多層住宅加裝電梯設(shè)計的探討

熊文凱，徐慧珠

(1.安徽省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，安徽 合肥 230000； 2.安慶市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計院，安徽 安慶 246000)

1 技術(shù)背景

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及對老舊小區(qū)改造，老舊小區(qū)增設(shè)電梯的需求也越來越多，在加裝電梯的設(shè)計、審圖中對獨(dú)立設(shè)置還是與老建筑相連有一定的爭論，并在實(shí)際操作中有部分疑惑，故而對加設(shè)電梯的設(shè)計進(jìn)行了梳理，希望對設(shè)計、審圖以及未來的甲方有一定的幫助。

2 加裝電梯是獨(dú)立設(shè)置還是與老建筑主體相連

1)安徽省建設(shè)廳等四部門《關(guān)于城市既有住宅增設(shè)電梯工作的指導(dǎo)意見》(建房[2019]56號)要求新增電梯采用獨(dú)立結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保增設(shè)部分和樓本體各自獨(dú)立[1]。

合肥某小區(qū)增設(shè)電梯，如圖1所示設(shè)四根柱，走道外挑，外挑尺寸過大，穩(wěn)定性不滿足要求；如增設(shè)柱子，又受原建筑基礎(chǔ)的影響，或者對原建筑的使用及美觀影響較大；想要獨(dú)立設(shè)置，實(shí)際工程中是很難實(shí)施的。

2)合肥市住房保障和房產(chǎn)管理局、合肥市市場監(jiān)督管理局發(fā)布2020.4《合肥市既有住宅加裝電梯技術(shù)導(dǎo)則》第4.4.2條規(guī)定增加的總重量不大于原有建筑的總重量的5%時，可以單獨(dú)建模計算，不需要與原建筑連成整體計算，設(shè)計時可采用鉸接支座連接和滑動支座連接[2]。

3 獨(dú)立設(shè)置電梯結(jié)構(gòu)的設(shè)計、審圖需要注意事項(xiàng)

1)合肥某小區(qū)增設(shè)電梯，如圖1平面布置圖及圖2模型圖，基本風(fēng)壓0.35，雪壓0.7,7度設(shè)防，0.1g，Ⅱ類場地土,高寬比為7.25，通過計算分析，結(jié)果如下。

2)風(fēng)荷載作用下水平位移：由計算結(jié)果可以來看出：最大層間位移角為1/217,風(fēng)荷載作用下水平位移較大，見表1。X方向風(fēng)荷載作用下的樓層最大位移，《鋼規(guī)》鋼結(jié)構(gòu)層間位移角限值為1/250，《合肥市既有住宅加裝電梯技術(shù)導(dǎo)則》限值為1/400,可以看出，離滿足規(guī)范要求還有較大差距，這就需要進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體剛度，如增加梁柱截面，增加支撐等。

整體穩(wěn)定性:高寬比大于4的建筑，基礎(chǔ)不宜出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)。

表1 X方向風(fēng)荷載作用下的樓層最大位移

從圖3計算結(jié)果可看出，筏板基礎(chǔ)外挑1.2 m，在風(fēng)荷載組合作用下出現(xiàn)了零應(yīng)力區(qū)。通過基礎(chǔ)大小及增加配重控制不出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)，見圖4。

可以看出，整體穩(wěn)定性是獨(dú)立設(shè)置電梯的關(guān)鍵，并且隨著主體結(jié)構(gòu)外挑尺寸加大，穩(wěn)定性愈差，另外應(yīng)注意輸入恒荷載時不能隨意加大，否則結(jié)果偏不安全。

3)柱腳錨栓：通過表2計算結(jié)果，可以看出柱底有較大拉力，錨栓為拉彎組合控制。

柱腳螺栓需要直徑32 mm，此處柱腳螺栓還是不小的。

由以上分析：獨(dú)立設(shè)置電梯受力清晰，抗震效果較好，但設(shè)計時應(yīng)注意以上三點(diǎn)；同時也需要指出的是，這種方式的工程造價較高，給老百姓增加較大負(fù)擔(dān)。

表2 柱腳內(nèi)力

4 與主樓連接電梯結(jié)構(gòu)的設(shè)計、審圖需要注意事項(xiàng)

