多層住宅樓新增鋼結構電梯井分析與設計

楊春強

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714105

摘要：隨著社會的發展，在原有舊樓上加裝鋼結構電梯的項目逐漸增多。本文通過佛山市某一住宅樓加裝電梯井的分析與設計，淺談一下新增鋼結構電梯井對原有結構的影響，同時也為同類工程的設計提供參考。

關鍵詞：電梯井道；原有結構；受力分析；整體穩定

1 工程背景

基于設計及施工條件限制，電梯井道大體可分為鋼筋混凝土結構電梯井及鋼結構電梯井。鋼筋混凝土結構的電梯井，結構剛度大，且整體性能有保證，加上技術成熟，所以造價一般較低；缺點是，與原結構連接后將會對其整體抗震性能產生較大影響。

鋼結構電梯井，強度高、自重輕，而且安裝方便、施工速度快，與原結構混凝土構件采用鉸接節點，不會影響原有結構的抗震性能，滿足抗震的要求；缺點是，作為垂直交通的井道，由于剛度較小，在風壓等水平荷載作用下產生較大的變形，嚴重時將影響電梯的正常運行。

2 工程概況

佛山市高明區某一住宅樓為六層鋼筋砼框架結構，樓蓋為整體現澆式鋼筋混凝土，基礎型式為樁承臺基礎。該住宅樓無地下室，除首層層高為4.5m，其余層高均為3.0m，主體結構高度為19.5m，應業主要求需在樓梯入口處增設電梯方便出行。

經過充分比較，本工程采用鋼框架結構的電梯井道，柱網尺寸為21mx22m，鋼柱為4根200×8的方通，鋼梁為150×200×6的扁通（間距2m），電梯井框架與原有混凝土梁通過鋼梁連接，形成層層拉結。

3 鋼結構電梯井分析與設計

1）受力分析。

根據《建筑抗震設計規范》 GB50112010的要求，由于本工程為乙類建筑（6度設防），其地震作用應按該地區的設防烈度計算。因此，該新增鋼結構電梯井主要受到井道荷載、風荷載及多遇地震作用。

a.井道主要豎向荷載分析：

電梯井道鋼框架及其墻面自重、機房層恒（活）荷載、曳引機、屋面恒（活）荷載等構成了井道的豎向荷載。由于本工程電梯井道自重輕、高度較小，原住宅結構建成良久，其地基沉降也早已穩定，自重較輕的鋼結構電梯井道沉降極小，兩者的沉降量相差極其微小，井道與原有結構拉結節點可設計成鉸接節點（水平向開設長圓孔）。

b.井道在風荷載作用下的受力分析：

風荷載對井道的作用主要由基本風壓、風壓體型系數及風振系數決定。風荷載體型系數是指風作用在建筑物表面一定面積范圍內引起的平均壓力（或吸力）與來流風的速度壓的比值。由于新增的電梯井多為原結構邊側或角部外置井道，應采用局部風壓體型系數作為井道的風荷載體型系數。參考國外規范及我國建筑工程抗風設計和理論研究的實踐情況，風振系數主要反映脈動風對結構的影響，當井道與原有結構存在可靠拉結，而原有建筑由于其結構剛度較大，則井道的風振響應不敏感，故本工程風振系數取1.0。

c.在水平地震作用下井道受力分析：

在地震作用下，由于電梯井道與原有結構拉結，因此其響應是互相作用的。但是，由于電梯井道結構的質量及抗側剛度均較小，對原有結構作用很小。因此，井道在地震作用下的效應主要是由于原有結構的變形位移引起。根據相關研究結果表明，原有多高層結構在加裝鋼結構電梯井道后，與沒加裝新的鋼結構電梯井道相比，無論是層間位移角，還是自振特性均會發生一些變化，但是其變化量很小，可以忽略。

2）包絡設計。

包絡設計方法常用來解決結構設計中的疑難問題，實際工程中可以是對構件的包絡設計、對局部區域的包絡設計，也可以是對整個結構的包絡設計等。考慮到難以將鋼結構電梯井與原有結構進行整體建模，因此需要對結構進行定性分析，以實現內力的包絡設計。鋼結構電梯井道，既高且柔，所以當原有結構發生側向位移時，其對電梯井道產生的內力較小，故只要設計合理，具有較高強度的鋼結構電梯井道應力不會超限。原有結構的側移對井道內力的影響主要在于柱腳，因此，設計時一般將其柱腳設計為鉸接。

3）整體穩定分析。

由于電梯門洞高度與軌道支架間距不一致，所以存在鋼梁錯層現象，不再適用《鋼結構設計規范》中鋼框架柱計算長度的方法，井道結構的整體穩定應力難以精確計算。但從理論上分析，井道結構平面尺寸為21m×22m，且鋼梁間距一般不超過2.5m，考慮結構整體穩定性，鋼梁對鋼柱是具有較充分的約束的，鋼柱發生失穩的可能性很小。因此，只要將井道與原有結構充分拉結，并且井道的鋼梁與鋼柱連接可靠，則井道結構的整體穩定將得到較好的保證。根據程序計算的結果，屈曲荷載系數很大，說明有拉結的井道不容易發生整體失穩現象，可認為整體穩定滿足要求。

4）節點設計。

根據以上綜合分析和判斷，本工程電梯井與原有結構的連接節點按鉸接處理，鋼柱與鋼梁采用剛性連接，每根鋼柱均采用4M24柱腳錨栓與基礎進行鉸接連接。節點如下：

5）基礎設計。

根據原有勘察資料及現場情況，采用大直徑鉆孔灌注樁，選取下部中風化基巖為持力層，盡量將基礎的沉降量降到最小。結合結構荷載情況，本工程采用3根直徑800的鉆孔灌注樁（樁重心離建筑外墻面約1.5m），樁的承載中心與井筒荷載重心基本重合。

4 圍護及防腐處理

本工程墻面圍護采用8mm+1.52PVB+8mm鋼化夾膠玻璃，與原墻面交接處開槽口嵌入后用密封膠封閉，防止墻面滲水。鋼結構構件的防腐處理主要在工廠完成，噴砂后6小時內涂防銹漆，防銹漆采用兩道環氧鐵紅底漆加兩道面漆，涂層干漆膜總厚度不少于 150μm，現場安裝完成后于焊接及擦傷處重新補漆。

5 小結

（1）通過模型計算分析發現，隨鋼柱截面的增大，整體結構的周期變化較小，即電梯井道對原結構的剛度、質量影響很小，可以忽略。

（2）當采用鋼結構電梯井道時，應選用足夠剛度的結構平面。設計節點時，應采取措施保證節點的簡單合理、安全可靠，并且需要分析連接節點對原有結構的不利影響，判斷是否需要采取加固措施。

參考文獻：

[1]建筑結構荷載規范（GB500092012）[S].

[2]建筑抗震設計規范（GB500112010）[S].

[3]鋼結構設計規范（GB500172003）[S].

[4]林宏偉.舊有建筑新增電梯井道在水平荷載作用下相互作用研究[J].福建建設科技，2011（6）：1013.