一种高层建筑建设运行全过程中的垂直运输装置及方法与流程

本发明涉及一种垂直运输装置，特别是一种高层建筑建设运行全过程中的垂直运输装置及方法。

背景技术：

高层建筑从地基的开挖到工程的最后竣工，整个施工过程中，都不可避免地需要将建筑材料、施工机械及人员等垂直运输至其施工楼层。

施工过程中，传统的室外垂直运输设备通常是单一的悬臂结构，缺乏相应的防护、预警装置，并且暴露在室外环境中。当运输设备主体上升至特定高度时，由于地基不稳、安装操作不当，或者受冰雪、风雨等极端天气影响，易产生倒塌的危险，甚至造成较大的人员伤亡和财产损失。虽然可以对其进行加固或地基深挖等措施，然而这种加固或地基深挖等措施，还存在着如下不足，有待进行改进：

1、悬臂结构设备仍然暴露在室外环境中，会受到极端天气的影响，不能绝对保证垂直运输装置的安全。

2、众多加固措施必定会造成施工成本的增加，并且整个设备在施工结束后还需要进行拆除，不能持续使用。另外，地基深挖的方式，对正在施工的高层建筑的地基也可能产生安全隐患。

目前，传统的室内垂直运输设备都是在等高层建筑施工结束后再进行安装，没有合理的利用施工过程中的运输装置，造成不必要的浪费。另外，室内垂直运输设备的安装高度由实际建筑高度来确定，不能随着高层建筑的高度改变而发生改变。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种高层建筑建设运行全过程中的垂直运输装置及方法，该高层建筑建设运行全过程中的垂直运输装置及方法置于高层建筑内，不仅可以抵御冰雪、风雨等极端天气影响，还具有较好的稳定性，同时在施工过程中也可以实现垂直运输，随着高层建筑楼层的改变而改变，兼顾建筑和运行的全过程，节省建筑材料，安全经济，值得推广应用到公民建筑以及高层建筑施工中。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高层建筑建设运行全过程中的垂直运输装置，设置在高层建筑的其中一个电梯井中，垂直运输装置包括控制室、钢绳、钢绳伸长驱动装置、外套管单元、抬举装置、平衡配重和升降仓。

外套管单元的数量与高层建筑的楼层数相同，每个外套管单元的高度等于高层建筑的层高。每个外套管单元的顶部和底部外周均设置有法兰盘，每个外套管单元均采用两个半圆管相互拼合形成。在两个半圆管的拼接处设置有能供货物及乘客进出的门洞。

所有外套管单元均同轴堆叠设置，相邻两个外套管单元之间通过法兰盘连接，形成法兰连接部。法兰连接部与对应楼层的楼板通过浇筑形成为一体。假设位于最顶层的外套管单元为顶层外套管单元。

控制室通过法兰盘同轴安装在顶层外套管单元的顶部，钢绳伸长驱动装置安装在控制室内，钢绳中部缠绕于钢绳伸长驱动装置内，钢绳的一端与平衡配重相连接，钢绳的另一端与升降仓相连接，升降仓用于运输货物及乘客。

抬举装置套设在外套管单元的外侧，用于将顶层外套管单元及控制室逐层向上抬升、并逐层向上搭设外套管单元。

抬举装置包括上抬举框架、上固定环、抬举伸缩杆、上环伸缩杆、下环伸缩杆、下抬举框架和下固定环。

上抬举框架和下抬举框架通过若干根抬举伸缩杆相连，每根抬举伸缩杆的高度均能够升降。

上固定环和下固定环均采用若干个同心的弧形块拼合形成。形成上固定环的每块弧形块均安装在上抬举框架上并通过上环伸缩杆沿径向滑移。形成下固定环的每块弧形块均安装在下抬举框架上并通过下环伸缩杆沿径向滑移。上固定环和下固定环闭合状态时的内径小于法兰盘的外径，上固定环和下固定环打开最大时的内径大于法兰盘的外径。