1)老建筑的安全性鑒定及連接部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測。

《合肥市既有住宅加裝電梯技術(shù)導(dǎo)則》第4.2.1條規(guī)定新加電梯與原有建筑連接時，應(yīng)對原建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性評估，只有Asu及Bsu級時可以連接，Csu級時需加固處理后方能連接，Dsu級不能進(jìn)行加裝電梯。與新加電梯結(jié)構(gòu)相連的原結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測,確保原結(jié)構(gòu)的安全及為相連構(gòu)件的計算提供依據(jù)。

2)連接構(gòu)件復(fù)核。

需要對連接構(gòu)件進(jìn)行復(fù)算，復(fù)算加固標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行。

a.《合肥市既有住宅加裝電梯技術(shù)導(dǎo)則》第4.2.3條規(guī)定新加電梯與原有建筑連接處宜設(shè)計成滑動連接，同時對連接構(gòu)件進(jìn)行復(fù)核計算，不足時應(yīng)進(jìn)行加固處理。b.《合肥市城鄉(xiāng)建設(shè)局關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)全市房屋建筑工程抗震管理的通知》合建[2019]255號文規(guī)定:已有建筑的改建、加建、擴(kuò)建或加固時，要求進(jìn)行重新設(shè)計，承載能力極限狀態(tài)的計算應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求[3]。

實(shí)際操作過程中應(yīng)該按上述規(guī)定：依照現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計，但執(zhí)行有難度，筆者認(rèn)為：按老規(guī)范復(fù)算，滿足要求時，可不進(jìn)行加固，但使用年限仍按原使用年限；按老規(guī)范復(fù)算，不滿足要求時，應(yīng)按新規(guī)范進(jìn)行加固，使用年限按新的設(shè)計年限使用，這樣更具實(shí)際操作性。

3)設(shè)計計算。

a.與老建筑整體計算：需要考慮不同材料的阻尼比。

b.加裝的電梯單獨(dú)建模,與主體連接處設(shè)置不動鉸接點(diǎn)的計算：通常新加鋼結(jié)構(gòu)電梯結(jié)構(gòu)質(zhì)量不足既有建筑的5%，可以單獨(dú)計算，并在與主體連接處設(shè)置約束。

通過合肥某加裝電梯工程(如圖5，圖6所示)來介紹注意事項(xiàng)：基本風(fēng)壓0.35 kN/m2，雪壓0.7 kN/m2,7度設(shè)防，0.1g，Ⅱ類場地土,高寬比為7.25。

位移及剛度計算結(jié)果:

經(jīng)計算：X向位移角為1/953,Y向位移角為1/1 261,根據(jù)計算結(jié)果可以看出風(fēng)荷載下層間位移角是滿足規(guī)范要求的，并且位移角很小。層間位移比：根據(jù)《導(dǎo)則》第4.4.1條規(guī)定是可以適當(dāng)放寬的。

層間剛度計算結(jié)果見表3，Y向?qū)娱g剛度有突變，經(jīng)多種軟件計算，均會在相同位置出現(xiàn)突變，這也是正常的，本工程在電梯結(jié)構(gòu)層3層～6層與主樓有約束，本項(xiàng)目2倍地震力對結(jié)構(gòu)影響很小，可以放松結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施及對某些抗震指標(biāo)要求。否則，則應(yīng)使其剛度盡量接近，在1層～2層也做走廊與主樓拉結(jié)，這個走廊建筑是不需要的，僅僅為結(jié)構(gòu)服務(wù)的。

表3 剛度比計算結(jié)果

風(fēng)荷載的問題：

建模為了真實(shí)反映實(shí)際情況，將固定玻璃幕墻及軌道的梁輸入模型,查看風(fēng)荷載，風(fēng)荷載受荷圖見圖7，從圖7可以看到風(fēng)荷載部分缺失，由于風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)的安全起控制作用，這就導(dǎo)致后面的結(jié)果都不安全，計算時應(yīng)注意。

與老建筑連接的節(jié)點(diǎn)：

與老建筑相鄰的約束，限制新加電梯結(jié)構(gòu)整體的變形，確保整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，所以這個節(jié)點(diǎn)很重要，需要著重計算。

