎(chǔ)自重：\[G_{\text{基礎(chǔ)}}=3.5\times3.5\times1.0\times25=306.25\\text{kN}\]基礎(chǔ)底面總壓力：\[p=\frac{F+G_{\text{基礎(chǔ)}}}{A_{\text{基礎(chǔ)}}}=\frac{149.2+306.25}{3.5\times3.5}\approx38.7\\text{kPa}\]地基承載力修正（天然地基，基礎(chǔ)寬度\(b=3.5\\text{m}<6\\text{m}\)，深度\(d=1.0\\text{m}\)，修正系數(shù)\(\eta_b=0.3\)、\(\eta_d=1.6\)，土重度\(\gamma=18\\text{kN/m}^3\)）：\[f_a=f_{ak}+\eta_b\gamma(b-3)+\eta_d\gamma_m(d-0.5)\]\[f_a=150+0.3\times18\times(3.5-3)+1.6\times18\times(1.0-0.5)=167.1\\text{kPa}\]因\(p=38.7\\text{kPa}<f_a=167.1\\text{kPa}\)，地基承載力滿足要求。1.2基礎(chǔ)抗沖切計(jì)算混凝土強(qiáng)度等級C30，軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值\(f_t=1.43\\text{N/mm}^2\)，基礎(chǔ)有效高度\(h_0=1.0\\text{m}-0.05\\text{m}=0.95\\text{m}\)（保護(hù)層厚度50mm）。沖切荷載為上部結(jié)構(gòu)豎向力：\(F_1=F=149.2\\text{kN}\)。沖切破壞錐體底面邊長（底座尺寸\(1.2\\text{m}\times1.2\\text{m}\)，沖切角\(\theta=45^\circ\)）：\[a=b=1.2+2\timesh_0\times\tan45^\circ=3.1\\text{m}\]沖切承載力（\(\beta_{hp}=1.0\)，平均周長\(u_m=(3.1+3.1)\times2=12.4\\text{m}\)）：\[F_l\leq0.7\beta_{hp}f_tu_mh_0\]\[F_l=0.7\times1.0\times1.43\times12.4\times0.95\times10^3\approx____\\text{kN}\]因\(F_1=149.2\\text{kN}<F_l=____\\text{kN}\)，抗沖切滿足要求。1.3基礎(chǔ)配筋計(jì)算基礎(chǔ)受彎由底座邊緣與基礎(chǔ)邊緣的反力差產(chǎn)生。凈反力（扣除基礎(chǔ)自重）：\[p_{\text{凈}}=p-\frac{G_{\text{基礎(chǔ)}}}{A_{\text{基礎(chǔ)}}}=38.7-\frac{306.25}{12.25}\approx9.7\\text{kPa}\]彎矩（基礎(chǔ)尺寸\(B=3.5\\text{m}\)，底座尺寸\(b=1.2\\text{m}\)）：\[M=\frac{p_{\text{凈}}\times(B-b)^2\timesB}{8}=\frac{9.7\times(3.5-1.2)^2\times3.5}{8}\approx22.6\\text{kN·m}\]配筋面積（HRB400鋼筋，\(f_y=360\\text{N/mm}^2\)）：\[A_s=\frac{M}{0.9\timesf_y\timesh_0}=\frac{22.6\times10^6}{0.9\times360\times950}\approx73.4\\text{mm}^2\]采用雙向φ12@200配筋（單根面積\(113.1\\text{mm}^2\)，間距200mm時(shí)每米面積\(565.5\\text{mm}^2\)），遠(yuǎn)大于計(jì)算值，滿足要求。二、附墻架系統(tǒng)計(jì)算附墻架限制水平位移，需承受風(fēng)荷載、吊籠制動力，驗(yàn)證附墻力、桿件強(qiáng)度、預(yù)埋件三項(xiàng)指標(biāo)。2.1附墻力分析風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓\(w_0=0.45\\text{kN/m}^2\)，體型系數(shù)\(\mu_s=1.3\)，高度系數(shù)\(\mu_z=1.5\)（100m高度），迎風(fēng)面積\(A=1.5\times100=150\\text{m}^2\)，總風(fēng)荷載\(F_w=1.3\times1.5\times0.45\times150\approx131.6\\text{kN}\)。附墻點(diǎn)風(fēng)荷載（按高度線性分布）：\(F_{w1}=131.6\times\frac{9}{100}\approx11.84\\text{kN}\)。制動力：吊籠制動水平力\(F_{\text{制}}=0.1\timesQ_{\text{單籠}}=3.46\\text{kN}\)，雙籠總制動力\(F_{\text{制總}}=2\times3.46\approx6.92\\text{kN}\)。總水平力：\(F_{\text{水平}}=F_{w1}+F_{\text{制總}}\approx18.76\\text{kN}\)；豎向力（按總豎向荷載的20%考慮）：\(F_{\text{豎向}}=0.2\times(G+2\timesQ_{\text{單籠}})\approx29.84\\text{kN}\)。