老舊住宅增設(shè)電梯結(jié)構(gòu)安全論證相關(guān)問題研究

羅鈞，潘廷明，張京街，曹淑上

（重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400016）

0 引言

上世紀70到90年代，為解決人們住房短缺的情況，興建了一大批6～8層的無電梯住宅。受當時國民經(jīng)濟發(fā)展水平的限制，這些住宅的設(shè)計未考慮無障礙設(shè)施，使得老年人上下樓極為不便，部分老人甚至常年不能進行戶外活動，影響老年人的身心健康。隨著社會的發(fā)展，人們對無障礙設(shè)施的需求日益增加，而作為解決行動不便人群的電梯無疑是最為重要的一環(huán)。目前國家和重慶市均大力推廣老舊住宅加裝電梯的相關(guān)事務(wù)。

基于此，本文對老舊住宅增設(shè)電梯工程結(jié)構(gòu)安全論證中應(yīng)考慮的相關(guān)問題進行了研究，總結(jié)了老舊住宅增設(shè)電梯的幾種常見形式，分析了老舊住宅增設(shè)電梯結(jié)構(gòu)安全論證過程中需考慮的因素，為老舊住宅增設(shè)電梯結(jié)構(gòu)安全論證提供一定的參考。

1 老舊住宅增設(shè)電梯的常見形式

1.1 混凝土結(jié)構(gòu)獨立井道+連廊

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)獨立井道+連廊是老舊住宅增設(shè)電梯的方式之一，但其施工工序復(fù)雜、工期長且受現(xiàn)場條件約束，應(yīng)用并不廣泛。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)獨立井道

鋼結(jié)構(gòu)獨立井道是在緊靠房屋外墻部位增設(shè)電梯，直接利用原房屋的門窗洞口作為電梯的出入口。這種增設(shè)電梯的方式不需要額外設(shè)置連廊，具有較好的經(jīng)濟性，但僅適用于外墻平整、樓前空間充裕、且增設(shè)電梯部位不堵塞疏散通道和妨礙底層住戶使用的情況[1]。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)獨立井道+連廊

鋼結(jié)構(gòu)獨立井道+連廊是在距離原房屋一定距離處增設(shè)電梯井道，并通過鋼結(jié)構(gòu)連廊將增設(shè)電梯井道與原房屋相連接的方式。這種增設(shè)電梯的方式不影響原房屋的使用功能，不占用消防疏散通道，適用于場地條件復(fù)雜的情況。

2 結(jié)構(gòu)安全論證的實施要點

根據(jù)《重慶市老舊住宅增設(shè)電梯建設(shè)管理暫行辦法》的相關(guān)規(guī)定，在辦理建設(shè)工程規(guī)劃許可證時，增設(shè)電梯申請人應(yīng)當向城鄉(xiāng)規(guī)劃主管部門報送增設(shè)電梯工程設(shè)計施工圖和具有建筑設(shè)計資質(zhì)的單位出具的結(jié)構(gòu)安全論證報告。

結(jié)構(gòu)安全論證是基于建設(shè)單位提供的原結(jié)構(gòu)圖紙、地質(zhì)勘查報告等原始資料和增設(shè)電梯設(shè)計圖紙資料，結(jié)合現(xiàn)場實際的調(diào)查情況，對增設(shè)電梯設(shè)計方案和增設(shè)電梯對原結(jié)構(gòu)安全影響進行評估的工作。結(jié)構(gòu)安全論證的準確與否直接關(guān)系著建筑物的使用安全和居民的人身財產(chǎn)安全，因此，論證工作必須建立在對原房屋結(jié)構(gòu)布置情況具有全面充分認識的基礎(chǔ)上，從增設(shè)電梯設(shè)計方案的合理性、對原房屋地基基礎(chǔ)的影響、對原房屋上部結(jié)構(gòu)的影響等方面對結(jié)構(gòu)安全論證工作的內(nèi)容進行客觀評估。

2.1 資料收集和分析階段實施要點

資料收集和分析是結(jié)構(gòu)安全論證的基礎(chǔ)，資料的完整性和準確性直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全論證結(jié)果的可靠性。

