老旧小区住宅加装电梯结构性能研究

马晓鹏 范永风

（甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050）

0 引言

老旧小区住宅加装电梯可以提高居民的生活舒适度，对小区的使用功能也有很大的提升作用，是目前老旧小区改造的方向。本文从加装电梯的结构方案和加装电梯技术设计两个方面论述住宅加装电梯的结构性能。

1 老旧小区加装电梯结构方案

1.1 加装电梯安装位置选择

老旧小区建造的年代不一样，建筑设计元素也不一样，所以单元门出入口的方位是不同的。在加装电梯位置选择时应根据不同的建筑物房间布局来决定，同时要减少对原有建筑物的改造。对旧楼进行改造时不能破坏原有的结构形式和原有建筑物的基础，而且应满足市政规划、建筑消防、结构抗震等要求。

老旧小区住宅的单元出入口多为“Z”型。这种结构形式的住宅，住户直接通过走廊乘坐加装的电梯，电梯井道靠近住宅楼放置，可减少对小区室外面积的占用。井道与住宅形成一体，提升住宅的美观度[1]。

电梯的安装位置可根据不同的住宅结构来进行选择。第一种形式是住户从加装电梯一侧进入，入户时从另一侧出电梯进入相应楼层。第二种形式是住户沿建筑物长边进入电梯，到达相应楼层后从侧面出电梯。第三种形式是住户先进入建筑内部通过走廊到达电梯，乘坐电梯到达相应的楼层。第四种形式较为特殊，有些老旧楼房周围有附属建筑或构筑物，加装的电梯离建筑物较远，这时先进入电梯到达相应楼层，然后通过连廊入户。

加装电梯结构可分为外装和内装两种形式。无论哪种形式的加装都要考虑住户的日照量和日照时间是否减少，考虑对公共区域占用是否会影响住户的日常生活。当采用外装时，首先考虑将电梯井道安装在建筑物的北侧，这样设置不会影响居民的采光和日照。如果单元出入口设置在南侧，只需在北侧填充墙上开电梯门洞，对原有建筑结构改变很小。如果单元出入口设置在北侧，电梯安装要留有住户通行的过道，从二楼开始在北面的墙上施工电梯门洞，电梯井道和建筑物通过连廊连接，这种电梯设置位置是最为常见的。

1.2 加装电梯井道的设计

要缩短老旧楼房加装电梯的工期，实现成片小区快速、高效的旧楼改造，首先考虑的问题是保持原有建筑物的结构不发生变化。在安装电梯时首先要有一个支撑轿厢的垂直运输的井道。井道根据施工材料的不同分为现浇钢筋混凝土井道、砖砌井道和钢结构井道三种，前两种井道需要对混凝土和砂浆进行制备和养护，所以施工时间较长，无法满足工期的要求。现阶段老旧楼房加装电梯都是通过钢结构来实现的，钢结构井道的部件可根据设计的尺寸提前在钢构厂中进行预制，运输到现场后进行拼装。这种施工方式施工质量高、工期短，相比较钢筋混凝土井道和砖砌井道自重轻，可减少对井道地基的压力。

在设计井道时首先应该考虑的问题就是井道的空间和载重量。根据《住宅规范》的要求，老旧楼房加装电梯的额定载重量不应小于300kg，轿厢门的净宽度不应小于800mm。对于小区进行改造时，既要满足规范的要求又要考虑单元住户的人数和通行流量，在此基础上使得加装电梯尺寸合理，降低成本和占地面积[2]。老旧楼房多为五六层的建筑，人流量不大，可设计成4人乘坐的电梯，轿厢面积设计为0.85m2，井道空间长1600mm，宽1550mm。电梯净尺寸长1000mm，宽850mm，电梯门设计800mm，这样可以满足轿厢门不小于800mm的要求，而且可以满足老人轮椅和儿童自行车的进出要求。加装电梯的钢结构井道设计为1600mm×1550mm，实际占用的室外面积为1900mm×1850mm，占地面积小对住户的通行不造成困难，对于底层住户可减少遮挡。对于七八层的老旧楼房，由于楼层较高住户人数较多，人流量增加，可考虑安装额定重量为630kg的电梯，井道空间为1600mm×1900mm。

《民用建筑设计标准规范实用手册》要求电梯结构井道和机房不应与主要用房临贴布置，应采取隔振隔声措施[3]。在加装电梯时电梯井道和建筑物之间隔一段过道，这样井道就不会和主要用房相邻，通过这种设计就不用在电梯井道外做隔振隔声措施。电梯井道内产生较大噪音和振动的是电梯的机房。电梯机房有三种，第一种是机房布置在井道顶部，称为上机房；第二种是机房布置在井道底部旁侧，称为下机房；第三种是机房布置在井道内部，称为无机房。

