新增電梯對原結構安全影響評估及設計探討

周剛，陳港，張由，潘廷明，周偉，曹淑上

（重慶市建筑科學研究院有限公司，重慶 400016）

0 引言

伴隨著我國城市經濟、人文意識的不斷發展，老舊小區的改造、擴建需求正在不斷增強。 住建部、發改委、財政部共同印發的《關于做好2019 年老舊小區改造工作的通知》明確，老舊小區應是建成于2000 年以前、公共設施落后影響居民基本生活，且居民改造意愿強烈的住宅小區[1]。 根據相關數據匯總統計，截至6 月末，重慶新開工改造城鎮老舊小區235 個，占年度目標任務（729個） 的32.2%， 新開工改造城鎮老舊小區涉及居民戶數12.02 萬戶，占年度目標任務（25.11 萬戶）的47.9%。 老舊小區的改造工作已經在如火如荼地進行。

受制于建造時的設計理念及標準規范，老舊小區的公共配套設施有限，生活環境水平不高。 老舊小區的改造主要面臨升級停車設施、加裝電梯、房屋整體加固及綜合改造后智能運維等幾個方面。 目前，在既有老舊小區中，無論是什么結構型式的建筑，絕大多數是沒有設置電梯的，而老舊小區居住人群又以中老年人居多，居民生活極其不便，故老舊小區既有建筑加裝電梯問題亟需解決。

本文基于工程實例，通過對新增不同結構型式（混凝土結構或鋼結構）電梯、電梯與原主體結構不同連接方式（剛接或鉸接）對原結構的安全影響評估進行探討、分析，以此為類似工程實踐提供一定的參考及借鑒。

1 工程背景

根據相關工程資料，該工程位于重慶市九龍坡區，于1996 年竣工后陸續投入使用，房屋結構相關信息見表1[2-4]，房屋標準層結構平面示意圖及擬新增電梯位置見圖1。

表1 房屋原結構工程信息表

圖1 房屋標準層結構平面示意圖及擬新增電梯位置圖

2 方案概況

因使用需要，該房屋亟需新增電梯。 新增電梯結構可以采取分離式和整體式兩種，當新增電梯高度較低、電梯結構與原結構變形差異較大，或電梯自身結構穩定性較好時可采用分離式[5]。 其他情況下，則需要新增電梯結構與原結構之間形成有可靠連接的整體。 該工程共五層，房屋總高約17m，新增電梯擬選擇整體式。

該工程擬新增電梯位于原房屋左側樓梯間旁，電梯井道尺寸為2100mm×2200mm， 樓梯立柱通過在各層分別設置連接件與原結構梁、柱相連，計算模型（局部）結構平面示意圖如圖2所示。 分別對電梯結構與原結構之間剛接、鉸接兩種連接方式進行對比。 鋼結構樓梯采用Q235B 方鋼管[6]，立柱截面尺寸為200mm×200mmx5mm，梁截面尺寸為150mmx150mmx4mm；混凝土結構樓梯混凝土強度設計等級為C30， 柱截面尺寸為400mmx400mm，梁截面尺寸為200mmx400mm。

圖2 計算模型（局部）結構平面示意圖

3 方案對比分析

首先通過對房屋原結構及新增電梯后電梯相鄰的梁、柱[分別為軸（1）/（B）—（E） 梁（后記為L1）、軸（C）/（1）—（3） 梁（后記為L2）、軸（B）/（1）—（3）梁（后記為L3）及軸（B）/（1）柱]內力進行對比，以此分析新增電梯對房屋結構安全性的影響，然后通過對房屋新增電梯前后結構周期等抗震參數及結構位移指標進行對比，依次分析新增電梯對房屋整體性的影響。

（1） 通過提取各種計算模型不同構件內力并進行對比分析可知，當新增電梯為混凝土結構時，內力變化較大。 L1 為新增電梯的直接連系梁， 其梁底正彎矩及梁頂負彎矩變化幅度均超過20%， 最大達27%；L2 梁頂負彎矩變化也較大， 變化幅度達到了25%。 新增電梯為鋼結構時，內力變化相對較小，變化幅度最大部位為L1 梁頂負彎矩，其變化幅度最大約13%，其余梁內力變化幅度均較小，基本不超過5%。

新增電梯為混凝土結構時，相鄰柱的控制內力以X 方向彎矩Mx 及軸力N 變化較大，最大變化幅度分別達69%及17%；新增電梯為鋼結構時， 相鄰柱的控制內力以X 方向彎矩Mx 變化較大，最大變化幅度達20%。

當新增電梯與原結構之間采用不同連接方式時，結構型式相同情況下，L2 梁頂負彎矩變化幅度稍大（混凝土結構變化約8%，鋼結構變化約9%），其余梁內力變化不大，有的可以忽略不計。相鄰柱的控制內力以X 方向彎矩Mx 變化稍大（混凝土結構變化約11%，鋼結構變化約5%），其余柱內力變化不大。

原結構構件內力對比見表2—表5。

表2 房屋原結構梁內力表（kN·m）

表3 房屋新增電梯后原結構梁內力相對變化表（%）

表4 房屋原結構柱控制內力表

表5 房屋新增電梯后原結構柱控制內力相對變化表（%）

（2） 提取各種計算模型的結構周期及有效質量系數，通過對比分析可知，當新增電梯為混凝土結構時，結構周期相對變化較大（變化幅度約3%），其余參數變化幅度均很小，甚至可以忽略不計。 這是因為，相對于原結構，新增電梯剛度及質量均較小。

結構周期及有效質量系數參數對比見表6、表7。

表6 房屋結構周期及有效質量系數參數表

表7 房屋結構周期及有效質量系數參數相對變化表（%）

4 結語

（1） 新增電梯為混凝土結構時內力變化相對較大，新增電梯為鋼結構時內力變化相對較小。 項目立項階段應合理選擇新增電梯結構型式，避免施工及后續使用過程中對結構造成可能的不當影響。

（2） 新增電梯與原結構之間采用不同連接方式對原結構相鄰構件影響不大，設計時應首先考慮房屋原結構及新增樓梯的結構安全性，根據現場實際情況及施工可操作性進行選擇。