装配式钢结构电梯井道在加装电梯施工项目中的技术优化管理探讨

2019/3/11 中国电梯 297

受当时经济水平所限,我国 20 世纪建造的住宅楼大都没有安装电梯设施,此类房屋已有很长使用时间,大多原住户都进入中老年龄阶段,缺少电梯设备的楼宇给住户出入带来诸多不便,加装电梯是业主们的迫切需求。为体现以人为本的精神,促进改善人居环境,在可能的情况下进一步完善或提高既有多层住宅的使用功能,为目前存在的大量没有设计和安装电梯的既有住宅建筑加装电梯,已经成为党和国家高度重视的一项重要民生工程。

1 几种常见的加装电梯施工方式

1.1 建筑物内新建井道

这类施工方式对原建筑物的电梯井道位置要求较高,由于需要占用建筑物内部的空间,此类方式多用于办公楼、宾馆、酒店、医院、商场、超市、餐厅、娱乐场所、加工车间等改建项目中。因为电梯井道及其通道需要占用建筑物原有的部分空间位置,特别是对于住宅楼而言,除非具有较大面积的天井、公共通道或其他可供利用的空间位置,否则这类建筑实施加装电梯的可能性较小。根据 gb/t 7025.1-2008《电梯主参数及轿厢、井道、机房型式与尺寸 第 1 部分:ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅵ类电梯》以及 gb 50096-2011《住宅设计规范》中“电梯候梯厅深度不应小于多台电梯中最大轿厢的深度,且不应小于1.50m”的要求,除住宅楼以外的其他类型的建筑物可以通过占有各楼层空间或部分房间,以满足电梯井道及候梯厅的尺寸要求。对于住宅楼而言,基本上没有加装电梯的合适位置。此类加装电梯的方式如图 1 所示。

1.2 建筑物外新建钢筋混凝土结构井道

这类施工方式需要在建筑物外选择适当的位置,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道。首先应确定电梯井道与建筑物的位置、尺寸关系,与建筑物的连接方式,同时还需考虑消防通道、绿化、采光分析等。

在建筑物外新建钢筋混凝土电梯井道,大多采用具有独立基础的设计方案,电梯井道与原建筑物无连接。一般情况下,将新建电梯井道的混凝土桩穿过或避开旧建筑物的基础放大脚,与原有基础底板彻底分开,如图 2所示。

桩基能够随新建电梯井道一起自由沉降,与旧建筑物的基础互不影响。由于旧的建筑物经过许多年的使用、预压,沉降已基本完成,地基耐力可提高 20% ~ 40%, 因此在旧建筑物基础底板上打几个桩洞,不会影响原有建筑物的正常安全使用,但在具体工程设计时应依据自然条件,综合考虑设计、施工等因素和相应的构造做法加以设计计算,确保工程结构的安全性。新钢筋混凝土加装电梯井道实例见图 3。

在建筑物外新建钢筋混凝土电梯井道的方式,仍属于传统意义的建筑施工方式,具有施工周期长、综合成本高、能耗大、现场管理难度大等缺点。由于现有的住宅小区属于具有常驻人口活动的场所,在施工过程中存在大量的不可控因素,容易引发意外事故。同时因现场存在大量的施工作业,会对居民的日常生活产生高空坠物、施工噪音、火灾隐患、出行困难等负面影响。

1.3 建筑物外新建钢结构井道

相对钢混电梯井道,新建钢结构电梯井道则能够节约施工周期和降低部分施工成本,但井道的底坑基础施工部分与钢筋混凝土电梯井道基本相同。

对于老旧住宅小区而言,这种施工方式与钢混井道施工带来的问题是一样的,而且由于在施工现场进行焊接作业,还增加了火灾隐患,同时钢结构的焊接质量受人工作业技能水平的影响因素较大,如图 4 所示。

2 装配式钢结构电梯井道的施工技术优势

2.1 装配式钢结构井道简介

装配式加装电梯钢结构井道是近五年来在电梯行业内研发的一个新产品,目前国内已有数家电梯整机制造商研制了多种机型。在设计环节中,该产品需要由具备相应资质的设计单位和设计师与电梯整机企业的产品设计工程师进行无缝合作,依据建筑行业及电梯行业的标准和规范进行设计,并充分考虑建筑物、电梯井道与电梯产品之间的相互关联性。