與老建筑相連一般采用化學(xué)錨栓連結(jié)，著重對化學(xué)錨栓進(jìn)行設(shè)計。

1)化學(xué)錨栓的構(gòu)造要求：

a.混凝土厚度h不應(yīng)小于hef+2d0,且h應(yīng)大于100 mm,d0為鉆孔直徑。

b.錨栓最小間距和最小邊距6dnom,dnom為錨栓外徑。

可以看出混凝土基層厚度為200 mm時，最大錨栓直徑為M16。混凝土基層厚度為250 mm時，最大錨栓直徑為M20。

2)化學(xué)錨栓的計算:查看約束內(nèi)力(取頂層)如表4所示。

找出最不利組合對埋件、化學(xué)錨栓進(jìn)行計算，化學(xué)錨栓計算結(jié)果如下：

受拉承載力計算:錨栓鋼材受拉破壞驗(yàn)算:Nrd.s=70.1 kN，混凝土椎體破壞驗(yàn)算：Nrd.c=53.6 kN，混合破壞驗(yàn)算:Nrd.p=122.8 kN， 混凝土劈裂破壞驗(yàn)算：Nrd.sp=38.2 kN；受剪承載力計算：錨栓鋼材受剪破壞驗(yàn)算：Vrd.s=35 kN， 混凝土邊緣受剪破壞驗(yàn)算：Vrd.c=25.3 kN。混凝土剪撬破壞驗(yàn)算:Vrd.cp=128.7 kN；拉剪復(fù)合受力承載力計算：拉剪復(fù)合受力錨栓鋼材破壞驗(yàn)算：應(yīng)力與抗力比值=0.12,滿足且有較大富余，拉剪復(fù)合受力混凝土破壞驗(yàn)算：應(yīng)力與抗力比值=0.99；最終起控制作用的是拉剪復(fù)合受力混凝土破壞驗(yàn)算。

表4 約束內(nèi)力值

由此可以看出：

第一，影響化學(xué)錨栓群承載力的主要因素是：基層混凝土，如：強(qiáng)度、幾何尺寸(厚度、剪力方向的自由邊尺寸等)。

第二，化學(xué)錨栓群受基層混凝土影響，最終承載力偏低。因而對約束節(jié)點(diǎn)設(shè)計，建議如下：a.釋放彎矩、扭矩約束,減少約束內(nèi)力的種類，使化學(xué)錨栓的節(jié)點(diǎn)受力簡單。b.建議對連接錨栓的梁,采取增大混凝土截面加固，以提高化學(xué)錨栓承載力，同時加強(qiáng)該梁的承載力。c.與柱連接時，一般柱的承載力是沒有問題的，但化學(xué)錨栓受水平截面尺寸(350 mm,400 mm)影響導(dǎo)致承載力不高，可以在剪力方向的自由邊尺寸較小的方向或拉力方向，設(shè)置帶位移約束，適當(dāng)減小內(nèi)力。

3)化學(xué)錨栓應(yīng)進(jìn)行承載力檢測。

GB 50550—2010建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范第20.3.1條規(guī)定[4]需要進(jìn)行錨固承載力現(xiàn)場檢驗(yàn)，即拉拔試驗(yàn)。

與老建筑連接的鋼梁節(jié)點(diǎn):

此處鋼梁節(jié)點(diǎn)承受三個方向的力V(豎向剪力)、N(軸向拉力)、F(螺桿方向)，該節(jié)點(diǎn)目前PKPM,YJK,3D3S均無法自動讀取荷載驗(yàn)算，需要人工找出該節(jié)點(diǎn)各工況組合值，包絡(luò)取最不利。

5 鋼結(jié)構(gòu)電梯注意事項(xiàng)

1)風(fēng)荷載：比較敏感，承載力計算應(yīng)放大1.1倍。

2)阻尼比取值：鋼結(jié)構(gòu)：a.計算風(fēng)荷載阻尼比。無填充墻：0.01，有填充墻：0.02，荷載規(guī)范8.4.4；b.計算地震力的阻尼比，不大于50 m，0.04，抗規(guī)8.2.2。

3)后續(xù)電梯結(jié)構(gòu)的維護(hù)，及后置錨件的檢查間隔時間。

6 結(jié)語

1)加裝電梯是獨(dú)立設(shè)置以及與老建筑主體相連的都是可以的，但獨(dú)立設(shè)置的結(jié)構(gòu)布置造價更高。

2)獨(dú)立設(shè)置電梯結(jié)構(gòu)的需注意：風(fēng)荷載下水平位移、整體穩(wěn)定性、柱腳錨栓、基礎(chǔ)短柱強(qiáng)度及裂縫控制等。

3)與主樓連接電梯結(jié)構(gòu)需要注意：a.老建筑的安全性鑒定及連接部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測。b.連接構(gòu)件復(fù)核。c.設(shè)計計算：阻尼比、各種指標(biāo)的分析、風(fēng)荷載部分缺失、與老建筑連接的節(jié)點(diǎn)、與老建筑連接的鋼梁節(jié)點(diǎn)等。