既有建筑增设外挂电梯结构设计关键技术研究

冯德安，文凯，赵晓斌，丁金堂

（1秀山华信国有资产经营有限公司，重庆 401147；2重庆华筑建筑设计集团有限公司，重庆 401120；3重庆市建筑科学研究院，重庆 400016）

0 引言

老旧住宅，指初始取得房地产权证满10年及以上的住宅。老旧住宅从使用功能、居住条件、出行条件等方面考虑，已落后于目前城市更新的速度。因此，为完善该类住宅使用功能、改善居住条件、方便居民出行，2017年6月重庆市人民政府办公厅发布《重庆市老旧住宅增设电梯建设管理暂行办法》，文件指示在本市城镇范围内，国有土地上4层及以上未设电梯的老旧住宅外墙可申请增设电梯。目前，自政策发布以来不足两年，老旧住宅加装电梯仍处于起步阶段，加装电梯设计、施工等关键环节尚存在可深化研究空间。

目前，老旧住宅增设电梯多采用钢框架结构+钢化玻璃维护型式，该结构型式具有施工快捷、绿色环保等特点，视觉效果较混凝土结构更轻盈，采光效果更好。设计时主要考虑电梯钢结构本身安全性和稳定性。在保证结构安全、实现建筑功能的基本要求下深化设计，通过关键技术研究能够在一定程度上节约资源、控制工程建筑质量水平，也能够在建筑物艺术风格、人文需求理念等方面满足居民对高质量生活水平的追求。

图1 某小区加装钢框架电梯前后效果对照

表1 某老旧小区七层住宅增设电梯施工变形监测分析

以某老旧小区七层住宅增设钢框架结构外观电梯为例（图1），本文将老旧住宅加装电梯设计分为三个关键技术环节进行设计研究：①电梯井基础设计研究；②电梯钢结构与房屋原结构节点连接设计研究；③房屋增延楼道板设计研究。

为验证本次设计、施工效果，在施工过程中对房屋四大角及与电梯相连框架柱进行变形监测，各主要施工阶段主要变形监测点数据详见表1。

1 电梯井基础设计关键技术研究

1.1 某老旧小区增设电梯井道基础

老旧住宅不管是砖混结构还是框架结构，增设电梯技术可行性大，仅需几平米的电梯井通道空间。在不压缩原住宅空间的前提下，为避免损伤原房屋结构，可通过在外围修建外挂电梯来解决[1]，其中贴墙式外挂电梯居多，位置宜选在原楼道进出口处，与原墙体距离一般设置在50cm以内（图2）。该类电梯井位置位于原房屋基础外围且有一定距离，能够减少对房屋原基础的扰动；也可缩短新旧结构的连接距离，保证稳固的连接效果。但缺点是该位置地下管线埋置较复杂，因此合理的电梯井基础结构型式及最小的开挖深度，既可减少地下管线改造，也可降低造价成本，应作为设计关键环节进行研究。

以某老旧小区七层住宅增设钢框架结构外观电梯为例，其贴墙式外挂电梯井道地基基础底面标高设计在凿除风化严重岩层后略低于原楼房基础深度，基础持力层设置在中风化岩层上，采用50cm厚筏板基础。地坪线以下设置井道短墙，厚度25cm，井道短墙竖向主筋在基础内锚固长度不小于40d，电梯井基础混凝土强度等级采用C35（图3）。

