已有多层住宅加装电梯的可行性研究摘要多层住宅是我国居民的主体住房由于过去在技术和经济上的原因已建的多层住宅中尚有较多的遗留问题随着城市老龄人口的增长以及人们生活质量的提高居民出行在得到良好的陆地公共交通设施服务的同时也渴望得到便捷的垂直交通工具因此多层住宅加装电梯问题是一个具有现实意义的研究课题对已多层有住宅加装电梯是一个综合性的系统工程涉及到跨学科方面的知识本文主要从建筑结构知识电梯专业技术知识等范畴讨论了上海地区已有多层住宅的结构特点加装电梯的空间使用电梯技术支持以及加装项目的管理及融资等问题在文章的最后以钢结构形式的外加井道为例利用有限元的方法分析了中心导向双点悬挂无机房电梯在运行载荷和地震作用下的反应探讨外加的井道对原有建筑物的附加载荷关键词已有住宅加装电梯建筑结构电梯技术RESEARCHONTHEFEASIBILITYOFINSTALLINGELEVATORTOTHEEXTSTENT MULTI-FLOOR BUILDINGABSTRACTChina,,withthemoreoldpeopleandbetterlifequalities,nowada ystheresidenthavegottennicerservicesonlandpublictraffic,.Itisanall-aroundsystemtoinstallelevatortotheexistentmulti-floorbuilding,,manyfactorshavebeendiscussed,whichincludethech aractersofmulti-floorbuildingsinShanghaizero,theusesofspaceforinstallingelev ators,theservicesofelevatortechnologyandthemanagementandinve stmentsoftheinstallationproject,,basedon a supposedsteelhoistw ay,thereactionsofhoistwaytobuildingbemadebyfiniteelementanal ysismethodundertherunningstatusandearthquakestatus.KEYWORDS:existentmulti-floorbuilding,installingelevator,architecturestructure,elevatort echnology上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名日期年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文保密在年解密后适用本授权书本学位论文属于不保密请在以上方框内打学位论文作者签名指导教师签名日期年月日日期年月日第一章绪论已有住宅电梯配置概述城市住宅建设涉及到千家万户的切身利益国家根据国民经济发展水平的可能和人民群众居住条件改善的需要制定了不同的住宅建设标准何时开始设电梯是个居住标准的问题各国的标准不同在欧美一些国家一般规定四层以上设电梯而前苏联日本等国家规定六层起始设电梯我国1954年建筑设计规范中规定居住房间在五层以上或最高层的楼板面高出地平线在17公尺以上时应有电梯设备1987年住宅建筑设计规范规定了七层(含七层)以上应设电梯但10多年来全国除北京上海严格执行规范外很多城市仍大量地出现七层八层乃至九层十层都不设电梯的住宅这类住宅在使用上极为不便特别是对老弱残者上楼和搬运重物更为困难在我国的住宅设计规范GB50096-1999中再次明确规定七层及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[1]依此标准计算如底层设高4.50m层高的商店或其它用房以2.8m层高的住宅计算2.80m4 最高住户人口层楼面十十室内外高差=16m 