每根抬举伸缩杆的最大升降行程为三个外套管单元的高度之和。

上抬举框架或下抬举框架均为正方形，上固定环和下固定环均采用四个同心的弧形块拼合形成。

抬举伸缩杆、上环伸缩杆和下环伸缩杆的伸缩，均采用油压驱动控制。

一种高层建筑建设运行全过程中的垂直运输装置的运输方法，包括施工过程中的垂直运输及施工完成后的垂直运输；其中，施工过程中的垂直运输，则用于高层建筑施工过程中建筑材料或施工人员的垂直输送；施工完成后的垂直运输，则是用作高层建筑常规使用的货梯或客梯。

施工过程中的垂直运输方法，包括如下步骤。

步骤1，准备外套管单元：假设待建筑的高层建筑的楼层数为n，则准备n个外套管单元，将位于最底层的外套管单元称为底层外套管单元，将位于当前施工层数最顶层的外套管单元称为顶层外套管单元，与第二楼层相平齐的外套管单元为第二外套管单元，与第三楼层相平齐的外套管单元为第三外套管单元，依次类推，直至第n-1外套管单元，随着高层建筑的施工层数的增加，最后与第n楼层相平齐的外套管单元即为顶层外套管单元。

步骤2，第一楼层施工材料的垂直运输：将底层外套管单元底部的法兰盘去除后埋设或直接埋设在地基中，将顶层外套管单元底部的法兰盘与底层外套管单元顶部的法兰盘连接，顶层外套管单元顶部的法兰盘与控制室相连接。钢绳伸长驱动装置安装在控制室内，钢绳中部位于钢绳伸长驱动装置内，钢绳的一端与平衡配重相连接，钢绳的另一端与升降仓相连接，通过升降仓运输第一楼层施工所需的施工材料。

步骤3，第二楼层施工材料的垂直运输，具体包括如下步骤：

步骤31，顶层外套管单元与底层外套管单元分离且高度上升：抬举装置中的下固定环位于地面上并处于闭合状态，抬举装置中的上固定环位于顶层外套管单元顶部法兰盘的下方并处于闭合状态。顶层外套管单元与底层外套管单元解除法兰连接，随后，抬举装置中的抬举伸缩杆长度伸长，顶层外套管单元与底层外套管单元分离且高度上升。

步骤32，钢绳释放：在顶层外套管单元高度上升的同时，钢绳伸长驱动装置驱动钢绳释放。

步骤33，第二外套管单元安装：将组成第二外套管单元的两个半圆管拼接在顶层外套管单元与底层外套管单元之间的间隙内，且使第二外套管单元分别与顶层外套管单元与底层外套管单元法兰连接。通过升降仓运输第二楼层施工所需的施工材料。

步骤4，第三楼层施工材料的垂直运输，具体包括如下步骤：

步骤41，抬举装置爬升：上固定环位置保持不变，将下固定环处于打开状态。抬举升缩杆长度收缩，使得下固定环穿过底层外套管单元与第二层外套管单元之间形成的第一法兰连接部，并位于第一法兰连接部上方。接着，下固定环闭合。

步骤42，顶层外套管单元与第二外套管单元分离且高度上升：上固定环和下固定环位置不变且均处于闭合装置，顶层外套管单元与第二外套管单元解除法兰连接，随后，抬举伸缩杆长度伸长，顶层外套管单元与第二外套管单元分离且高度上升。

步骤43，钢绳释放：在顶层外套管单元高度上升的同时，钢绳伸长驱动装置驱动钢绳释放。

步骤44，第三外套管单元安装：将组成第三外套管单元的两个半圆管拼接在顶层外套管单元与第二外套管单元之间的间隙内，且使第三外套管单元分别与顶层外套管单元与第二外套管单元法兰连接。通过升降仓运输第三楼层施工所需的施工材料。

步骤5，重复步骤4，实现第四层及其以上直到第n-1楼层施工材料的垂直运输。

步骤6，第n楼层施工材料的垂直运输：第n-1楼层施工完成后，将抬举装置拆除，此时顶层外套管单元即为第n楼层的第n外套管单元，从而实现第n楼层施工材料的垂直运输。

步骤32和步骤43中，钢绳伸长驱动装置驱动钢绳的释放量为外套管单元的管长的两倍。

本发明具有如下有益效果：

（1）在施工阶段就安装在高层建筑内，不仅可以抵御冰雪、风雨等极端天气影响，还可以避免不必要的加固及地基处理措施，具有较好的稳定性，安全可靠，避免造成较大的人员伤亡和财产损失。

