已有多层住宅加装电梯的可行性研究.doc

上海交通大学

硕士学位论文

已有多层住宅加装电梯的可行性研究

姓名：乔宇虹

申请学位级别：硕士

专业：机械设计及理论

指导教师：朱昌明

2003.2.1

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

RESEARCH ON THE FEASIBILITY OF INSTALLING ELEVATOR TO THE EXTSTENT MULTI-FLOOR BUILDING

ABSTRACT

The multi-floor building is the main housing in China. For the reasons of technology and economy, there still are some problems to be solved in the existent multi-floor buildings. Although, with the more old people and better life qualities, nowadays the resident have gotten nicer services on land public traffic, they are eager to get a convenient vertical vehicle. So the research on the feasibility of installing elevator to the existent multi-floor building is significative.
It is an all-around system to install elevator to the existent multi- floor building, which comes down to cross- disciplines. In this paper, many factors have been discussed, which include the characters of multi- floor buildings in Shanghai zero, the uses of space for installing elevators, the services of elevator technology and the management and investments of the installation project, etc. At the end of the paper, based on a supposed steel hoistway, the reactions of hoistway to building be made by finite element analysis method under the running status and

_
3

earthquake status.

KEY WORDS: existent multi-floor building, installing elevator, architecture structure, elevator technology

上海交通大学
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第一章 绪论

1.1 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 2.80m

4 最高住户人口层楼面十 4.50m 十 0.30m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

1.2 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

14

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

Fig. 1-1 examples of installing elevators in foreign multi-floor buildings

1.3 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

Fig. 1-2 example of installing elevator in 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

1.4 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 1327.14 万 其中 60 岁及 以上老年人口 246.61 万 占总人口的 18.58% 其中 65 岁及以上老年人口 192.52 万 占总人口的 14.51%[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 2025 2030 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 95.8% 选择养老公寓和其他养老机构的仅占 4.2% 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 61.25% 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 19.33%[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 12.5 平方米 平均每户人口

2.8 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/12.5 * 2.8 * 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 万/12.5 * 2.8 * 4 * 6=22.55 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

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第二章 多层住宅结构分析

第二章 多层住宅结构分析

2.1 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 套型结构发展表

类型
功能模式
生活特征
多户合住式

K T

BLD BLD
每户一室或带套间的两室
卧室兼起居用餐功能 多户公用厨房和厕所
独户小面积
床寝型

K T

BLD
每户 1~2 室 多数穿套
卧室兼起居用餐功能 以放床睡眠 为主
独用小厨房和厕所或合用厕所
小房厅式
餐寝型

K T

D BL
每户 1 1.5 2 2.5 室 走道扩大
为小房厅
小房厅用餐 会客 起居多在卧室 餐寝分离
独用厨房 卫生间设便位 浴位
大厅小卧式
起居型

K T

LD B
大起居厅小卧室 起居 睡眠分离
用餐在起居室
独用厨房加大 设备完善 设排油 烟机等
卫生间按便器 浴盆 面盆 洗衣 功能适当分隔

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

2.2 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/T 7025.1-1997 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推荐表

额定载重量(kg)
320
400
630
可乘人数 (人)
4
5
8

井道
宽度
mm
中分门
非标电梯
1800
旁开门

1400

1600
深度 mm
1600
1900

由于受单元乘客流量的影响 拟定以额定载重量 630 公斤的型号为参考标 准 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

Fig.2-1 cell of stair well faced to bedroom

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] 一个显著的特点是 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

Fig.2-2 plan of Laiyang Xincun
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

Fig.2-3 plan of Changyan Xinyuan
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

Fig.2-4 plan of Minle Yuan
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

Fig.2-5 plan of Yinqiao Huayuan

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

Fig.2-6 plan of Shangnan Xincun

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

Fig.2-7 plan of Yinqiao Huayuan
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

Fig.2-8 plan of strip outer corridor building

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

Fig.2-9 plan of zigzag outer corridor building

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

2.3 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

Fig.2-10 sketch map of elevator entrance - 1

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

Fig.2-11 sketch map of elevator entrance - 2

2.4 其他影响因素

在图 2-10 2-11 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JGJ 116-98 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(0.1~0.2m)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

Fig.2-12 sketch map of hoistway space using

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

Fig.2-13 contrast map of hoistways-1

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

Fig.2-14contrast map of hoistways-2

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

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第三章 加装电梯的技术方案

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

3.1 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