資料收集時，應(yīng)重點收集原房屋的竣工圖紙、地質(zhì)勘查報告、增設(shè)電梯的設(shè)計圖紙資料。無原房屋竣工圖紙的，應(yīng)當提供原房屋的結(jié)構(gòu)安全性檢測鑒定報告。若房屋竣工圖紙和結(jié)構(gòu)安全性檢測鑒定報告均無法提供時，評估前應(yīng)首先對房屋進行結(jié)構(gòu)平面布置測繪、材料參數(shù)及截面尺寸檢測、周邊環(huán)境調(diào)查等。

資料分析時，應(yīng)對收集的資料進行分析和檢查，確認資料的完整性。對原房屋的竣工圖紙，應(yīng)重點檢查原房屋的承重墻、柱、梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸、配筋信息、混凝土強度、砂漿強度和塊材強度信息是否明確表述，以及原房屋的地下管線位置信息是否明確表述；對增設(shè)電梯的設(shè)計圖紙資料，應(yīng)重點檢查增設(shè)電梯與原房屋的位置關(guān)系、增設(shè)電梯構(gòu)件與原房屋的連接形式是否準確表述。

資料的收集和分析完成后，應(yīng)進行現(xiàn)場實際情況的調(diào)查。現(xiàn)場調(diào)查應(yīng)檢查原房屋的結(jié)構(gòu)平面布置、地下管線走向是否與原竣工圖紙一致，檢查電梯井道擬布置部位周邊環(huán)境情況。當增設(shè)電梯構(gòu)件與原房屋相連接時，尤其應(yīng)當重點檢查原房屋與增設(shè)電梯構(gòu)件相連接部位的結(jié)構(gòu)布置，查清原房屋該部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件是混凝土構(gòu)件還是砌體構(gòu)件。筆者在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，對于磚混結(jié)構(gòu)房屋而言，圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置并不完全一致，部分房屋同時設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱，而部分房屋僅設(shè)置圈梁。原房屋連接部位的結(jié)構(gòu)布置將直接影響增設(shè)電梯構(gòu)件與原房屋連接的形式選擇，對混凝土構(gòu)件，增設(shè)電梯構(gòu)件可采用化學(xué)錨栓等方式進行連接[2]；對磚砌體，增設(shè)電梯構(gòu)件可采用掏縫擱置等方式進行連接，如圖1所示。

2.2 設(shè)計方案評估實施要點

增設(shè)電梯設(shè)計方案的評估主要在于結(jié)構(gòu)體系選擇、增設(shè)構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)的連接方式、電梯井道的整體穩(wěn)定性和抗側(cè)移措施等方面。

2.2.1 結(jié)構(gòu)體系選擇

老舊住宅增設(shè)電梯的形式多樣，既有緊貼原房屋的獨立井道結(jié)構(gòu)，也存在與原房屋以連廊相連接的獨立井道+連廊的形式。增設(shè)電梯形式的選擇應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場施工的可實施性、居民出入的便利性、消防通道留設(shè)等多方面因素。

在設(shè)計方案的可實施性方面，應(yīng)重點考慮增設(shè)電梯部位與地下管線的協(xié)調(diào)性，以及增設(shè)電梯部位與周邊建筑物或構(gòu)筑物之間的協(xié)調(diào)性。圖2所示為某老舊住宅增設(shè)電梯位置附近已存在輸電線路，設(shè)計方案評估時應(yīng)提請委托單位注意并采取處理措施。

在通道留設(shè)方面，應(yīng)重點考慮增設(shè)電梯后，居民出入口的留設(shè)寬度和疏散通道寬度能否滿足日常生活和相關(guān)規(guī)范對消防疏散的要求，增設(shè)電梯不應(yīng)占用原有消防疏散通道，設(shè)計方案評估時應(yīng)重點對消防疏散寬度進行復(fù)核。

2.2.2 增設(shè)構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)的連接方式

電梯井道與原房屋的關(guān)系可分為兩種，即無連接和有連接。無連接方式適用于電梯井道不高的情況。然而，增設(shè)電梯井道較高時，其整體側(cè)向剛度較小，為加強結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，常將增設(shè)電梯井道或增設(shè)連廊與原房屋進行連接。

設(shè)計方案評估時，應(yīng)重點注意以下兩個方面的問題：

（1）應(yīng)根據(jù)原房屋連接部位的結(jié)構(gòu)布置情況對連接形式進行評估，避免在磚墻上采用化學(xué)錨栓進行連接，抑或在混凝土構(gòu)件上采用掏孔的方式進行連接；

