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由于当时经济水平所限,我国20世纪建造的住宅楼大多未安装电梯设施,此类房屋使用时间较长,原有居民大多已步入中老年阶段,楼宇缺乏电梯设备给居民带来不便。为体现以人为本的精神,促进居住环境改善,在可能的情况下进一步改善或提升现有多层住宅楼的使用功能,为大量未设计电梯的既有建筑提供解决方案。对既有住宅楼加装电梯已成为党和国家高度重视的一项重要民生工程。
1 电梯安装的几种常见方法
1.1 建筑物内新增竖井
此种施工方式对原有建筑电梯井道位置要求较高,由于需要占用建筑内部空间,因此多用于写字楼、宾馆、医院、商场、超市、餐厅、娱乐场所、加工车间等。由于电梯井道及其通道需要占用建筑原有部分空间,尤其是住宅建筑,除非有较大的天井、公共通道或其他可利用空间,否则此类建筑不太可能安装电梯。根据GB/T 7025.1-2008《电梯主要参数和轿厢、井道、机房型式与尺寸第1部分:I、II、III、VI类电梯》及GB 50096-2011《住宅设计规范》规定“电梯厅的进深不应小于多台电梯中最大的电梯轿厢进深,且不应小于1.50m”。除住宅建筑外的其他类型建筑,可以占用各楼层或部分房间的空间,以满足电梯井道和电梯厅的尺寸要求。对于住宅建筑来说,基本上没有适合安装电梯的位置。该类电梯安装方式如图1所示。
1.2 建筑物外部新建钢筋混凝土竖井
该类施工方式需要在建筑外部选择合适位置,现场搭建施工脚手架,采用传统方式制作钢筋混凝土电梯井。首先要确定电梯井与建筑的位置、尺寸关系,以及与建筑的连接方式,还需要考虑消防逃生路线、绿化、采光分析等。
在建筑物外建设钢筋混凝土电梯井时,多数设计采用独立基础,电梯井不与原有建筑物相连,一般新建电梯井混凝土桩会穿过或避开旧建筑物基础,桩脚与原基础板完全脱开,如图2所示。
桩基础可随新建电梯井自由沉降,不会对旧建筑基础造成影响。由于旧建筑已使用多年并已预应力,沉降已基本完成,基础耐久性可提高20%~40%。因此,在旧建筑基础板上钻几个桩孔,不会影响原建筑的正常安全使用。但在具体工程设计中,应根据自然条件,综合考虑设计、施工等因素及相应的结构做法,进行设计计算,确保工程结构的安全。增设新钢筋混凝土电梯井实例如图3所示。
在建筑外部修建钢筋混凝土电梯井的方法仍为传统施工方法,存在施工周期长、综合造价高、能耗大、现场管理难度高等缺点,常住人口在施工过程中存在大量不可控因素,极易引发事故,同时由于现场施工量大,会给居民日常生活带来高空坠物、施工噪音、火灾隐患、出行困难等负面影响。
1.3 建筑物外部新建钢结构井道
新建钢结构电梯井与钢筋混凝土电梯井相比,可以节省施工工期,降低部分工程造价,但井道底坑基础施工部分与钢筋混凝土电梯井基本相同。
对于老旧小区来说,这种施工方式带来的问题与钢混竖井施工相同,另外由于焊接作业是在施工现场进行的,也增加了火灾隐患,同时钢结构的焊接质量受人工作业的影响,技术水平的影响因素比较大,如图4所示。
2 预制钢结构电梯井道施工技术优势
2.1 装配式钢结构井道简介
装配式钢结构井道是电梯行业近五年来发展起来的新产品,目前国内已有多家电梯生产厂家开发了多种型号,该产品在设计阶段需要由有资质的设计单位和设计人员与电梯设备公司的产品设计工程师无缝协作,按照建筑行业和电梯行业的标准和规范进行设计,充分考虑建筑物、电梯井道和电梯产品的相互关系。
针对预制钢结构井道现场快速施工、精准装配的特点,需要进行产品的非标开发和自主设计。与传统加设电梯井道的施工方式相比,该产品具有以下显著的技术优势。
