既有建筑增設(shè)外掛電梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

馮德安，文凱，趙曉斌，丁金堂

（1秀山華信國有資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有限公司，重慶 401147；2重慶華筑建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，重慶 401120；3重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400016）

0 引言

老舊住宅，指初始取得房地產(chǎn)權(quán)證滿10年及以上的住宅。老舊住宅從使用功能、居住條件、出行條件等方面考慮，已落后于目前城市更新的速度。因此，為完善該類住宅使用功能、改善居住條件、方便居民出行，2017年6月重慶市人民政府辦公廳發(fā)布《重慶市老舊住宅增設(shè)電梯建設(shè)管理暫行辦法》，文件指示在本市城鎮(zhèn)范圍內(nèi)，國有土地上4層及以上未設(shè)電梯的老舊住宅外墻可申請(qǐng)?jiān)鲈O(shè)電梯。目前，自政策發(fā)布以來不足兩年，老舊住宅加裝電梯仍處于起步階段，加裝電梯設(shè)計(jì)、施工等關(guān)鍵環(huán)節(jié)尚存在可深化研究空間。

目前，老舊住宅增設(shè)電梯多采用鋼框架結(jié)構(gòu)+鋼化玻璃維護(hù)型式，該結(jié)構(gòu)型式具有施工快捷、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，視覺效果較混凝土結(jié)構(gòu)更輕盈，采光效果更好。設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮電梯鋼結(jié)構(gòu)本身安全性和穩(wěn)定性。在保證結(jié)構(gòu)安全、實(shí)現(xiàn)建筑功能的基本要求下深化設(shè)計(jì)，通過關(guān)鍵技術(shù)研究能夠在一定程度上節(jié)約資源、控制工程建筑質(zhì)量水平，也能夠在建筑物藝術(shù)風(fēng)格、人文需求理念等方面滿足居民對(duì)高質(zhì)量生活水平的追求。

圖1 某小區(qū)加裝鋼框架電梯前后效果對(duì)照

表1 某老舊小區(qū)七層住宅增設(shè)電梯施工變形監(jiān)測(cè)分析

以某老舊小區(qū)七層住宅增設(shè)鋼框架結(jié)構(gòu)外觀電梯為例（圖1），本文將老舊住宅加裝電梯設(shè)計(jì)分為三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究：①電梯井基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研究；②電梯鋼結(jié)構(gòu)與房屋原結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)研究；③房屋增延樓道板設(shè)計(jì)研究。

為驗(yàn)證本次設(shè)計(jì)、施工效果，在施工過程中對(duì)房屋四大角及與電梯相連框架柱進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，各主要施工階段主要變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)詳見表1。

1 電梯井基礎(chǔ)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 某老舊小區(qū)增設(shè)電梯井道基礎(chǔ)

老舊住宅不管是磚混結(jié)構(gòu)還是框架結(jié)構(gòu)，增設(shè)電梯技術(shù)可行性大，僅需幾平米的電梯井通道空間。在不壓縮原住宅空間的前提下，為避免損傷原房屋結(jié)構(gòu)，可通過在外圍修建外掛電梯來解決[1]，其中貼墻式外掛電梯居多，位置宜選在原樓道進(jìn)出口處，與原墻體距離一般設(shè)置在50cm以內(nèi)（圖2）。該類電梯井位置位于原房屋基礎(chǔ)外圍且有一定距離，能夠減少對(duì)房屋原基礎(chǔ)的擾動(dòng)；也可縮短新舊結(jié)構(gòu)的連接距離，保證穩(wěn)固的連接效果。但缺點(diǎn)是該位置地下管線埋置較復(fù)雜，因此合理的電梯井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式及最小的開挖深度，既可減少地下管線改造，也可降低造價(jià)成本，應(yīng)作為設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行研究。

以某老舊小區(qū)七層住宅增設(shè)鋼框架結(jié)構(gòu)外觀電梯為例，其貼墻式外掛電梯井道地基基礎(chǔ)底面標(biāo)高設(shè)計(jì)在鑿除風(fēng)化嚴(yán)重巖層后略低于原樓房基礎(chǔ)深度，基礎(chǔ)持力層設(shè)置在中風(fēng)化巖層上，采用50cm厚筏板基礎(chǔ)。地坪線以下設(shè)置井道短墻，厚度25cm，井道短墻豎向主筋在基礎(chǔ)內(nèi)錨固長(zhǎng)度不小于40d，電梯井基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C35（圖3）。

根據(jù)施工過程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，在對(duì)原房屋基礎(chǔ)進(jìn)行有效防護(hù)的情況下，增設(shè)電梯基坑開挖及電梯井施工對(duì)原房屋上部結(jié)構(gòu)及地基基礎(chǔ)無明顯影響[2]。

1.2 電梯井基礎(chǔ)連接形式關(guān)鍵設(shè)計(jì)

為增加基礎(chǔ)上下連接效果，電梯鋼框架柱與井道基礎(chǔ)采用Q235錨栓剛接，筏板基礎(chǔ)底部設(shè)置C20梅花形布置剪力鍵,插入中風(fēng)化巖層深度不小于1m（圖4）。

圖5 增設(shè)電梯與房屋原結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接立面布置圖（單位：mm）

圖3 增設(shè)電梯基礎(chǔ)立面布置圖（單位：mm）

圖4 鋼柱與基礎(chǔ)剛接及基底剪力鍵布置示意圖（單位：mm）

圖2 增設(shè)電梯基礎(chǔ)平面布置圖（單位：mm）

圖6 增設(shè)電梯與房屋原結(jié)構(gòu)連接短鋼梁梁端楔形蓋板平面圖（單位：mm）

圖7 加裝電梯房屋樓梯狀況、部分樓層無樓道板

2 電梯鋼框架構(gòu)與房屋原結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 某老舊小區(qū)增設(shè)電梯節(jié)點(diǎn)連接