针对装配式钢结构井道现场快速施工和精密装配的特点,需要对产品进行非标开发和独立设计。该产品相对传统的加装电梯井道施工方式,具有如下几个显著的技术优势。

(1) 研发产品为专利产品。国内多家电梯厂商都研发了具有专利的装配式电梯井道,且通过了项目所在地建筑安全评估机构的专项评估。装配式井道的抗震设计类别丙类,抗震设防烈度 8 度,能抵御 50 年一遇的基本风压值 0.85kn/m2。在老旧住宅加装带钢结构一体化积木式电梯梯井的结构设计方案在技术上是可行的,按设计方案施工质量符合验收条款要求和相关国家施工验收规范要求。

(2) 井道占地面积小。以 630kg/8 人电梯为例,装配式加装电梯钢结构井道相比传统井道可节约占地面积30% 以上。包含钢结构井道和外部装饰,占地尺寸为宽2 100mm× 深 1 600mm, 约 3.36m2。 如采用 450kg/6人的产品, 则整体面积可以缩小为宽 2 100mm× 深1 250mm,约 2.63m2,是国内目前外形较小的加装电梯产品。具体尺寸如图 5 所示。

(3) 现场施工周期短。由于采用了装配式结构,可以实现现场的模块拼接安装方式,现场的吊装工作在一天内即可完成。加上井道底坑的土建施工和各楼层的门洞开孔及修复时间,一般 6 层站的加装电梯可在 40 ~ 45天内全部完成。相对传统的施工形式可以缩短工期一半以上,基本不受雨季或其他恶劣天气等外部影响。

(4) 产品预制质量高。该产品打破了传统电梯生产和现场安装方式,电梯钢结构井道和轿厢等主要零部件均在工厂内部预制,可提前完成传统方式 70% 以上的施工量,对产品质量的控制程度大幅提升,有效地减少了因现场施工中各个环节之间造成的多种质量问题。井道及电梯部件如图 6 所示。

(5) 对原有建筑结构无影响。传统的钢结构加装电梯井道一般都是依附在原有建筑物外墙结构上的,必须与原有建筑物的结构梁、构造柱等可靠连接。而装配式钢结构加装电梯井道一般具有独立基础结构,与原有建筑相对独立,如图 7 所示。

根据某工地的加装电梯的施工组织方案描述:“方案中梯井立柱设计采用刚性柱脚;梯井基础设计采用锚杆静压桩基础,设计桩截面 300mm×300mm,设计单桩竖向抗压承载特征值为 450kn,设计单桩抗拔承载特征值为 100kn,设计压桩力为 900kn,设计桩长暂定20m。”方案审核单位的结论为:“方案中电梯梯井结构布置合理,形成完整系统,设计的电梯载荷经承重井道梁、次要梁传至梯井立柱的传力线路正确,符合现行设计规范要求;井道梁间布置的槽钢支撑和角钢支撑、梯井与原建筑布置的斜撑和 t 型钢板支撑构成了梯井结构的支撑抗侧力系统,符合现行规范要求”。

2.2 关键生产工艺

装配式钢结构加装电梯井道全部在工厂内预制生产,根据现场测量的相关尺寸,分为与基础相连的底坑节、与各个楼层高度匹配的标准节和机房节等部件,楼层高度差部分则单独生产一个非标尺寸节。