也就是说上部的住宅只能作五层可见安装电梯的标准在不断的提高国外加装电梯的概况在国外以瑞典为例在1983年就开始了一个十年政府规划对约三十万幢公寓进行修理改造和更新[2] 瑞典大约有三百五十万幢住宅居住着800多万人口自从1977年后瑞典制定了大楼的设计与改造规范要求所有多层住宅楼都要进行改造如果楼层高于二层都应提供电梯瑞典政府和国会给电梯的改造研究拨了特别基金款成立改造电梯工作组开始研究和实践工作目标是推出即可靠又便宜的且适用于多层住宅加装的电梯电梯工作组与居民代表残疾人不同的权力机关电梯制造商大楼建筑商住宅管理部门和研究人员共同讨论研究并通过多个前期工程的实践提出了下列富有建设性的意见1当今研究的电梯技术和实际加装方法应能使居民不为安装电梯而必须搬迁居室或安装电梯后居民不会面对增长得非常高的房租2研究的电梯不仅是安全的而且在制造安装维修和保养方面也是便宜的所以在瑞典为了使电梯能适用于现有多层住宅它必须是廉价的功能全尽可能占用小的空间安全性好能快速安装目前众多国际知名的电梯公司已纷纷介入了已有住宅加装电梯的项目中据了解迅达公司在欧洲销售的用于已有住宅加装的电梯的数量超过3万台现在有增加趋势OTIS公司用于加装的电梯在西班牙意大利日本都有较大的批量KONE公司的无机房电梯已成为欧洲加装电梯的首选产品1999年日本的住宅企业联系协会成立了“单元型公共住宅电梯开发调查委员会”广泛征集加装电梯方案并于2000年制定了单元型公共住宅电梯的认定规范[3]图1-1所示为几例加装电梯的多层住宅图例图1-1国外多层住宅加装电梯实例图国内加装电梯的概况我国的幅员辽阔在住宅建设方面不同的地区也有着各自不同的地方标准和发展规划但是如前文所述由于不同时期的住宅建设标准各异住宅的使用功能已经不能满足人们日益增长的物质需求因此有关部门采取各种措施来改善人们的居住环境如采用旧城改造拆迁等措施从总体来看这些举措的资金投入力度较大在改造速度上受到一定的限制一般而言住宅建筑的物质老化期为50~100年而功能老化期为20~25年加装电梯也是缩短二者老化期的重要措施同时对于那些建成年代较近的住宅拆建工程也是一种资产的浪费鉴于国外的经验通过加装电梯可以明显改善居民的垂直交通情况凭配套实施电气等改造工程可以大大提升原有住宅的使用功能作为国内先行者的上海市住宅发展局的平改坡综合试点小区中对加装电梯进行了初步的尝试图1-2为加装电梯后的住宅楼的视图图1-2上海加装电梯实例图Shanghai在上述的试点工程中对原有的住宅结构作了较大的改动施工周期较长投入了较大的资金对于大范围实施改造工程而言施工周期和资金的投入成为一个瓶颈国内其它地区迄今没有大规模的实施加装电梯的工程加装电梯的需求性由于客观条件的限制本文的研究对象仅限于上海市范围内的多层住宅希望能通过对上海市已有多层住宅加装电梯的可行性研究探索一条合适的住宅改造方案1.4.1老龄化社会的要求上海市早在1979年就已经进入老龄化社会据2002上海市老年人口信息发布会公布的数字截至2001年末全市户籍人口万其中60岁及以上老年人口万占总人口的%其中65岁及以上老年人口万占总人口的%[4]据上海人口发展公告预测在未来上海市人口老龄化的进程中达到人口顶峰期老年人口有460万将占人口总数的33%左右与此同时老年人的家庭结构也发生了很大变化据1998年底的调查显示老年人独居的家庭占老年人家庭的35这一比例有上升趋势来自上海市房产经济学会老年用房专业委员会的调查数据表明老年人选择居家养老的占%选择养老公寓和其他养老机构的仅占%对于养老住宅需求也有增长的趋势从生理学观点来分析正常人的登高能力是受限制的根据对健康情况一般的中年人的实测空手攀登六层13.50m已感腿软上七层16.20m已抬腿困难对于老年人而言这一限制更为突出因此利用现有的条件来改善老年人的生活空间是很有意义的事在已有多层住宅上加装电梯可以明显改善老年人的出行问题这也是保障老年人生活权利的一种具体措施1.4.2提高生活质量的要求随着经济的发