由于鋼結(jié)構(gòu)自身重量小、結(jié)構(gòu)輕盈、外觀多色可選、造型豐富，增設(shè)電梯多采用該結(jié)構(gòu)類型[3]。以某老舊小區(qū)七層住宅增設(shè)鋼框架結(jié)構(gòu)外觀電梯為例，電梯框架四個(gè)角柱采用□200×200×5規(guī)格的Q235B方鋼管，中間設(shè)Q235B型鋼連接。電梯框架與原房屋主體采用型鋼+鋼板焊接、化學(xué)螺栓連接，螺栓孔為Ⅰ類鉆制孔，錨栓采用8.8級(jí)高強(qiáng)螺桿，單根錨栓的受拉承載力不小于25kN（圖5）。

根據(jù)施工過程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，該工程增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)電梯由于通過錨栓傳遞荷載較小，在對(duì)相連接原結(jié)構(gòu)梁柱進(jìn)行保護(hù)施工的情況下，對(duì)原房屋相連梁、柱無明顯影響[2]。

2.1 鋼框架強(qiáng)節(jié)點(diǎn)連接關(guān)鍵設(shè)計(jì)

對(duì)有抗震性能要求的梁柱剛性連接，在遭遇罕見強(qiáng)烈地震時(shí)，應(yīng)在構(gòu)造上保證電梯與房屋連接短鋼梁破壞先于節(jié)點(diǎn)破壞，保證梁柱節(jié)點(diǎn)的安全，即：采用“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則[4]。在不降低梁的強(qiáng)度和剛度的前提下，通過梁端加焊上下水平楔形蓋板，增強(qiáng)梁柱節(jié)點(diǎn)，防止因節(jié)點(diǎn)破壞造成的外掛電梯全部構(gòu)件破壞（圖6）。

3 房屋增設(shè)樓道板設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 某老舊小區(qū)增延樓道板

圖8加裝電梯樓梯改造立面布置（單位：mm）

圖9 加裝電梯樓梯改造平面布置（單位：mm）

根據(jù)老舊住宅的平、立面結(jié)構(gòu)布置，增設(shè)電梯停靠位置需選擇上下半個(gè)樓層。對(duì)于某些樓層無樓道板或原樓道板未延伸至樓梯間外墻的情況（圖7），就需將該位置樓道板做增設(shè)搭建或延伸處理（圖8、圖9），常用方法為墻面植筋[5]+樓板現(xiàn)澆，但模板支撐繁瑣、混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)，少量混凝土自拌質(zhì)量無法控制。本文中某老舊小區(qū)七層住宅增設(shè)鋼框架結(jié)構(gòu)外觀電梯同樣涉及到該類問題，因此壓型鋼板組合樓面[5]+檁條結(jié)構(gòu)是可行的替代方案，即由檁條+壓型鋼板替代滿堂支架和模板。該施工過程簡(jiǎn)便，且成型后壓型鋼板能夠增加樓板承載能力。

根據(jù)施工過程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，該工程采用檁條+壓型鋼板處理樓道板增設(shè)搭建或延伸處理問題，在對(duì)相連接原結(jié)構(gòu)梁柱進(jìn)行保護(hù)施工的情況下對(duì)原房屋相連梁、柱無明顯影響[2]。

3.2 房屋增設(shè)組合樓板關(guān)鍵設(shè)計(jì)

組合樓板中壓型鋼板使用壽命涉及鋼板質(zhì)量、建筑物使用環(huán)境等因素。一般壓型鋼板使用期限在8~15年左右，在滿足建筑功能、承載要求和方便施工的前提下，為提高壓型鋼板的覆蓋率和使用壽命，設(shè)計(jì)施工時(shí)采用以下思路：（1）根據(jù)主體結(jié)構(gòu)使用年限，對(duì)壓型鋼板做針對(duì)性的特殊防腐處理；（2）采用同材料鋼板做端頭封堵處理；（3）壓型鋼板設(shè)置梅花布置剪力鍵+周邊植筋，防止樓板開裂。

4 結(jié)論與展望

1）本文中設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究是在有效控制對(duì)原房屋基礎(chǔ)及相連梁、柱影響基礎(chǔ)上進(jìn)行的，對(duì)目前老舊住宅增設(shè)電梯設(shè)計(jì)存在問題提出了詳細(xì)、明確的設(shè)計(jì)方案，并通過施工過程變形監(jiān)測(cè)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。

2）本文中設(shè)計(jì)研究的電梯井基礎(chǔ)與上、下連接形式，可增加基礎(chǔ)上下連接效果，增強(qiáng)井道穩(wěn)定性，減少電梯運(yùn)行過程中震動(dòng)效應(yīng)，間接起到保護(hù)上部結(jié)構(gòu)安全性的作用。

3）本文中設(shè)計(jì)研究的電梯鋼框架與原房屋連接鋼梁梁端上下加焊水平楔形蓋板設(shè)計(jì)，在不降低梁的強(qiáng)度和剛度的前提下遇罕見強(qiáng)烈地震時(shí)，能保證鋼梁先于節(jié)點(diǎn)破壞，防止因節(jié)點(diǎn)破壞造成的全部構(gòu)件破壞。

4）本文中設(shè)計(jì)研究的增設(shè)樓道板設(shè)計(jì)，能夠有效防治樓板開裂，延長(zhǎng)增設(shè)樓板使用壽命。