具体尺寸及钢材选型如表 1 所示。

装配式钢结构加装电梯井道在电梯制造工厂内严格按照各项生产工艺要求逐步完成,其关键生产工艺主要如下。

(1) 原料检验。对钢材、玻璃、焊条、结构胶、不锈钢板等原材料按照相应的国家标准进行严格检验,确保材料源头质量符合要求。

(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、板材进行精准切割,保证了各结构尺寸的一致性。

(3) 表面处理。通过清洗除锈、防腐处理、防锈底漆、面漆处理等步骤,对钢材表面进行处理,确保井道的使用周期和防腐、防锈等现场要求。

(4) 精密焊接。使用专用的框架焊接平台、焊接机械人等现代生产设备,确保焊接质量。

(5) 严格自检。使用无损探伤等技术手段对焊缝等焊接质量进行检测,发现问题后及时修补。而传统方式在施工现场使用人工焊接的工艺则难以保证施工质量。

(6) 外部装潢。根据客户要求,使用钢化夹胶安全玻璃、彩钢板或铝板等装饰材料,对井道外围进行装饰装潢。使用结构胶密封各处缝隙,保证电梯井道的防水性能。

(7) 专业检验。由第三方检测检验机构进行焊接质量、漆膜厚度、防水性能、防火性能等各种性能测试,并出具相关检测报告,保证产品符合国家相关安全规范和技术标准要求。

2.3 现场施工流程

在施工现场的电梯井道土建基础施工完成并具备电梯安装条件后,电梯井道节、电梯轿厢、其他部件等整车从工厂发运至施工现场。现场采用起重机分节吊装,各节中间采用高强度螺栓连接,无现场焊接作业。7 层住宅楼在一天内基本完成整台井道和电梯的吊装就位工程,后期约需 10 ~ 15 天进行电梯各层站设备的安装和整机调试施工,以及楼层出入口的土建复原修饰工程。现场施工流程见图 8。

2.4 技术管理优势分析

根据加装电梯井道的施工过程管理内容,结合各种不同的井道产品,对比分析各自施工的技术管理优势,详见表 2 所述。

3 市场需求与社会效益

3.1 加装电梯市场潜力巨大

据统计,全国 31 个省、自治区、直辖市共有老旧小区约 15.9 万个,占地面积超过 20.3 亿 m2,建筑面积近35 亿 m2,涉及 7 千万~ 1 亿户居民,约 2 亿~ 3.5 亿人口,占城市总人口的三分之一。因此危旧房改造工作牵涉到老百姓的切实利益,也是一项十分重要的“民生工程”,已成为各地政府的一项重点工作。

同时,我国人口老龄化也成为目前不可忽视的社会问题。截至 2015 年底,60 岁以上的人口已达到 2.2 亿,占总人口 16.1%。中国人口老龄化进程如图 9 所示。

以上海为例,上海市截至 2015 年底 60 岁及以上老年人口已经达到 435.95 万,占户籍总人口比例 30.2%,居全国第一。老龄人口住宅建筑面积是 5.26 亿 m2,占总面积 56.6%,其中 7 层以下建筑的住宅面积 2.6 亿 m2,除去因布局不合理、设施老化需要拆迁的以外,需要加装电梯的是 2.2 亿 m2。到 2010 年,上海市区人口人均居住面积是 18m2,户均人口 2.8 人。如果以 7 层以下的建筑面积推算,加装电梯的需求量是 20 万~ 30 万部。

据预测,全国旧楼加装电梯市场至少有 10 ~ 15 年的发展空间,若解决全国的所有老年人上下楼问题,至少需要加装 280 万部电梯,总投资可达 7 500 亿,将带动社会全产业链的发展。

3.2 国家相关标准和修订情况

随着人口老龄化增速加快,我国已步入老龄化社会,住宅的电梯配置标准太低已是不争的事实。已有许多省市根据当地普通住宅的适老性要求,在地方标准中提出了新的要求。因此,全面提高相关国家标准的时机已经成熟。

随着住宅整体设备配套水平的提升以及住宅性能质量的全面提高,住宅总体价格提高的同时,电梯占住宅售价的比例相对减少。提高住宅电梯的设置标准,已成为市场经济条件下,住宅建设标准适应市场需求的客观要求。

其实我国早在 1954 年的《建筑设计规范》中关于电梯的设置就规定:“居住房间在五层以上或楼板面高出地平线 17 公尺时,应有电梯设备”。而根据传统的住宅技术经济指标测算,电梯占住宅的土建成本比例相对偏高,因此在 1987 年公布的 gb j96-87《住宅建筑设计规范》中将电梯的设置条件修改为“七层及七层以上的住宅,或最高住户入口层楼面距底层室内地面的高度在16m 以上的住宅,应设置电梯”。住建部于 1999 年公布的 gb 50096-1999《住宅设计规范》中重申“七层及七层以上住宅或住户入口层楼面距室外设计地面的高度超过 16m 以上的住宅必须设置电梯。”

从我国住宅可持续发展的角度出发,住宅设计的重要原则是土地集约化利用。住建部发布的《关于开展国家标准〈住宅设计规范〉局部修订工作的函》( 建标标函〔2016〕27 号 ) 要求适当提高住宅电梯的设置标准,有效引导住宅设计新的方向。并提出 4 层及 4 层以上住宅设置电梯,不等于鼓励大量建设 4 ~ 6 层的住宅。20 世纪八、九十年代,我国执行的标准是“七层 ( 含以上 ) 应设电梯”,这个期间 7 ~ 9 层设置电梯的住宅是极少的。