展人们对生活质量提出了更高的要求住宅的功能模式发生了很大的变化人们不再满足于温饱型住宅开始追求一种完善的功能性住宅上海目前配设电梯的住宅热销便是一个有力的佐证作为一种垂直交通工具的电梯可便捷地解决日常的出行问题是住宅建设发展的方向之一进入二十世纪八十年代以来上海的住宅建设蓬勃发展截至2001年底上海市区各类房屋的总建筑面积达到38324万平方米居住房屋的面积达到23475万平方米占总建筑面积的%其中超过八层以上的建筑面积为7410万平方米占总建筑面积的%[4]以此百分比为依据类推七层以下含七层居住房屋在总居住房屋的总面积为18937万平方米截至2001年底上海市区人均居住面积达到了平方米平均每户人口人若以六层一梯四户计算则各区职工住宅的单元门入口数可以用下式进行估计单元入口数=职工住宅总面积/**4*6按照上式计算得到的关于多层住宅单元门入口数的估计数为189378万/**4*6=万所以可以毫不夸张地说加装电梯确确实实的涉及到了千家万户的利益第二章多层住宅结构分析套型结构发展历史多层住宅加装电梯不可避免地要涉及到住宅本身的套型结构的影响作用住宅套型结构的发展经历了如表2-1所示的发展过程[1]表2-1套型结构发展注K-厨房T-卫生间B-卧室L-起居室D-用餐空间由于套型的发展过程导致了现有多层住宅的单元平面布局呈现出多样化考虑到住宅使用功能年限的限制重点考察建于80年代之后的以小房厅式和大厅小卧式为主的住宅多层住宅平面结构分析2.2.1多层住宅的可能井道空间在已有住宅上加装电梯一个前提条件是要有足够的井道空间和侯梯平台在GB/电梯主参数及轿厢井道机房的型式与尺寸中住宅楼电梯的主参数及井道尺寸推荐值如表2-2所示表2-2电梯的主参数及井道尺寸故井道空间为1600 1900mm2 根据不同电梯厂商产品这一基数可以变化根据民用建筑设计标准规范实施手册中规定楼梯间宽度不应小于1 米平台净宽不应小于楼段净宽并不得小于1.1 米双跑平行楼梯间的净宽不小于2.1 米同时还规定电梯井道和机房不宜与主要用房贴临布置否则应采取隔振隔声措施所以在分析单元平面布局时对于由平台或过渡平台延伸为侯梯平台且楼梯间不与主要用房如起居室卧室等相邻的情况均认为有适宜的空间加装电梯对于如图2-1所示的楼梯间临卧室单元认为不宜加装电梯不予更多的讨论图2-1楼梯间临卧室单元2.2.2多层住宅的平面结构分析多层住宅平面布置图[7][8][9][10]一个显着的特点是除去底楼以外其他各个楼层相同在底楼主要是由于布置了单元进口由于单元进口位置对电梯设置带来的影响将在后文中做出分析本节分析的内容没有考虑底层楼面将单元的各个楼面做均一处理对各种平面布局的套型做出加装电梯的可行性规划其中在各个图例中虚线的部分为拟加装电梯的位置2.2.2.1一梯二户每户有两个朝向由于在南北两侧存有大范围的空间在其他条件允许的情况下可以提供充足的井道空间加装电梯按照平面布局特点可以分成大进深单元和小进深单元两大类1大进深单元代表套型如图2-2所示莱阳新村B套型图2-2莱阳新村平面图优点楼梯间进深大平台延伸为侯梯平台可以实现无障碍设计同时可以充分利用外墙购建井道成本较低不影响单元的原设计功能缺点侯梯平台不能天然采光和自然通风结论可以考虑加装2小进深单元:代表套型如图2-3所示长阳新苑套型优点对主要的生活空间功能没有影响可以部分利用原建筑的承重墙缺点过渡平台与侯梯平台相连但不能实现无障碍设计结论可以考虑加装图2-3长阳新苑平面图2.2.2.2一梯三户一梯每层服务三户的住宅楼梯使用率较高每户都能有好的朝向但是中间的一户常常是单朝向户通风较难组织在尽端单元可改善在上海的住宅设计中采用不多典型住宅如图2-4所示民乐苑优点过渡平台可以延伸为侯梯平台井道可以自然通风采光对原有套型功能无大影响一梯三户利用率较高缺点井道外建强度要求较高会影响起居式的间接采光不能实现无障碍设计结论可以考虑加装图2-4民乐苑平面图2.2.2.3一梯四户一梯每层服务四户对土地面积利用率较高此类单元布局紧凑不至于形