圖1 增設(shè)電梯構(gòu)件與原房屋的兩種連接形式

圖2 增設(shè)電梯附近存在輸電線路

（2）應(yīng)充分考慮增設(shè)電梯的結(jié)構(gòu)體系對連接形式的影響。對僅增設(shè)電梯井道的房屋，應(yīng)重點評估鋼柱與原房屋結(jié)構(gòu)在水平向連接的可靠性；對同時增設(shè)電梯井道和連廊的房屋，應(yīng)注意同時對連廊鋼構(gòu)件或混凝土構(gòu)件與原房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件在豎向和水平向連接的可靠性進行評估。

2.3 增設(shè)電梯對原結(jié)構(gòu)安全影響評估實施要點

增設(shè)電梯對原結(jié)構(gòu)安全影響的評估主要在于基坑開挖的影響、連接部位構(gòu)件承載能力的影響，以及房屋抗震性能的影響等。

2.3.1 增設(shè)電梯基坑開挖的影響

老舊住宅新增電梯一般具有電梯自重輕、載重量小的特點，增設(shè)電梯對地基持力層的要求較低，通常基坑開挖深度較淺。當原房屋采用端承樁基礎(chǔ)時，因樁基礎(chǔ)埋深較深，增設(shè)電梯對原房屋基礎(chǔ)的正常使用無顯著影響；當原房屋基礎(chǔ)采用淺基礎(chǔ)時，應(yīng)注意增設(shè)電梯基坑開挖應(yīng)避開原房屋基礎(chǔ)應(yīng)力擴散角的范圍，若必須在原房屋基礎(chǔ)應(yīng)力擴散范圍內(nèi)進行增設(shè)電梯基坑開挖施工，應(yīng)采取必要措施保障原房屋基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

圖3 原房屋標準層平面示意圖

在增設(shè)電梯的基坑開挖過程中，應(yīng)注意對原房屋基礎(chǔ)進行可靠的防護，防止對原房屋基礎(chǔ)造成破壞，減輕對原房屋地基土的擾動。

2.3.2 對連接部位構(gòu)件承載能力的影響

當增設(shè)電梯構(gòu)件與原房屋進行連接時，增設(shè)電梯井道和連廊的荷載將傳遞至原房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件，因此需要對原房屋相連部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力進行復(fù)核。若原房屋相連部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不能滿足使用要求，應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施進行處理。

2.3.3 對房屋抗震性能的影響

當增設(shè)電梯構(gòu)件與原房屋進行連接時，增設(shè)電梯將增加原結(jié)構(gòu)水平地震作用效應(yīng)。根據(jù)計算研究和工程實踐經(jīng)驗，一般增大幅度控制在5%以內(nèi)可以不考慮對原結(jié)構(gòu)的不利作用[3]。

因此在增設(shè)電梯安全論證時，應(yīng)當對增設(shè)電梯前后原房屋的水平地震作用進行對比分析，以確定是否需要對原結(jié)構(gòu)進行適當加固或?qū)υ鲈O(shè)電梯結(jié)構(gòu)布置進行調(diào)整。

3 項目應(yīng)用

某老舊小區(qū)住宅樓，共12層，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，未設(shè)置電梯等無障礙設(shè)施。為改善居住條件，住戶提出在樓梯入口處增設(shè)電梯，電梯門設(shè)置于第3、5、7、9、11層樓梯間休息平臺處，一道門可供兩層居民使用。

3.1 資料收集

對原房屋的竣工資料進行收集和分析可知：該房屋為混合結(jié)構(gòu)，1—5層承重墻為C20鋼筋混凝土剪力墻，6—7層承重墻為M10砂漿和MU15燒結(jié)普通磚砌筑而成，8—9層承重墻為M7.5砂漿和MU15燒結(jié)普通磚砌筑而成，10—12層承重墻為M5砂漿和MU10燒結(jié)普通磚砌筑而成，樓梯間墻體設(shè)置構(gòu)造柱。原房屋標準層平面布置示意圖見圖3。