(1)该研发产品为专利产品,国内多家电梯生产厂家研发了具有专利权的预制电梯井道,并通过了项目所在地建筑安全评估机构的专项评估,该预制井道抗震设计类别为丙级,抗震设防烈度为8度,可承受50年一遇基本风压0.85kN/m2。在老旧住宅建筑中安装钢结构一体化模块化电梯井道的结构设计方案技术上可行,施工质量符合验收条款及国家相关工程验收标准。
(2)井道占地面积小。以630kg/8人电梯为例,预制电梯钢结构井道比传统井道可节省占地面积30%以上,包括钢结构井道及外装修,占地面积为2 100mm宽×1 600mm深,约3.36m2。若采用450kg/6人产品,整体占地面积可缩小至2 100mm宽×1 250mm深,约2.63m2,是目前国内最小的附加电梯产品。具体尺寸见图5。
(3)现场施工工期短。由于采用装配式结构,可实现现场模块拼接安装,现场吊装工作一天内即可完成,加上竖井坑土建、各层门洞开挖等,6层车站的安装时间可在40至45天完成。与传统施工方式相比,施工工期可缩短一半以上,且基本不受雨季或其他恶劣天气等外界因素影响。
(4)预制产品质量高。该产品打破了传统电梯生产、现场安装方式,电梯钢结构井道及轿厢等主要部件均在工厂预制,可提前完成传统方式70%以上的施工量。产品质量可控程度大大提高,有效减少了现场施工中各环节造成的各类质量问题。井道及电梯部件如图6所示。
(5)不影响原有建筑结构。传统钢结构加装电梯井一般依附于原有建筑外墙结构,须与原有建筑结构梁、柱可靠连接。而装配式钢结构加装的电梯井一般有独立的基础结构,与原有建筑相对独立,如图7所示。
根据某工地安装电梯的施工组织方案描述:“方案中梯井柱设计采用刚性柱脚;梯井基础设计采用锚杆静压桩基础,桩截面设计为300mm×300mm,单桩竖向抗压承载特征值设计为450kN,设计单桩抗拔承载特征值设计为100kN,设计桩压为900kN,设计桩长暂定为20m。”方案审查单位的结论是:“方案中电梯井结构布置合理,体系完备,设计的电梯荷载通过承重井梁、次梁传递到井柱,传递线路正确,符合现行设计规范的要求。”在井道梁与井道及原有建筑物之间布置的槽钢支撑、角钢支撑,以及布置的斜撑和T型钢板支撑,构成阶梯井道结构的支撑抗侧力体系,满足现行规范的要求。
2.2 主要生产工序
装配式钢结构安装的电梯井道均为工厂预制,根据现场测量的相关尺寸,分为与基础相连的底坑段、与各层高度相匹配的标准段、机房段,非标准尺寸段另行生产。
具体尺寸及钢材选择如表1所示。
预制钢结构电梯井道的安装在电梯制造工厂内严格按照各项生产工艺要求逐步完成,其关键生产工序主要有以下几点。
(1)原材料检验。钢材、玻璃、焊条、结构胶、不锈钢板等原材料均严格按照国家相关标准进行检验,确保源材料质量符合要求。
(2)分段切割。采用高精度数控锯床、激光切割机等设备,对钢材、板材进行精确切割,保证各段结构尺寸的一致性。
(3)表面处理。钢材表面经过清理除锈、防腐处理、防锈底漆、面漆处理,保证轴的使用寿命和防腐、防锈等现场要求。
(4)精密焊接。采用专用车架焊接平台、焊接机器人等现代化生产设备,保证焊接质量。
(5)严格自检。利用无损检测等技术手段,对焊缝等焊接工艺质量进行检查,发现问题及时修复。传统施工现场采用手工焊接工艺,难以保证施工质量。
(6)外部装饰。根据客户要求,采用钢化夹胶安全玻璃、彩钢板或铝板等装饰材料对井道外部进行装饰。采用结构胶密封缝隙,确保电梯井道的防水性能。
(7)专业检测。由第三方检测检验机构对产品进行焊接质量、漆膜厚度、防水性能、防火性能等各项性能检测,并出具相关检测报告,确保产品符合国家相关安全法规和技术标准。