成过分拥挤的空间所以也是上海较为常见的单元之一按照平面布局的特点可以分为梯间式单元和廊式单元1梯间式单元:此类单元布置较为规则实例如图2-5所示银桥花园部分单元图2-5银桥花园平面图其优点是由过渡平台延伸为侯梯平台电梯利用率较高不影响原有住宅的使用功能缺点为不能实现无障碍设计2内廊式单元:实例如图2-6所示上南新村部分住宅优点沿平台延伸为侯梯平台可以利用原有建筑外墙购建井道不影响住宅功能可以实现无障碍设计缺点独立井道结论可以考虑加装图2-6上南新村平面图3外廊式单元:实例如图2-7所示为银桥花园部分住宅优点易于实现无障碍设计可以利用外墙购建井道缺点井道有可能会影响厨房的采光结论可以考虑安装图2-7银桥花园平面图2.2.2.4一梯五户这一类的住宅主要建造于六五期间以沪住-5型为典型代表为外廊式住宅按平面形状可以分为条状和曲折两大类(1)条状外廊式住宅:典型的条状外廊式住宅的平面布置图如图2-8所示优点电梯利用率较高可以实现无障碍设计不影响住宅主要的使用功能缺点独立井道结论可以适当考虑图2-8条状外廊式住宅平面图2曲折外廊式住宅典型的曲折外廊式住宅的平面布置图如图2-9所示特点与条状外廊式住宅类似可以在靠近西侧的地方购建井道井道部分独立于原建筑结论可以考虑安装图2-9曲折外廊式住宅平面图从上述的多种方案中可以看出对于单跑式楼梯的多层住宅其外接侯梯平台方便且易实现无障碍设计对于双跑式楼梯的住宅由于侯梯平台搭接一般都在半层因此就难以实现无障碍设计加装电梯的入口设置在前面的分析中对于各种住宅平面只是标识了加装电梯的平面位置对于电梯入口这一细节问题没有考虑而在实际的工程实施过程中这是一个重要的影响因素2.3.1侯梯平台与过渡平台相连图2-10电梯入口示意图一2.3.2侯梯平台与公共过道相连如图2-10所示井道设置在楼梯过渡平台的外侧[13] 每站停靠在过渡平台面若建筑物为六层则电梯停靠5站如果基站高出住宅底层则井道可以建于室外无须作深开挖适当加大基础受力面积即可采用这种方式的缺点是乘客不能直接到达目的楼层如图2-11所示为在各层公共过道外侧加装电梯按照楼面标高停站这种方式属于无障碍设计对于二层及其以上的住户可以乘电梯直达目的楼层电梯的利用率较高在这种情况下必须严格按照有关要求设计基础和底坑图2-11电梯入口示意图二其他影响因素在图2-102-11中可以看到对于加装电梯的井道全部或者部分与原来的建筑分离由此带来了一系列附加影响因素如基础设计问题抗震加固问题井道的结构形式井道与原有住宅的连接等2.4.1基础设计问题上海位于东海之滨是典型的软土地区在软土地基上建造房屋沉降控制是基础设计的主要问题[30] 上海地区采用天然地基的多层住宅一般为5 6层局部7层基础形式为条基和筏基过大或不均匀沉降是引起房屋质量问题的重要原因上海市建设和管理委员会于1999 年1 月18日发布了关于提高本市住宅工程质量的若干暂行规定明确规定多层住宅的地基设计必须以控制变形值为准基础最终沉降量应当控制在15 20cm 我们在已有住宅上加装电梯沉降问题也是考虑因素之一根据土层特性和多层住宅实测沉降资料上海地区软土地基可分为3种类型第一种类型为上海地区正常地层简称1区主要分布在上海市区和浦东新区该区为良好的天然地基持力层在该类地基上建造的5 6层住宅实测沉降量一般为20 40cm.第二种类型简称2区主要分布于原吴淞江古河道区域在不考虑地震效应作用时该类型地基土是良好的天然地基持力层或下卧层在此类地基上建造的5 6层住宅无论采用条基和筏基其实测沉降值一般小于15cm 