（2）整个装置能在高层建筑施工过程中实现垂直运输，并且能随着高层建筑高度的改变而发生改变，兼顾施工和运行的全过程，节省建筑材料，避免重复安装拆卸，安全经济。

（3）外套管单元采用左右两边的半圆管，安装时不必切断钢绳，不影响升降仓和平衡配重的正常工作，同时在安装完成后留有一个门洞，可供货物的进出。外套管单元中的左右两边半圆管之间和每节外套管单元之间都采用的法兰连接，既方便多个外套管单元之间的连接，又可以快速实现分离。

（4）钢绳采用高强合成金属材料制成，外套管单元采用镀锌钢管，钢绳伸长驱动装置由低合金高强度结构钢16mn构成，这种材料因具有重量轻、强度高等优点，使用这种材料，在保证强度的同时，可降低重量从而便于上升。

附图说明

图1显示了本发明一种高层建筑建设运行全过程中的垂直运输装置的结构示意图。

图2显示了本发明中外套管单元的立体结构示意图。

图3显示了本发明中外套管单元的俯视图。

图4显示了图3中外套管单元的a-a剖面图。

图5显示了本发明中钢绳伸长驱动装置的结构示意图。

图6显示了图5中钢绳伸长驱动装置的b-b剖面图。

图7显示了图5中钢绳伸长驱动装置的c-c剖面图。

图8显示了抬举装置中上固定环和下固定环均闭合且伸缩杆收缩后的结构示意图。

图9显示了抬举装置中上固定环和下固定环均闭合且伸缩杆伸长后的结构示意图。

图10显示了抬举装置中上固定环闭合、下固定环打开且伸缩杆伸长后的结构示意图。

图11显示了本发明中垂直运输装置随高层建筑楼层的改变而改变的过程示意图。

在图11a中，显示了第三楼层施工材料垂直运输时抬举爬升后的状态示意图。

在图11b中，显示了第三楼层施工材料垂直运输时顶部外套管单元与第二外套管单元分离且高度上升后的状态示意图。

在图11c中，显示了第三外套管单元安装完成后的状态图。

在图11d中，显示了第四楼层施工材料垂直运输时抬举爬升前下固定环打开时的状态示意图。

在图11e中，显示了第四楼层施工材料垂直运输时抬举爬升至第三外套管单元底部法兰盘上方且下固定环打开时的状态示意图。

在图11f中，显示了第四楼层施工材料垂直运输时抬举爬升完成且下固定环闭合时的状态示意图。

其中有：

1.控制室；

2.钢绳伸长驱动装置；2-1.驱动轮；2-2.伸缩固定杆；2-3.钢绳伸缩杆；2-4.固定杆；2-5.底座；2-6.保护外壳；

3.钢绳；

4.外套管单元；4-1a.左半圆管；4-1b.右半圆管；4-2.螺丝孔；4-3.顶层外套管单元；4-4.第三外套管单元；4-4a、第三左半圆管；4-4b、第三右半圆管；4-5、第二外套管单元；4-6、底层外套管单元；

5、抬举装置；5-1、上固定环；5-2、上环伸缩杆；5-3、上抬举框架；5-4、抬举伸缩杆；5-5、下固定环；5-6、下抬举框架；5-7、下环伸缩杆；

6、平衡配重；

7、升降仓。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种高层建筑建设运行全过程中的垂直运输装置，设置在高层建筑的其中一个电梯井中，垂直运输装置包括控制室1、钢绳3、钢绳伸长驱动装置2、外套管单元4、抬举装置5、平衡配重6和升降仓7。

外套管单元的数量与高层建筑的楼层数相同，每个外套管单元的高度等于高层建筑的层高。如图2至图4所示，每个外套管单元的顶部和底部外周均设置有法兰盘，每个外套管单元均采用两个半圆管相互拼合形成。组成外套管单元的两个半圆管，如图2所示，分别为左半圆管4-1a和右半圆管4-1b。