2.3 现场施工流程
施工现场电梯井道土建施工完毕,具备电梯安装条件后,电梯井道段、电梯轿厢、其他部件等整车由工厂发运至施工现场,现场采用吊车分段吊装,各节间采用高强度钢螺栓连接,无现场焊接。7层住宅楼整栋井道及电梯吊装安装基本在一天内完成钢结构柱底板,电梯各楼层设备安装、整机调试完成约需10~15天。楼层出入口土建修复改造。现场施工流程见图8。
2.4 技术管理优势分析
根据电梯井道安装施工过程管理内容,结合各类井道产品,对其各自施工的技术管理优势进行比较分析,详见表2。
3 市场需求及社会效益
3.1加装电梯市场潜力巨大
据统计钢结构柱底板,全国31个省、自治区、直辖市共有旧住宅小区约15.9万处,占地面积20.3亿多平方米,建筑面积近35亿平方米,涉及7000万至1亿户,约2亿至3.5亿人。因此,危房改造事关人民群众的实际利益,也是十分重要的“民生工程”,已成为地方政府的重点工作。
与此同时,我国人口老龄化已成为不容忽视的社会问题,截至2015年底,60岁以上人口已达2.2亿,占总人口的16.1%,中国人口老龄化进展情况见图9。
以上海为例,截至2015年底,上海市60岁及以上老年人口已达435.95万人,占户籍总人口的30.2%,居全国首位。老年人居住建筑面积5.26亿平方米,占总面积的56.6%。其中,7层以下建筑面积2.6亿平方米,扣除因布局不合理、设施老化等需要拆除的,需加装电梯2.2亿平方米。2010年,上海市城镇人口人均居住面积为18平方米,平均人口为2.8人,若按7层及以下建筑面积计算,加装电梯需求量为20万~30万台。
据预测,全国老旧建筑加装电梯市场至少还有10至15年的发展空间,若解决所有老年人上下楼梯问题,至少需加装280万台电梯,总投资达7500亿元,将带动整个社会产业链的发展。
3.2 国家相关标准及修订
随着人口老龄化水平的快速增长,我国已步入老龄化社会,住宅电梯配置标准过低已是不争的事实,不少省市已在地方标准中根据当地普通住宅建筑对老年人的要求提出相应要求,因此,全面完善相关国家标准的时机已经成熟。
随着住宅建筑整体装备水平的提高和住宅性能质量的全面提升,住宅建筑整体售价上升,而电梯在住宅销售价格中的比重相对下降。完善住宅电梯安装标准已成为市场经济条件下住宅建设的关键问题。标准适应市场需求的客观要求。
其实,早在1954年,我国《建筑设计规范》就规定“住宅房间在五层以上或楼面距地面高度在17米以上时,应设有电梯”。按照传统住宅技术、经济指标,电梯在住宅建筑造价中所占比例较高,因此在1987年颁布的GB J96-87《居住建筑设计规范》中,对电梯的设置条件进行了修订,规定“七层以上的居住建筑,或最高入口层距首层室内层高超过16m的居住建筑,应设置电梯”。住房和城乡建设部在GB 50096-1999《居住设计规范》中重申“七层以上的居住建筑或入口层距室外设计地面高度超过16m的居住建筑,必须设置电梯”。
从我国住房可持续发展的角度看,住宅设计的重要原则是集约利用土地。住房和城乡建设部下发的关于部分修订国家标准《住宅设计规范》的函(建标函[2016]27号)明确指出,20世纪80、90年代住宅电梯安装标准应适当提高,有效引导住宅设计新方向。并提出,4层以上住宅建筑安装电梯并不意味着鼓励大量建设4-6层住宅建筑。目前,我国执行的标准是“七层(含以上)建筑应安装电梯”,这一时期,7至9层安装电梯的住宅建筑非常少。
