多層住宅加裝電梯設計的探討

熊文凱，徐慧珠

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

1 技術背景

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

2 加裝電梯是獨立設置還是與老建筑主體相連

1)安徽省建設廳等四部門《關于城市既有住宅增設電梯工作的指導意見》(建房[2019]56號)要求新增電梯采用獨立結(jié)構(gòu)設計，確保增設部分和樓本體各自獨立[1]。

合肥某小區(qū)增設電梯，如圖1所示設四根柱，走道外挑，外挑尺寸過大，穩(wěn)定性不滿足要求；如增設柱子，又受原建筑基礎的影響，或者對原建筑的使用及美觀影響較大；想要獨立設置，實際工程中是很難實施的。

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導則》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，可以單獨建模計算，不需要與原建筑連成整體計算，設計時可采用鉸接支座連接和滑動支座連接[2]。

3 獨立設置電梯結(jié)構(gòu)的設計、審圖需要注意事項

1)合肥某小區(qū)增設電梯，如圖1平面布置圖及圖2模型圖，基本風壓0.35，雪壓0.7,7度設防，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,風荷載作用下水平位移較大，見表1。X方向風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導則》限值為1/400,可以看出，離滿足規(guī)范要求還有較大差距，這就需要進一步增強結(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，基礎不宜出現(xiàn)零應力區(qū)。

表1 X方向風荷載作用下的樓層最大位移

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

可以看出，整體穩(wěn)定性是獨立設置電梯的關鍵，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：獨立設置電梯受力清晰，抗震效果較好，但設計時應注意以上三點；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擔。

表2 柱腳內(nèi)力

4 與主樓連接電梯結(jié)構(gòu)的設計、審圖需要注意事項

1)老建筑的安全性鑒定及連接部位進行結(jié)構(gòu)檢測。

《合肥市既有住宅加裝電梯技術導則》第4.2.1條規(guī)定新加電梯與原有建筑連接時，應對原建筑進行結(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)件應進行結(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)件復核。

需要對連接構(gòu)件進行復算，復算加固標準應按現(xiàn)行規(guī)范進行。

a.《合肥市既有住宅加裝電梯技術導則》第4.2.3條規(guī)定新加電梯與原有建筑連接處宜設計成滑動連接，同時對連接構(gòu)件進行復核計算，不足時應進行加固處理。b.《合肥市城鄉(xiāng)建設局關于進一步加強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、擴建或加固時，要求進行重新設計，承載能力極限狀態(tài)的計算應滿足現(xiàn)行規(guī)范及標準的要求[3]。

實際操作過程中應該按上述規(guī)定：依照現(xiàn)行規(guī)范設計，但執(zhí)行有難度，筆者認為：按老規(guī)范復算，滿足要求時，可不進行加固，但使用年限仍按原使用年限；按老規(guī)范復算，不滿足要求時，應按新規(guī)范進行加固，使用年限按新的設計年限使用，這樣更具實際操作性。

3)設計計算。

a.與老建筑整體計算：需要考慮不同材料的阻尼比。

b.加裝的電梯單獨建模,與主體連接處設置不動鉸接點的計算：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%，可以單獨計算，并在與主體連接處設置約束。

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：基本風壓0.35 kN/m2，雪壓0.7 kN/m2,7度設防，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)《導則》第4.4.1條規(guī)定是可以適當放寬的。

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要求。否則，則應使其剛度盡量接近，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)服務的。

表3 剛度比計算結(jié)果

風荷載的問題：

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

與老建筑連接的節(jié)點：

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)點很重要，需要著重計算。

與老建筑相連一般采用化學錨栓連結(jié)，著重對化學錨栓進行設計。

1)化學錨栓的構(gòu)造要求：

a.混凝土厚度h不應小于hef+2d0,且h應大于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、化學錨栓進行計算，化學錨栓計算結(jié)果如下：

受拉承載力計算:錨栓鋼材受拉破壞驗算:Nrd.s=70.1 kN，混凝土椎體破壞驗算：Nrd.c=53.6 kN，混合破壞驗算:Nrd.p=122.8 kN， 混凝土劈裂破壞驗算：Nrd.sp=38.2 kN；受剪承載力計算：錨栓鋼材受剪破壞驗算：Vrd.s=35 kN， 混凝土邊緣受剪破壞驗算：Vrd.c=25.3 kN?；炷良羟似茐尿炈?Vrd.cp=128.7 kN；拉剪復合受力承載力計算：拉剪復合受力錨栓鋼材破壞驗算：應力與抗力比值=0.12,滿足且有較大富余，拉剪復合受力混凝土破壞驗算：應力與抗力比值=0.99；最終起控制作用的是拉剪復合受力混凝土破壞驗算。

表4 約束內(nèi)力值

由此可以看出：

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

第二，化學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)點設計，建議如下：a.釋放彎矩、扭矩約束,減少約束內(nèi)力的種類，使化學錨栓的節(jié)點受力簡單。b.建議對連接錨栓的梁,采取增大混凝土截面加固，以提高化學錨栓承載力，同時加強該梁的承載力。c.與柱連接時，一般柱的承載力是沒有問題的，但化學錨栓受水平截面尺寸(350 mm,400 mm)影響導致承載力不高，可以在剪力方向的自由邊尺寸較小的方向或拉力方向，設置帶位移約束，適當減小內(nèi)力。

3)化學錨栓應進行承載力檢測。

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

與老建筑連接的鋼梁節(jié)點:

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

5 鋼結(jié)構(gòu)電梯注意事項

1)風荷載：比較敏感，承載力計算應放大1.1倍。

2)阻尼比取值：鋼結(jié)構(gòu)：a.計算風荷載阻尼比。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，及后置錨件的檢查間隔時間。

6 結(jié)語

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

2)獨立設置電梯結(jié)構(gòu)的需注意：風荷載下水平位移、整體穩(wěn)定性、柱腳錨栓、基礎短柱強度及裂縫控制等。

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行結(jié)構(gòu)檢測。b.連接構(gòu)件復核。c.設計計算：阻尼比、各種指標的分析、風荷載部分缺失、與老建筑連接的節(jié)點、與老建筑連接的鋼梁節(jié)點等。