孙云飞 徐佩华 陈佳豪 潘宏斌

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

城市更新是指生活在城市中的居民通过现代化的科技手段，利用城市可持续发展的理念，有组织、有目的地对城市中已经不适应现代化城市生活的地区进行必要的改建活动[1]。

城市更新改建项目的一大特点是所有结构均是已完成的老结构，在原有结构中进行改造施工，较新建项目有优势也有劣势。而改建工程共有的特点是改建的建筑垃圾需清运出楼层，建筑垃圾清运和堆放管理不当产生的遗撒和粉尘、灰沙飞扬等问题又会造成环境污染[2-3]。

目前，施工现场的建筑垃圾清运普遍是利用施工电梯进行垂直运输的，该方法效率低下，也容易造成电梯内的拥挤和部分人员窝工的问题[4]。大量的建筑垃圾如何快速清运出场，成为工期甚至施工成本中一大可优化的重点。

本文以华润时代广场商业裙楼装修工程利用电扶梯井道快速清运建筑垃圾为研究背景，着重介绍钢结构卸料通道的设计及施工管理要点。

1 工程概况

华润时代广场商业裙房装修工程主要功能定位为购物中心（含零售商业、餐饮），持有业态。改造工程高度为地下2层（局部3层）、地上11层，高度43.5 m（与原商业裙楼高度一致），工程建筑面积为60 286.3 m2，其中地上部分建筑面积51 190.15 m2，地下面积9 106.15 m2。为实现建筑布局及部分区域使用功能的改变，对原结构进行结构加固改造，改造主要涉及装饰及隔墙拆除、楼板拆除、剪力墙拆除，新增框架柱、剪力墙、框架梁，部分楼梯拆除、新增设扶梯、电梯、楼梯，封堵洞口等内容。

2 研究背景

本工程拆除内容为建筑装饰层拆除、砌块隔墙拆除、机电管线及设备拆除、大量结构改造拆除等，含合同内拆除内容及大量后期改造的额外拆除内容，拆除体量巨大。

原计划采用1台SC200/200施工升降机用于建筑垃圾的垂直运输，但由于施工场地限制及施工材料运输问题，施工升降机完全不能承担建筑垃圾的楼层清运工作，造成楼层内垃圾大量堆积，后续施工难以展开。

就现场实际困难，考虑利用旧楼改造背景下各垂直井道已经形成的天然优势，有快速清运建筑垃圾的条件，以此缓解人货梯的使用压力，并且其成为改造类项目在今后建筑工程施工中可借鉴的一种清运方式。

3 井道选择及优势

建筑垃圾快速、高效、绿色清运，先需选择合适的部位，所选部位需满足以下施工要求。

1）尽量贯通所有施工楼层，避免改造结构。

2）尽量减少人工驳运，使用机械代替。

3）具有良好的承载能力和抗冲击能力。

结合这几个特点，唯一适合的部位就是几处垂直井道，如电梯井道、扶梯井道、管井井道。其中电梯井道的主要特点是可以到达每一个楼层，且井道周边大多数都是受力结构（如电梯剪力墙），能较好地承受倾倒产生的冲击力，拥有较好的堆载能力。

所以，本次研究的目标集中在通过电梯井道，实现楼层内建筑垃圾快速清运转移，集中堆载后快速出场的施工目标。

根据以上分析选定，本工程15#货梯井道为单部电梯，贯穿地下2层至地上10层，井道四面为剪力墙所围，长2.35 m、宽2.4 m，位于裙房西南角，近3#施工大门，距离现场垃圾堆场较近，具有作为快速清运通道的良好条件。

4 卸料通道设计

4.1 总体思路

电梯井道的特点是四面均为剪力墙，且有天然的电梯门洞作为卸料及出料口，井道尺寸适中，很适合作为建筑垃圾的倾倒通道。

但电梯井道有一个特点，井道底部往往有电梯基坑，直接通过井道无法将建筑垃圾顺利转运出去，需要在首层位置设置1道拦截，否则需从电梯基坑底将垃圾二次转运，得不偿失。

首层出运垃圾，还有一个好处，就是可以使用机械代替工人。首层结构一般承载能力较好，可以使用小型铲车代替人工，大大提高清运效率。

要实现在井道内首层出料，本工程选择搭设钢结构斜平台，可利用井道的竖向受力结构，在首层井道内布置若干根斜钢梁，斜钢梁上满铺厚钢板，作为钢结构平台，起到首层拦截及堆载的作用。其设计模型如图1、图2所示。

图1 井道卸料通道设想

图2 卸料通道首层钢平台示意

4.2 钢结构计算

利用已有电梯井道作为垃圾通道，钢结构平台作为底部坡道，承受建筑垃圾从高处掉落的冲击力，主要考虑计算底部斜坡钢梁的承载力（包括抗冲击力、堆载能力、抗滑移能力），后置埋件的抗剪切能力，还需考虑坡道钢板的厚度，此些均组成了钢结构平台是否安全可靠的重要因素。其中，掉落的冲击力难以确定，本文以能量转换原理量化冲击力。

4.2.1 钢结构平台计算

根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》，本结构钢梁采用Q235B级钢材。当下落重物质量为2 000 kg时，假定下落碰撞接触时间为0.5 s，根据能量转换原理，冲击力为194 kN。考虑动、静荷载转换系数为2，则静荷载压强为16.2 kPa，等效静荷载质量约为19 t。钢结构有限元模型及响应图（图3～图6）如下，结果满足设计规范要求。