在每个法兰盘以及两个半圆管的拼接部均优选设置有螺丝孔4-2。

另外，在两个半圆管的拼接处设置有能供货物及乘客进出的门洞。

所有外套管单元均同轴堆叠设置，相邻两个外套管单元之间通过法兰盘连接，形成法兰连接部。所有门洞的朝向均一致。

法兰连接部与对应楼层的楼板通过浇筑形成为一体。

假设待建筑的高层建筑的楼层数为n，将位于最底层的外套管单元称为底层外套管单元，将位于当前施工层数最顶层的外套管单元称为顶层外套管单元，与第二楼层相平齐的外套管单元为第二外套管单元，与第三楼层相平齐的外套管单元为第三外套管单元，依次类推，直至第n-1外套管单元，随着高层建筑的施工层数的增加，最后与第n楼层相平齐的外套管单元即为顶层外套管单元。

控制室通过法兰盘同轴安装在顶层外套管单元的顶部，钢绳伸长驱动装置安装在控制室内，钢绳中部缠绕于钢绳伸长驱动装置内，钢绳的一端与平衡配重相连接，钢绳的另一端与升降仓相连接，升降仓用于运输货物及乘客。

钢绳优选采用高强合成金属材料制成，外套管单元采用镀锌钢管，钢绳伸长驱动装置由低合金高强度结构钢16mn构成，这种材料因具有重量轻、强度高等优点，使用这种材料，在保证强度的同时，可降低重量从而便于上升。

如图5至图7所示，钢绳伸长驱动装置包括驱动轮2-1、伸缩固定杆2-2、钢绳伸缩杆2-3、固定杆2-4、底座2-5、保护外壳2-6。

驱动轮2-1安装在固定杆2-4和钢绳伸缩杆2-3上，多个驱动轮2-1用来实现钢绳3的移动，当升降仓7上升时，平衡配重6下降；升降仓7下降时，平衡配重6上升；钢绳伸缩杆2-3一端固定驱动轮2-1，一端插在伸缩固定杆2-2内部，通过油压驱动实现其在伸缩固定杆2-2中的伸缩，从而改变钢绳3在钢绳伸长驱动装置2外的长度，为安装外套管单元4提供条件；伸缩固定杆2-2一端连接钢绳伸缩杆2-3，一端固定在保护外壳2-6上，保证稳定性；固定杆2-4用来将驱动轮2-1直接固定在保护外壳2-6上。

钢绳3缠绕在钢绳伸长驱动装置2内部的多个驱动轮2-1上，由钢绳伸长驱动装置2控制伸缩及运动，钢绳3所能承受的拉力大于升降仓6、货物限重与额外安全重之和。钢绳3总长度由应大于1.6倍高层建筑总高度。每上升一段外套管单元4，钢绳伸长驱动装置2需要释放两倍外套管单元4管长的钢绳3。

抬举装置套设在外套管单元的外侧，用于将顶层外套管单元及控制室逐层向上抬升、并逐层向上搭设外套管单元。

如图8至图10所示，抬举装置包括上抬举框架5-3、上固定环5-1、抬举伸缩杆5-4、上环伸缩杆5-2、下环伸缩杆5-7、下抬举框架5-6和下固定环5-5。

上抬举框架和下抬举框架通过若干根抬举伸缩杆相连，抬举伸缩杆的数量优选为四根。每根抬举伸缩杆的高度均能够升降。

上固定环和下固定环均采用若干个同心的弧形块拼合形成。形成上固定环的每块弧形块均安装在上抬举框架上并优选通过上环伸缩杆5-2沿径向滑移。形成下固定环的每块弧形块均安装在下抬举框架上并优选通过下环伸缩杆5-7沿径向滑移。

上固定环和下固定环闭合状态时的内径小于法兰盘的外径，上固定环和下固定环打开最大时的内径大于法兰盘的外径。

进一步，每根抬举伸缩杆的最大升降行程均优选为三个外套管单元的高度之和。

进一步，上抬举框架或下抬举框架均优选为正方形，上固定环和下固定环均优选采用四个同心的弧形块拼合形成。

进一步，抬举伸缩杆、上环伸缩杆和下环伸缩杆的伸缩，均优选采用油压驱动控制。

一种高层建筑建设运行全过程中的垂直运输装置的运输方法，包括施工过程中的垂直运输及施工完成后的垂直运输。其中，施工完成后的垂直运输，则是用作高层建筑常规使用的货梯或客梯。施工过程中的垂直运输，则用于高层建筑施工过程中建筑材料或施工人员的垂直输送。