2000年,电梯安装相关规定被列为强制性规定,执行力度不断加大。自2005年起,不仅没有发现7层以上住宅楼未安装电梯,而且越来越多的4至6层住宅楼也安装了电梯。目前,提高住宅电梯安装标准已成为历史的必然选择。
根据《国务院办公厅关于加强电梯质量安全工作的意见》(国办发〔2018〕8号)要求,由原质检总局牵头,住房城乡建设部等部门负责,加强既有居住建筑加装电梯相关技术标准的制定,并积极推进既有居住建筑加装电梯工作。我国地方政府部门纷纷出台电梯加装技术指南,众多社会组织积极参与电梯加装行业标准、团体标准的制定。
3.3 项目案例
以广州某电梯安装工程为例,简单说明装配式钢结构井道在既有建筑电梯项目中的应用。
项目地点:广州某住宅小区。
建筑特点:该建筑为教职工宿舍,1993年建成投入使用,建筑面积4394.41m2。本工程主体为9层框架结构,桩基础,室内外高差0.5m。建筑抗震设计,耐火等级为二级,耐火极限为一级。建筑结构使用年限50年,结构安全等级为二级,框架抗震等级为四级。
施工时间:2017年6月5日至7月26日(不含电梯验收)。
电梯参数:额定载重量450kg、载客6人、额定速度1.0m/s。
停靠楼层:9楼7站7门,停靠1楼、3楼、4楼、5楼、6楼、7楼、8楼楼梯转角站台
加装电梯:大厦二单元于2016年成功加装电梯,采用钢筋混凝土井道+无机房乘客电梯,一单元因传统电梯安装位置超出规划红线而无法审批,自2013年起一直申请,直到2017年初,采用预制钢结构井道方案的方案才最终得到主管部门的批准。
地理位置:位于三岔路口,白天车流量大,不能占用道路,需提前与交警部门协商允许占用道路施工,经协商允许施工期间占用非机动车道停放吊车、电梯井及构件,只能占用社区道路(见图10)。
规划地点:由于小区进出道路为共用道路,且距居民楼外墙直线距离仅为1750mm,电梯井不能超出规划红线区域,因此传统的混凝土或钢结构井道无法满足电梯底坑的土建尺寸要求。采用装配式钢结构方案后,包括外部钢化玻璃装饰在内的井道净深度仅为1250mm,完全可以满足现场条件,如图11所示。
电梯方案:为了减少业主爬楼梯的次数,经过多次协商和反复修改,最终决定电梯停靠在一楼基站,电梯轿厢采用90°转角门结构,进出小区道路内侧,出入各停靠楼层的转角平台,方便居民,如图12所示。
现场坑基础施工:根据地质勘察报告,电梯坑基础采用桩基础施工方式,电梯坑在桩基础上制作,保证施工尺寸要求,坑内尺寸为2200mm×1350mm(略有放大)。
现场施工:根据现场测量尺寸,确定起重机停放区域、各井段临时存放地点、电梯部件临时存放地点等,经各方协调沟通后正式开始施工。由于天气原因,吊装施工分为两部分进行。全系统在一天内完成(见图13)。
项目效果:施工完成后,各位业主充分认可了这种新型的加装电梯形式,原本认为不可能加装电梯的项目在装配式钢结构井道的设计下得以实现。试运行当天,广州很多想加装电梯但又无法通过传统方式加装电梯的业主纷纷前来参观体验。安装后效果如图14所示。
4 结论
进入新时期,随着我国国民经济的快速增长,我国城镇化建设也进入新建与维护改造并重的阶段,一些发达的大城市已经把旧楼改造作为重点,因此,旧楼改造加装电梯已成为国家应对老龄化社会问题的重要举措。
老旧小区如何安全可靠地加装电梯,已成为当地政府部门关注的民生工程,国内上海、天津、广州、四川、重庆等省市均出台了相应的安全技术规范,正确指导老旧小区楼宇的电梯安装工程。
相比于既有建筑加装电梯的传统施工方式,预制钢结构井道具有整体结构简单、现场安全隐患少、施工周期短、占地面积小、安全可靠、技术优化、管理方便等优点,必将在电梯安装市场得到广泛而迅速的推广应用。