无机房就是利用较先进的生产技术，在机房内设备尽量保持原有性能的前提下，实现小型化，消除了传统顶部或底部的机房。这种机房在电梯井道侧部安装控制柜、曳引机、限速器等，以满足客户对高度和屋顶的特殊要求。无机房和有机房比较起来优势较为明显，首先无机房可以节省空间；其次由于不需要机房，建筑设计具有更大的灵活性和方便性；同时，由于机房取消，对于业主而言，无机房电梯的建设成本低于有机房电梯。最后无机房电梯可以解决电梯安装在有效高度的问题，因为无需单独设置电梯的主房间，可以有效降低建筑物的高度。同时，在不方便设置电梯间的地方，安装电梯可以很好地缓解建筑本身的空间问题。无机房电梯也有自己的缺陷，比如无机房电梯噪声显然比有机房大；无机房电梯的舒适度明显低于有机房电梯；无机房电梯不适用于1.75m/s或以上的高速电梯；同时，有房间的电梯比无机房的电梯在载重量和舒适性方面要好。

1.3 加装电梯基础的设计

在设计电梯和井道的基础设施之前，应尽可能多地收集现有建筑物的原始设计图纸，对结构性能进行检测和鉴定。考虑老旧楼房已使用多年，既有建筑物的结构和管道设计上可能和原来图纸存在较大差异，所以在加装设计之前应对地基土层进行详细地勘察。

在满足相关标准要求的情况下，可按照一个电梯钻一个勘察孔进行。勘察应确定不同管道的特性、埋深、路线和工作条件，同时考虑到管道一般埋设在2m以内，如果需要可以部分挖掘以精确定位管线位置。虽然加装电梯的建筑物一般在8层以下，但是老旧楼房的沉降已经稳定，电梯井道地基基础的设计强度可设定为丙级[4]。

加装电梯井道的基础可分为浅基础和深基础两类。以天然地基为基础的浅基础通常施工成本较低，但要考虑到浅基础范围内是否存在管线，如果有埋设的管线必须提前移动改线。

浅基础必须用天然地基作为持力层，如果遇到较薄的软弱土层需将土层挖去，将基础设置在承载力较高的原状土上才能施工。如果软弱土层超过3m，挖去土层不经济且有安全隐患，这时需要考虑深基础。老旧小区住宅基础坐落在地基土上的时间较长，沉降基本稳定，但是新建的井道有一定重量，后期会出现几厘米甚至十几厘米的沉降，这样连接井道和建筑的连廊就有倾斜、开裂的危险。

加装电梯较为常见的是深基础，深基础以桩基础为主。桩基有多种形式，可根据地层条件和当地经验选择。应该指出，安装电梯的地点一般都很窄，大型设备进入现场操作很困难，对施工过程中的噪声、振动有一定要求，对泥浆护壁钻孔灌注桩中泥浆的排出要求也很严格，所以泥浆护壁钻孔灌注桩由于受环境的限制，一般不能采用，而锤击沉桩噪声的影响难以接受。根据老旧小区电梯安装的环境要求，人工挖孔灌注桩、静压预制桩、微注浆钢管桩、树根桩在施工过程中无噪音、无振动而且桩基沉降量很小，可以很好地解决新建立井的沉降和倾斜问题。

2 老旧小区加装电梯技术方案设计

2.1 人工挖孔灌注桩

对旧建筑加装电梯的改造施工中，对增加井道的沉降要求是严格的。人工挖孔灌注桩很多都设计成端承桩，地下深层的卵石层或基岩可以为人工挖孔灌注桩提供更好的桩端承载力，人工挖孔桩的选择可以满足沉降要求。加装电梯均设置在原住宅外，由于场地条件狭窄，不宜使用大型桩基施工设备，因此，桩基施工多采用人工挖孔桩施工技术。该工艺具有易处理复杂地层、挖孔直观、易检查、质量高、承载能力强、施工无噪音、对住户干扰小、设备简单、对原建筑或管道无损伤等优点[5]。

首先，根据建筑物的轴线位置和混凝土灌注桩的平面布置，对灌注桩在现场的位置进行全面测量。现浇钢筋混凝土灌注桩的桩位放样是用白灰点确定桩位，再用短木棍插入地面进行标识，桩位允许偏差为20mm，从上到下人工用镐、锹挖掘，坚硬的土层用锤子或钎捣碎继续挖土。挖土时必须先挖中间部分，再挖周边，有效控制断面尺寸。开挖时要保证侧壁光滑平整，底面水平。为了防止在开挖过程中发生塌方，按照设计要求每开挖一段土层必须做护壁，护壁有砖砌护壁和混凝土护壁两种，现在常见的是混凝土护壁，每层护壁高度不大于1.2m，护壁混凝土强度不低于C25，浇注护壁混凝土时分层浇注并捣实，确保护壁稳定。

其次，为了使灌注桩钢筋笼具有足够的刚度，防止钢筋笼起吊时的扭歪变形，在主筋内侧每2m设置钢筋直径为16的加强箍筋。在放入钢筋笼子之前，绑上控制钢筋保护层厚度的塑料卡。安放钢筋笼时，对准孔的位置，慢慢下沉，避免碰触孔壁造成塌孔和虚土。钢筋笼安装完成后，应检查桩孔孔底虚土厚度。如果厚度超过设计要求，应重新清理，直至合格，并在保证桩孔直径、深度满足设计要求后浇筑混凝土。混凝土浇注采用导管下料，严禁在孔内往下铲或倾倒混凝土材料，以免产生离析现象，影响混凝土的整体强度。人工挖孔灌注桩施工完成后，在桩身强度达到设计要求后，要进行静载试验和桩身完整性试验，这两项试验应符合相关规范的要求。