如图11所示，施工过程中的垂直运输方法，优选包括如下步骤。

步骤1，准备外套管单元：准备n个外套管单元，每个外套管单元均包括左半圆管和右半圆管。

步骤2，第一楼层施工材料的垂直运输：将底层外套管单元4-6底部的法兰盘去除后埋设或直接埋设在地基中，将顶层外套管单元底部的法兰盘与底层外套管单元顶部的法兰盘连接，顶层外套管单元顶部的法兰盘与控制室相连接。钢绳伸长驱动装置安装在控制室内，钢绳中部位于钢绳伸长驱动装置内，钢绳的一端与平衡配重相连接，钢绳的另一端与升降仓相连接，通过升降仓运输第一楼层施工所需的施工材料。

步骤3，第二楼层施工材料的垂直运输，具体包括如下步骤。

步骤31，顶层外套管单元4-3与底层外套管单元分离且高度上升：抬举装置中的下固定环位于地面上（由于底层外套管单元底部法兰盘已拆除或埋置在地面内，故下固定环相当于放置在底层外套管单元底部法兰盘上方）并处于闭合状态，抬举装置中的上固定环位于顶层外套管单元顶部法兰盘的下方并处于闭合状态。顶层外套管单元与底层外套管单元解除法兰连接，随后，抬举装置中的抬举伸缩杆长度伸长，顶层外套管单元与底层外套管单元分离且高度上升。

步骤32，钢绳释放：在顶层外套管单元高度上升的同时，钢绳伸长驱动装置驱动钢绳释放。钢绳伸长驱动装置驱动钢绳的释放量优选为外套管单元的管长的两倍。

步骤33，第二外套管单元4-5安装：将组成第二外套管单元的两个半圆管拼接在顶层外套管单元与底层外套管单元之间的间隙内，且使第二外套管单元分别与顶层外套管单元与底层外套管单元法兰连接。通过升降仓运输第二楼层施工所需的施工材料。

步骤4，第三楼层施工材料的垂直运输，具体包括如下步骤：

步骤41，抬举装置爬升：上固定环位置保持不变，将下固定环处于打开状态。抬举升缩杆长度收缩，使得下固定环穿过底层外套管单元与第二层外套管单元之间形成的第一法兰连接部，并位于第一法兰连接部上方。接着，下固定环闭合。在图11a中，显示了第三楼层施工材料垂直运输时抬举爬升后的状态示意图。

步骤42，顶层外套管单元与第二外套管单元分离且高度上升：上固定环和下固定环位置不变且均处于闭合装置，顶层外套管单元与第二外套管单元解除法兰连接，随后，抬举伸缩杆长度伸长，顶层外套管单元与第二外套管单元分离且高度上升。在图11b中，显示了第三楼层施工材料垂直运输时顶层外套管单元与第二外套管单元分离且高度上升后的状态示意图。

步骤43，钢绳释放：在顶层外套管单元高度上升的同时，此时顶层外套管单元即为第n楼层的第n外套管单元，从而实现第n楼层施工材料的垂直运输。钢绳伸长驱动装置驱动钢绳的释放量为外套管单元的管长的两倍。

步骤44，第三外套管单元4-4安装：继续如图11b所示，将组成第三外套管单元4-4的两个半圆管（也即第三左半圆管4-4a和第三右半圆管4-4b）拼接在顶层外套管单元与第二外套管单元之间的间隙内，且使第三外套管单元分别与顶层外套管单元与第二外套管单元法兰连接。通过升降仓运输第三楼层施工所需的施工材料。在图11c中，显示了第三外套管单元安装完成后的状态图。

步骤5，重复步骤4，实现第四层及其以上直到第n-1楼层施工材料的垂直运输。在图11d中，显示了第四楼层施工材料垂直运输时抬举爬升前下固定环打开时的状态示意图。在图11e中，显示了第四楼层施工材料垂直运输时抬举爬升至第三外套管单元底部法兰盘上方时的状态示意图。在图11f中，显示了第四楼层施工材料垂直运输时抬举爬升完成且下固定环闭合时的状态示意图。

步骤6，第n楼层施工材料的垂直运输：第n-1楼层施工完成后，将抬举装置拆除，此时顶层外套管单元即为第n楼层的第n外套管单元，从而实现第n楼层施工材料的垂直运输。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。