對增設(shè)電梯設(shè)計資料進行收集和分析可知：增設(shè)電梯結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)獨立井道+鋼結(jié)構(gòu)連廊形式， 連廊設(shè)置于第3、5、7、9、11層樓梯間休息平臺處，連廊鋼梁與樓梯間構(gòu)造柱以化學(xué)錨栓連接。增設(shè)電梯標準層平面示意圖見圖4，鋼梁與原房屋混凝土構(gòu)造柱連接示意圖見圖5。

3.2 設(shè)計方案評估

根據(jù)原房屋竣工資料、增設(shè)電梯設(shè)計方案和周邊環(huán)境查勘可知：增設(shè)電梯部位與地下管線無沖突，周邊無構(gòu)筑物影響，電梯增設(shè)不占用原有疏散通道；新增連廊鋼梁與原房屋混凝土構(gòu)造柱以化學(xué)錨栓連接，可實現(xiàn)豎向和水平向的可靠連接。

3.3 增設(shè)電梯對原結(jié)構(gòu)安全影響評估

3.3.1 電梯基坑開挖影響

新加鋼結(jié)構(gòu)電梯質(zhì)量較輕、載重量小、基坑開挖深度較淺，在對原基礎(chǔ)進行可靠防護的情況下，新增電梯荷載和基坑開挖對原基礎(chǔ)無顯著影響。

3.3.2 對原房屋連接部位豎向承載能力的影響

圖4 增設(shè)電梯平面示意圖

圖5 鋼梁與原房屋混凝土構(gòu)造柱連接示意圖

表1 改造前后1-5層樓梯間墻體計算配筋面積

根據(jù)電梯廠家提供的電梯參數(shù)和增設(shè)電梯設(shè)計方案可知：新增電梯電機荷載設(shè)置在兩側(cè)導(dǎo)軌上，轎廂側(cè)導(dǎo)軌豎向力為27.47kN，對重側(cè)導(dǎo)軌豎向力為10.92kN；電梯梯井采用帶龍骨的4mm厚鋁塑板封閉，按2.0kN/m考慮；新增連廊鋼梁與原結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱以化學(xué)錨栓連接，該連接按鉸接考慮。基于上述參數(shù)對原房屋連接部位構(gòu)件的承載能力進行復(fù)核[4]。

計算分析得到改造前后1—5層樓梯間墻體(1/3)/(F)-(G)和(1/4)/(F)-(G)的配筋面積見表1。計算分析得到改造前后6—12層樓梯間墻體(1/3)/(F)-(G)和(1/4)/(F)-(G)的受壓承載能力R/(γ0S)見表2，表中R為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力，γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，S為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用效應(yīng)。計算分析結(jié)果表明，原有房屋在加裝電梯后，1—5層樓梯間墻體(1/3)/(F)-(G)和(1/4)/(F)-(G)的配筋面積未發(fā)生變化；6—12層樓梯間墻體(1/3)/(F)-(G)和(1/4)/(F)-(G)的受壓承載能力略有降低，降低幅度均在4%以內(nèi)，受壓承載力R/(γ0S)均大于1。

3.3.3 對房屋抗震性能的影響

根據(jù)電梯廠家提供的電梯參數(shù)和增設(shè)電梯設(shè)計方案，對房屋抗震性能的影響進行分析。

計算得到增設(shè)電梯前后，房屋地震作用下底層X、Y兩個水平方向剪力如表3所示。改造前后，房屋底層兩個方向水平地震剪力增加幅度均在5%以內(nèi)。

表3 改造前后原房屋底部剪力值

表2 改造前后6-12層樓梯間墻體受壓承載能力

3.4 結(jié)論

根據(jù)原房屋的竣工資料、增設(shè)電梯設(shè)計方案、現(xiàn)場勘查和計算分析的結(jié)果，得出結(jié)構(gòu)安全論證結(jié)論如下：該房屋增設(shè)電梯改造對原房屋基礎(chǔ)和相連墻體結(jié)構(gòu)安全無顯著影響。

4 結(jié)語

隨著使用要求的提高，老舊住宅增設(shè)電梯的需求極為迫切。本文總結(jié)了老舊住宅增設(shè)電梯的幾種常見形式，探討了老舊住宅增設(shè)電梯結(jié)構(gòu)安全論證過程中需考慮的因素，可為老舊住宅增設(shè)電梯結(jié)構(gòu)安全論證提供一定的參考。