根据施工过程监测数据分析，在对原房屋基础进行有效防护的情况下，增设电梯基坑开挖及电梯井施工对原房屋上部结构及地基基础无明显影响[2]。

1.2 电梯井基础连接形式关键设计

为增加基础上下连接效果，电梯钢框架柱与井道基础采用Q235锚栓刚接，筏板基础底部设置C20梅花形布置剪力键,插入中风化岩层深度不小于1m（图4）。

图5 增设电梯与房屋原结构节点连接立面布置图（单位：mm）

图3 增设电梯基础立面布置图（单位：mm）

图4 钢柱与基础刚接及基底剪力键布置示意图（单位：mm）

图2 增设电梯基础平面布置图（单位：mm）

图6 增设电梯与房屋原结构连接短钢梁梁端楔形盖板平面图（单位：mm）

图7 加装电梯房屋楼梯状况、部分楼层无楼道板

2 电梯钢框架构与房屋原结构节点连接设计关键技术研究

2.1 某老旧小区增设电梯节点连接

由于钢结构自身重量小、结构轻盈、外观多色可选、造型丰富，增设电梯多采用该结构类型[3]。以某老旧小区七层住宅增设钢框架结构外观电梯为例，电梯框架四个角柱采用□200×200×5规格的Q235B方钢管，中间设Q235B型钢连接。电梯框架与原房屋主体采用型钢+钢板焊接、化学螺栓连接，螺栓孔为Ⅰ类钻制孔，锚栓采用8.8级高强螺杆，单根锚栓的受拉承载力不小于25kN（图5）。

根据施工过程监测数据分析，该工程增设钢结构电梯由于通过锚栓传递荷载较小，在对相连接原结构梁柱进行保护施工的情况下，对原房屋相连梁、柱无明显影响[2]。

2.1 钢框架强节点连接关键设计

对有抗震性能要求的梁柱刚性连接，在遭遇罕见强烈地震时，应在构造上保证电梯与房屋连接短钢梁破坏先于节点破坏，保证梁柱节点的安全，即：采用“强柱弱梁、强节点弱构件”的设计原则[4]。在不降低梁的强度和刚度的前提下，通过梁端加焊上下水平楔形盖板，增强梁柱节点，防止因节点破坏造成的外挂电梯全部构件破坏（图6）。

3 房屋增设楼道板设计关键技术研究

3.1 某老旧小区增延楼道板

图8加装电梯楼梯改造立面布置（单位：mm）

图9 加装电梯楼梯改造平面布置（单位：mm）

根据老旧住宅的平、立面结构布置，增设电梯停靠位置需选择上下半个楼层。对于某些楼层无楼道板或原楼道板未延伸至楼梯间外墙的情况（图7），就需将该位置楼道板做增设搭建或延伸处理（图8、图9），常用方法为墙面植筋[5]+楼板现浇，但模板支撑繁琐、混凝土浇筑养护周期长，少量混凝土自拌质量无法控制。本文中某老旧小区七层住宅增设钢框架结构外观电梯同样涉及到该类问题，因此压型钢板组合楼面[5]+檩条结构是可行的替代方案，即由檩条+压型钢板替代满堂支架和模板。该施工过程简便，且成型后压型钢板能够增加楼板承载能力。

根据施工过程监测数据分析，该工程采用檩条+压型钢板处理楼道板增设搭建或延伸处理问题，在对相连接原结构梁柱进行保护施工的情况下对原房屋相连梁、柱无明显影响[2]。

3.2 房屋增设组合楼板关键设计

组合楼板中压型钢板使用寿命涉及钢板质量、建筑物使用环境等因素。一般压型钢板使用期限在8~15年左右，在满足建筑功能、承载要求和方便施工的前提下，为提高压型钢板的覆盖率和使用寿命，设计施工时采用以下思路：（1）根据主体结构使用年限，对压型钢板做针对性的特殊防腐处理；（2）采用同材料钢板做端头封堵处理；（3）压型钢板设置梅花布置剪力键+周边植筋，防止楼板开裂。

4 结论与展望

1）本文中设计关键技术研究是在有效控制对原房屋基础及相连梁、柱影响基础上进行的，对目前老旧住宅增设电梯设计存在问题提出了详细、明确的设计方案，并通过施工过程变形监测验证了设计方案的可行性。

2）本文中设计研究的电梯井基础与上、下连接形式，可增加基础上下连接效果，增强井道稳定性，减少电梯运行过程中震动效应，间接起到保护上部结构安全性的作用。

3）本文中设计研究的电梯钢框架与原房屋连接钢梁梁端上下加焊水平楔形盖板设计，在不降低梁的强度和刚度的前提下遇罕见强烈地震时，能保证钢梁先于节点破坏，防止因节点破坏造成的全部构件破坏。

4）本文中设计研究的增设楼道板设计，能够有效防治楼板开裂，延长增设楼板使用寿命。