2.2 电梯底坑

电梯底坑施工需要开挖基坑，一般深度约为2m，然后在更换或改移各种管道线路后完成基坑结构的浇筑，但是各种管道和线路的改移是非常困难的。为了解决这些问题，在电梯底坑施工时需要推广“浅底坑”技术。“浅底坑”技术主要解决地下管线移位难题，尽量不移位或少移位。这样，可以减少土方开挖及其淤泥污染，减少深基坑开挖引起的安全问题，大大加快电梯安装施工，降低对小区环境的影响。如果底坑在地面以下为0.5m或更浅，且已在各种现有管线之上，则设置刚性筏板基础，并使用桩基础穿过这些管道。只要能保证管道的正常使用和后期维护，就可以不更换或改变管道位置。在各种管道的现行规范中，仅燃气管道不允许从建筑物和大型构筑物下部穿越。为保证浅底坑以下管道的安全，开挖方式为人工开挖。应首先开挖暴露的管道，并在其上增加保护钢管。地基基础竖向承载力和水平侧向阻力能力较弱，应采用桩基础。

2.3 装配式电梯井道

在老旧楼房加装电梯的设计中，大部分采用的是钢结构井道。钢结构井道自重轻，可减少对地基的压力，但是钢结构本身有一些缺陷比如需要定期维护，而且维护成本较高。近年来装配式建筑的蓬勃发展，老旧楼房加装电梯时也可采用这种模式。组成混凝土井道的部品和部件在工厂中进行加工和制作，可提高构件的整体质量，节约材料，减少现场的模板使用量和建筑垃圾以及扬尘的出现。预制钢筋混凝土井道和钢结构井道相比较，施工速度不相上下，但具有防火、防腐、后期维护简单、成本低等特点。

装配式预制混凝土电梯井道作为一个整体，包括住宅小区内浇筑和工厂预制两部分。现场浇筑部分包括人工挖孔灌注桩、混凝土底坑、廊道底板、入口台阶、坡道等。预制件包括预制混凝土井道壁、廊道板、廊道框架、井道顶板。预制构件需要在工厂组装，形成单元组合件。该系统既能充分发挥传统混凝土结构的优点，又能实现工厂化生产、初步安装和现场组装安装。预制井道墙板在安装过程中采用钢筋套筒灌浆连接。这种连接形式主要用于加装电梯构件的竖向连接，钢筋灌浆套管埋入井壁构件下部纵向钢筋的相应位置。若采用外饰面一体化安装，则应在井内侧设置灌浆套管进出口孔；如果外表面最后安装，套管的孔可以向外侧，以便对套管进行灌浆。

电梯井道的安装分为预制厂组装和现场组装两种。在预制厂组装各类构件，组装前应按电梯井的尺寸制造底座，设置井道壁板的位置，临时支撑等工程所需的孔位置，应用斜撑在底座上临时固定墙板，斜撑杆的个数应大于2根，位于部件的同一侧，且杆和平面的角度大于60°。利用靠尺随时检查墙壁的垂直度，保证墙壁的垂直。吊起过程基本上与普通墙板吊起过程一致，但吊起位置完成后不增加斜支撑，利用对拉螺栓与井背墙板连接，对拉螺栓大于2根，在构件上均匀配置对拉螺栓，全部安装完成后，取下井道背后墙板的斜支撑。井道四壁临时支撑及相互定位完成后，将井道壁板四个相交角处的临时支撑模板连接并现浇，这样就完成一层井道的拼装。

井道组装完成后，整体运输至现场。由于构件组合成立方体，解决了竖向构件在小区站立的问题，减少了施工现场构件临时堆放。预制构件在和现场现浇构件结合时采用钢筋灌浆套筒连接，主要连接电梯井道壁板和电梯底坑。电梯井安装完毕，结构牢固后，拆除井道四壁间临时拉杆。

老旧小区后期加装电梯时对于电梯轨道安装精度要求很高，采用后期统一安装。因此，电梯轨道和管道的统一安装应在电梯井道安装完成且结构稳定后进行，以确保电梯后期稳定运行。连廊板与两侧连接所需的框架梁一起预制，局部现浇连接由梁端的U形环紧固钢筋、预制井道壁板和连廊框架的U形圈紧固钢筋组成。

3 结束语

住宅改造中加装电梯是对老旧小区功能提升的重要举措，本文从加装电梯的结构方案和加装电梯技术设计两个方面论述了住宅加装电梯的结构性能。在结构方案研究中主要探讨加装电梯安装位置的选择、加装电梯井道的设计和基础的设计，在技术设计研究中主要讨论常见的人孔挖孔灌注桩和较为先进的底坑施工及装配式电梯井道施工。在后期的研究中我们会不断完善结构方案和施工技术措施，使得老旧小区住宅加装电梯结构性能得到进一步提升。