2000 年关于电梯设置的相关条文列为强制性条文并且不断加大执行力度,自 2005 年以来,不但未发现 7 层以上不设电梯的住宅,反而越来越多的 4 ~ 6 层住宅也设置了电梯。目前,提高住宅电梯的设置标准,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 ) 的要求,由原质检总局牵头,住建部等负责,加强既有住宅加装电梯相关技术标准制修订,促进既有住宅加装电梯工作。国内已有地方政府主管部门颁布加装电梯的技术导则,众多社会机构积极参与制订加装电梯的行业标准、团体标准等。

3.3 工程案例

以广州某加装电梯工程为例,简要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:广州市某小区。

建筑特点 :该建筑为教职工宿舍楼,1993 年建成并投入使用。建筑面积为 4 394.41m2,本工程主体为 9 层框架结构,基础为桩基础,室内外高差 0.5m。该工程为六度抗震设计,建筑耐火等级为二级,材料耐火极限一级。房屋结构使用年限为 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~ 7 月 26 日 ( 不含电梯检测验收 )。

电梯参数:额定载荷 450kg、乘员 6 人、额定速度1.0m/s。

停靠层站:9 层 7 站 7 门,停靠 1、3、4、5、6、7、8 层楼梯转角平台

加装电梯:该建筑二单元已于 2016 年成功加装电梯,采用钢筋混凝土井道 + 无机房乘客电梯的方式。一单元因传统形式加装的电梯位置超越规划红线无法审批,自2013 开始申请,直至 2017 年初计划采用装配式钢结构井道方案后,最终得到主管部门同意批复。

地理位置:处于一个三叉路口,日间交通繁忙,无法占用行车道。需要提前与交警部门协商占道施工的许可。经协商后允许施工期间占用一个非机动车道,用于停放吊车,电梯井道和部件只能占用小区道路 ( 见图10)。

规划位置:由于出入小区道路属一条共用道路,且距离住宅楼外侧护墙直线距离仅 1 750mm,电梯井道占地位置不能超出规划红线区域,所以传统形式的混凝土或钢结构井道无法满足电梯底坑土建尺寸需要。采用装配式钢结构方案后,包含外部钢化玻璃装饰在内的井道净深度仅为 1 250mm,完全能够满足现场条件,如图 11所示。

电梯方案:为减少业主爬楼梯次数,经过多次协商反复修改,最终确定电梯停靠一层基站,轿厢采用 90°转角门结构,在小区道路内侧进出轿厢,各停靠楼层的转角平台处进出住户,如图 12 所示。

现场底坑基础施工:根据地勘报告,电梯底坑基础采用桩基础施工方式。在桩基础上制作电梯底坑,保证施工尺寸要求。底坑内部尺寸为 2 200mm×1 350mm( 略有放大 )。

现场施工:根据现场测测量尺寸,确定吊车停放区域、各井道节临时堆放场地、电梯部件临时堆放场地等,在各方协调沟通后开始正式施工。因受下雨天气影响,吊装施工分为两天完成 ( 见图 13)。

工程效果:施工完成后,全体业主对这种新形式的加装电梯表示了充分认可,原来认为没有可能实现加装电梯的项目,在装配式钢结构井道的设计方案下实现了大家乘坐电梯上下楼的愿望。试运行当天,广州市内很多有加装电梯意愿但是通过传统方式无法实现的业主代表纷纷前来参观体验。加装后效果见图 14。

4 结语

在新时代下,随着我国国民经济的高速增长,我国的城市化建设也进入了新建与维修改造并重的阶段,部分发达大城市早已重点转入对旧建筑更新改造阶段,因此旧楼加装电梯已成为国家应对老龄化社会问题的一项重要措施。

如何在老旧社区中安全、可靠地加装电梯,已经成为各地政府主管部门关注的民生工程。国内如上海、天津、广州、四川、重庆等省市发布了相应的安全技术规范,正确指引旧楼加装电梯工程。

与传统的既有建筑加装电梯施工形式相比,装配式钢结构井道具有整体结构简单、现场安全隐患小、施工周期短、占地面积小、安全可靠、技术优化、管理便利等优势,因此必将在加装电梯市场中得到广泛和迅速的应用。

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