2.2附墻桿強(qiáng)度與穩(wěn)定性附墻桿采用雙角鋼L75×5（截面面積\(A=14.732\\text{cm}^2\)，回轉(zhuǎn)半徑\(i_x=5.95\\text{cm}\)），與墻面夾角\(\alpha=52^\circ\)（\(\tan\alpha=\frac{F_{\text{豎向}}}{F_{\text{水平}}}\approx1.27\)），桿長\(l=\frac{\text{標(biāo)準(zhǔn)節(jié)寬度}}{\cos\alpha}=\frac{1.5}{0.615}\approx2.44\\text{m}\)。軸力（水平分力平衡）：\(N=\frac{F_{\text{水平}}}{\cos\alpha}=\frac{18.76}{0.615}\approx30.5\\text{kN}\)；長細(xì)比：\(\lambda=\frac{\mul}{i_x}=\frac{1.0\times2440}{59.5}\approx41\)（\(\mu=1.0\)，鉸接）；穩(wěn)定系數(shù)（Q235鋼，\(\lambda=41\)）：\(\varphi\approx0.92\)；強(qiáng)度/穩(wěn)定性驗(yàn)證（Q235鋼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值\(f=215\\text{N/mm}^2\)）：\[\sigma=\frac{N}{\varphiA}=\frac{____}{0.92\times1473.2}\approx22.7\\text{N/mm}^2<215\\text{N/mm}^2\]滿足要求。2.3附墻預(yù)埋件計(jì)算預(yù)埋件采用4根M20化學(xué)錨栓（混凝土C30，錨固深度\(h=300\\text{mm}\)）。抗拉承載力：單根錨栓抗拉承載力\(N_{tb}=0.8\times\frac{\pid^2}{4}\timesf_y=0.8\times\frac{\pi\times20^2}{4}\times400\approx100.5\\text{kN}\)，總抗拉承載力\(4\times100.5=402\\text{kN}\)，遠(yuǎn)大于附墻拉力\(T=N\times\sin\alpha\approx24.0\\text{kN}\)。抗剪承載力：單根錨栓抗剪承載力\(N_{vb}=0.7\times\frac{\pid^2}{4}\timesf_v=0.7\times\frac{\pi\times20^2}{4}\times140\approx30.8\\text{kN}\)，總抗剪承載力\(4\times30.8=123.2\\text{kN}\)，遠(yuǎn)大于水平剪力\(F_{\text{水平}}=18.76\\text{kN}\)。三、鋼絲繩安全計(jì)算吊籠鋼絲繩需驗(yàn)證受力、安全系數(shù)、磨損斷絲三項(xiàng)指標(biāo)。3.1鋼絲繩受力分析每籠采用2根鋼絲繩，滑輪組效率\(\eta=0.98\)，單根鋼絲繩最大靜拉力：\[F_{\text{max}}=\frac{Q_{\text{單籠}}}{n\times\eta}=\frac{34.6}{2\times0.98}\approx17.65\\text{kN}\]3.2安全系數(shù)驗(yàn)證鋼絲繩型號6×37+FC-24mm（公稱抗拉強(qiáng)度1770MPa），破斷拉力總和\(F_0=429\\text{kN}\)（廠家提供）。安全系數(shù)（規(guī)范要求吊籠鋼絲繩安全系數(shù)\(\geq12\)）：\[K=\frac{F_0}{n\timesF_{\text{max}}}=\frac{429}{2\times17.65}\approx12.15\]滿足要求。3.3磨損與斷絲檢查斷絲報(bào)廢：6×37鋼絲繩總絲數(shù)\(6\times37=222\)根，斷絲數(shù)達(dá)10%（22根）時(shí)報(bào)廢；磨損報(bào)廢：直徑磨損率\(>7\%\)時(shí)報(bào)廢（實(shí)測直徑與公稱直徑差\(>1.68\\text{mm}\)）。四、制動系統(tǒng)與防墜安全器計(jì)算需驗(yàn)證制動力矩、制動距離、防墜性能三項(xiàng)指標(biāo)。4.1制動力矩計(jì)算制動電機(jī)制動力矩（額定工況）：\[M_{\text{制}}=9550\times\frac{P}{n}=9550\times\frac{15}{960}\approx149.2\\text{N·m}\]1.25倍額定載重量下制動力矩：\[M_{\text{制}}'=1.25\times149.2\approx186.5\\text{N·m}\]4.2制動距離驗(yàn)證吊籠額定速度\(v=0.63\\text{m/s}\)，制動力\(F_{\text{制}}=\frac{2\timesM_{\text{制}}'}{D}\)（制動輪直徑\(D=300\\text{mm}\)）：\[F_{\text{制}}=\frac{2\times186.5}{0.3}\approx1243\\text{N}\]制動減速度（吊籠總質(zhì)量\(m=7.06\\text{t}\)）：\[a=\frac{F_{\text{制}}}{m}=\frac{1243}{7060}\approx0.176\\text{m/s}^2\]制動距離（規(guī)范要求\(0.25\\text{m}\leqs\leq1.2\\text{m}\)）：\[s=\frac{v^2}{2a}=\frac{0.63^2}{2\times0.176}\approx1.13\\text{m}\]滿足要求。4