都在规范允许范围内但是这一区的土质在垂直和水平方向上土质不均匀土性变异较大第三种类型简称3区主要分布于浦西漕河泾虹桥北新泾合浦东金桥洋泾三林塘地区在该区建造的多层住宅实测沉降量大多超过40cm,部分6层住宅竣工后2年其沉降量甚至达到60cm[11]在实施加装电梯工程之前建议要针对上述不同的地基土类型分别给出限定性条件如对于有底坑需求的情况底坑的基础设计条件的限定对于液压系统建立液压缸地坑的限定等等以满足安全性能的要求对于加装电梯的井道最好采用与原有建筑相同的基础设计已有利于加装后的整体抗震性能[12][13]2.4.2抗震性问题根据上海市建设委员会沪建97第0413号文下达的上海市工程建设地方标准编制计划由同济大学结构工程与防灾研究所会同有关勘察设计施工和研究单位组成编制组根据国家标准建筑抗震鉴定标准GB50023-95和行业标准建筑抗震加固技术规程JGJ116-98 并结合上海的实际情况编制了现有建筑抗震鉴定与加固规程以下简称规程已于2000 年7 月1日在上海施行该规范第二部分抗震加固明确指出对现有建筑进行改建或扩建时如需变动原有的结构必须按改建或扩建后的结构状态建立力学计算模型进行抗震分析和鉴定并按现行上海市标准建筑抗震设计规程的要求进行抗震设计上海现有的多层住宅结构多为砌体结构或钢筋混凝土结构房屋在构建井道时必须结合实际的设防烈度采取一定的减震措施对建筑体进行加固以满足规程要求2.4.3井道空间的充分利用电梯井道是电梯运行的空间井道按照电梯运行空间有效利用率可以分为有机房井道和无机房井道空间有效利用率给出的是实际使用的运输空间与整个电梯井道和机房之间关系这种关系的示意图如图2-12所示[2]其中在图中a方案所示为建造一个深的底坑高的井道上部空间以及在井道上方或旁侧建造一个机房这在施工上来说较为困难且电梯的空间有效利用率只有30左右b方案所示为低的井道上部空间和浅底坑~0.2m)及一个很小的主机机房在楼梯空间该种布置的空间有效利用率可以达到60左右方案c所示为无机房布置此种布置的空间有效利用率可以高达80左右图2-12井道空间有效利用率示意图对于单元式住宅而言相对之间的距离有限大多住宅的空间不到1 1有的住宅在设计之前对室内采光的考虑就欠妥因此在加装电梯之后可能会对相邻建筑的采光产生不良影响对于已有住宅而言加装电梯时会有如下的情况发生图2-13所示为建筑物的上部空间利用受到限制有机房电梯与无机房电梯的投影比较可以看出对于相同层高的建筑物无机房电梯有明显的优势不仅因为有机房电梯的井道的垂直向空间受限同时在相同日照条件下有机房电梯的投影面积要大很多这也意味着对相邻建筑的影响也更为广泛对于像上海这样平均日照时间较长的城市而言尤其要考虑这一因素的影响图2-13有机房电梯与无机房电梯井道投影比较图之一那么对于上部不受限制的建筑情况又是怎样呢图2-14所示即为上部不受限的有机房与无机房的比较图与前面的情况不同的是图中的井道投影面积是相同的即对相邻建筑的影响相同但是在同等井道高度的情况下无机房电梯的有效行程较有机房电梯多一个层面这样对于加装电梯而言投资主体可以多元化可以由房产商来开发顶层楼盘住户所负担的相应的电梯费用也降低住户增多图2-14有机房电梯与无机房电梯井道投影比较图之二由于加装电梯的功能之一是提升住宅使用功能所以应尽可能回避掉空间使用率低下日照不足等影响优先选择无机房或小机房电梯井道第三章加装电梯的技术方案根据电梯建造使用的场合不同可以分成室外用梯和室内用梯两大类根据不同的使用要求和空间结构情况可以选用不同的类型室外用梯室外用梯顾名思义即电梯的运行空间位于住户的私房之外的公共空间这类电梯的一个共同的特点是不会改变住户住宅的原有内部结构可用于此类的技术方案有垂直提升平台直顶式液压电梯侧顶式单倍率液压电梯侧顶式多倍率液压电梯上置式无机房曳引电梯下置式无机房曳引电梯轿顶置主机的无机房曳引电梯卷筒式无机房曳引电梯等现分述如下3.1.1垂直提升平台垂直提升平台是一种简便易建的解决出行问题的方式如图3-1所示为典型的垂直提升平台图例其最大的特点是安装方便无须建造井道周边只需护栏可以供乘坐轮椅的乘客出行使用这里的轿厢是半封闭式结构可以根据图3-1垂直提升平台图例用户要求实现全封闭这种方案较适宜于有外走道的住宅且楼层较低一般采用直顶式驱动方式如液压螺杆齿轮齿条等驱动方式这类提升机械对于空间的要求低可以灵活的满足用户的使用要求图3-2所示的是一典型的垂直提升机的平面布置图1105mm 1630mm。