图3 垂直于板面的竖向变形（最大位移值23.6 mm＜26 mm，满足设计要求）

图4 钢板应力图（最大应力值182 MPa＜215 MPa，满足设计要求）

图5 钢梁应力图（最大应力值为202 MPa＜215 MPa，满足设计要求）

图6 支座反力图（最大竖向反力为76.2 kN）

4.2.2 单根钢梁结构分析

取单根钢梁进行计算，模拟单根钢梁受到下落废料冲击作用下的响应情况。钢梁倾斜放置，长度为5.2 m，梁两端为铰接，取下落废料质量为500 kg，下落冲击力为24.25 kN，等效静力荷载为48.5 kN，集中荷载作用在梁跨中。钢梁计算模型及响应结果如图7～图9所示，结果满足设计规范要求。

图7 单根钢梁模型

图8 单根钢梁位移图（最大位移值为18.5 mm＜26 mm，满足设计要求）

图9 单根钢梁应力图（最大应力值为207.6 MPa＜215 MPa，满足设计要求）

4.2.3 计算结论

本结构设计，各构件应力及位移均满足规范要求。根据整体钢结构和单根钢梁计算结果，取下落高度30 m，单个构件最大容许质量为500 kg，斜钢板上最大容许静堆载质量为19 t。此外，验算了质量为500 kg的废料下落时斜钢板上部和底部钢梁的埋件强度，计算结果均满足规范 要求。

施工时，应注意控制单个下落构件质量，同时在废料落地后应及时进行搬运和清理，避免因堆载质量过大而对钢结构产生破坏。

按此设想及计算结果，15#梯井道钢结构平台建成如图10所示。

图10 15#梯井道钢结构平台

5 措施及管理

5.1 楼层间卸料口防护及使用管理要求

卸料通道使用过程中，除底部设置卸料口，每一层还需设置喂料口，每一楼层的建筑垃圾均通过喂料口倾倒，沿通道至首层后清运。

喂料口在实际施工过程中，是比较难管控的，其表现在：喂料口实则为一个临边洞口，由于需频繁倾倒垃圾，无法完全封闭，需要预留喂料口，喂料口的临边措施需考虑防止工人坠落及频繁开启使用，故按活动式翻盖考虑，如图11所示。

图11 卸料通道喂料口设置示意

而使用过程中，上下楼层同时倾倒的问题也会产生较大的安全隐患，质量大的混凝土块若同时倾倒，则垂直交叉工作面会互相影响，且首层钢平台受到较大冲击力会与设计计算结果有偏差，造成安全隐患。针对以上情况，每日按作业楼层配置专职看护人员，以对讲机传达信号，告知其余楼层倾倒指令，防止交叉作业的情况产生，而楼层当日如无施工内容，喂料口则采取可靠封闭，防止偷倒。

5.2 堆载及首层清运管理

楼层间建筑垃圾倾倒和底部堆载的垃圾清理不可同时进行（考虑到交叉作业面），故垃圾转运至首层后会有一定的堆载时间，若堆载量太大，会对钢结构平台产生安全隐患。

项目部在使用卸料通道的过程中，应按垃圾清运效率制定符合工况的底层清运时间段，在堆载的垃圾质量接近计算饱和值之后，及时停止上部的倾倒，进行堆载垃圾的清理清运，保证钢结构平台的稳定性，必要时底部堆载位置也配备1名看护人员，随时随地进行监护（亦可用作洒水降尘人员）。

5.3 平台维护及监测

在使用过程中，对整个卸料通道的整体安全性评估也是非常重要的，此部分分为2个方面。其一是对钢结构平台的维护与保养，钢结构平台主要还是用来不断承受冲击力和堆载的，理论依据再充实，在使用过程中，难免会造成损坏，需要根据实际情况，定期对平台进行维护与保养。其二是对卸料通道周边结构进行监测，由于持续堆载及抗冲击，井道周边的楼板及井道竖向受力构件受载很容易超出原设计荷载，出现结构安全隐患。在使用过程中，需对这些结构进行结构监测，必要时采用临时加固措施。

6 结语

在社会发展日新月异、不断更迭的今天，老建筑为了满足当下不断升级的城市需求而进行大改造已经成为以后发展的大趋势，而城市更新项目对整个行业来说都是一种机遇与挑战，在现有技术的支持下，总结归纳出专属于城市更新的新技术、新研究已十分必要。

本文结合华润时代广场商业裙楼装修工程，充分利用改造类项目天然井道已经形成的优势，通过布置钢结构斜平台，实现了建筑垃圾快速清运的高效、绿色施工技术，其主要优势及关键点主要体现在：

1）充分利用现有井道，无需破坏楼板另找通道，且井道周边结构一般受力较好，可承受较大冲击力。

2）采用井道清运垃圾较常规的垂直运输工具而言，更加快速、便捷，且极大地节约人工成本。

3）可解放楼层内垂直运输机械，如人货梯、塔吊，可根据项目不同工况节省租赁费。

4）对于新建项目而言，此种垃圾快速清运的方式可推广，不失为一种通用思路。

5）钢结构的设计计算需核算钢结构的承载能力、抗冲击能力、抗滑移及埋板抗剪能力，但是抗冲击能力比较难以量化，在较高楼层的工况下可能不适用，可在日后研究中着重讨论。

6）使用过程中做好监控及洒水降尘工作，避免过多堆载，做好及时清运工作，定期检查钢结构的稳定性，避免安全事故发生。

以上，针对同类型拆改类工程，可参考此种垃圾快速清运的方式，达到节约人工、缩短工期、节能环保的目的。在实践过程中，更加可以定型化相关产品，规范统一标准，在日后其他工程中可广泛使用。