人貨電梯附臂荷載計算研究

楊皓東 吳 凡

1. 合肥建工集團有限公司 安徽 合肥 230031；2. 安徽建筑大學土木工程學院 安徽 合肥 230601

人貨電梯普遍應用于各類建筑，對于裝配式建筑結構，其附著位置的剛度普遍較小，若附著力過大則會造成建筑的結構破壞，質量和安全得不到保障。因此，為了人貨電梯的安全運行，需要計算出準確的附著力，但是附著力的計算較為復雜，而且目前也沒有成熟的計算理論和方法。人貨電梯使用說明書雖然給出了附著力計算的經驗公式，但計算方法、計算模式并不明確，而且這些公式更適用于傳統現澆結構，對裝配式建筑的剛度在附著點處相較于傳統建筑普遍較小的這一問題并無考慮，所以盲目應用會有較大的安全隱患。本文旨在探討裝配式建筑中合理可靠的附著力的計算方法，以此指導施工，從而確保在人貨電梯附著點位置剛度較小時，建筑結構和人貨電梯的運行安全[1-5]。

1 工程實例

某承重剪力墻裝配式建筑層高2.9 m，總計18層，采用SC200/200TD人貨電梯附著于陽臺邊梁上，額定載質量為2×2 000 kg，提升速度0～46 m/min，最大提升高度100 m，吊籠質量為2×2 000 kg，標準節質量為145 kg，吊籠尺寸（長×寬×高）為3.2 m×1.5 m×2.5 m，采用Ⅱ型附墻架（圖1），附墻架連接尺寸為3 300 mm×1 425 mm。根據實際工況設置7道附著，附著間距依次為7.5、9.0、9.0、9.0、9.0、6.0、6.0 m，外伸長度為6.0 m，總計高度為61.5 m。

圖1 附著位置示意

2 工況選取

根據GB 26557—2011《吊籠有垂直導向的人貨兩用施工升降機》中所規定的荷載情況，選取最大工作荷載工況，即導軌架左右兩側吊籠同時運行時，吊籠一個位于導軌架頂端，一個位于導軌架最底端時的瞬間，且風荷載平行于墻壁方向，此時最不利于抗傾翻穩定，為最危險工況。

3 計算模式

因為實際構造的復雜性，為了以此計算結果指導施工時更偏于安全，所以對實際模型進行了合理的簡化與假定。設定平行于墻面方向為x軸，垂直墻面方向為y軸，沿導軌架方向為z軸，向上為正，附臂與塔身的連接部位為鉸接，塔機基礎為固定支座，塔身為豎向剛性無限大桿件，風荷載為沿x方向垂直作用在塔身上的均布荷載q1和作用在吊籠上的集中荷載P1，吊籠自重產生的偏心彎矩簡化為Mx并作用在塔身上。

在實際支座的位置，沿x方向設定相應的虛擬支座，虛擬支座產生的反力X實為不平衡彎矩所引起附臂反力的合力，由此可得人貨電梯虛擬支座計算模型（圖2）。

圖2 人貨電梯虛擬支座計算模型

附墻架的桿件連接視為固接，附著節點視為通過預埋件與混凝土相連的固定支座A、B，吊籠的自重、載重、運行動荷載以及作用在塔身、吊籠上的風荷載所產生的彎矩，均作用在圖3的虛擬支座上，產生沿x方向虛擬支座反力X（圖3、圖4）。

圖3 附墻架

圖4 附臂計算模型

4 荷載取值及計算

4.1 標準節風荷載

當風沿x方向時，風荷載按公式（1）、（2）計算。

式中：wk——風荷載標準值；

w0——基本風壓，按照規范規定取0.25 kN/m2；

μz——風荷載高度變化系數，取1.79；

μs——風荷載體型系數，取2.2；

4.2 吊籠風荷載

4.3 動荷載作用下的吊籠自重和載重荷載

4.4 人貨電梯穩定力

4.5 吊籠的穩定彎矩

動荷載作用下的吊籠自重和載重荷載對標準節中心引起的彎矩為穩定力矩M，其分別為xz平面的Mx，yz平面的My。根據規范，計算得Mx＝90.26 kN·m，My＝6.64 kN·m。

5 附著反力計算

5.1 x方向

根據上文可知系數組合后的穩定荷載，吊籠風荷載對吊籠產生的穩定力為9.7 kN，對塔身產生的穩定線荷載為0.34 kN·m，x方向穩定彎矩Mx＝90.26 kN·m，y方向穩定彎矩My＝6.64 kN·m。通過力學模型（圖2）進行計算，可得圖5。

由圖5可見，最上2道虛擬支座的支撐反力分別為x8＝31.69 kN，x7＝－28.95 kN，而x6＝－10.08 kN，可見第3道支撐反力只有第2道支撐反力的34%，并越來越小，所以在計算時可只考慮最上部2道附著。

圖5 x方向彎矩及虛擬支座反力

5.2 y方向

在最不利工況時，y方向只受吊籠穩定彎矩My＝6.64 kN·m。利用結構求解器建立力學模型圖6進行計算，可得圖7。

圖6 y方向實際計算模型

圖7 y方向彎矩及支座反力

由圖7可見，最上2道支座的支撐反力分別為Fy8＝1.40 kN，Fy7＝－1.76 kN，下半部附著可以忽略不計。

5.3 計算附著節點處荷載

附墻架是按一定間距連接導軌架與建筑物的側向支撐構件，采用穿墻螺栓固定。

根據力學求解器建立簡易模型（見圖5），取最不利的一道附著，令x＝x8＝31.69 kN進行計算，可得表1。

表1 附墻節點處附著力單位：kN

計算時應考慮安裝垂直度誤差所導致的偏心彎矩，以及由此產生的軸向附著力。參考GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術統一標準》，支撐腳手架取3 kN，所以安裝垂直度誤差所產生的軸向附著力取為3 kN，方向為y方向。經計算，x方向最大反力為A點的33.32 kN，y方向最大反力為B點的78.62 kN。

6 分析與結論

1）通過模擬計算可知，升降機最上部2道附墻架受到的拉力最大，第3道附著力只有第1道的31%、第2道的34%，在工程計算中可以進一步對計算進行簡化，只需考慮最上部2道附著反力對建筑的影響，下部附著可以不計算。

2）本文提出了虛擬支座的概念，把三維問題轉化為2個二維問題，簡化了計算，方便現場施工人員可根據現場實際情況，隨時對附臂力的大小進行把控。

3）通過進一步改變附著間距可知，如果把上部的附著間距從6 m改為9 m，采用同樣計算模式，可發現最大附著力增大了21.8%，所以可得出隨著最上部附著間距增大，附著力也隨之增大的結論。在現場施工時，隨著附著高度的不斷上升，附著間距應適當減小，并減少懸挑高度，確保人貨電梯安全運行。

4）在裝配式建筑中，如果附著點位置位于疊合板或非現澆梁上，此時附著方式不能等同于現澆，附著時應適當降低附著間距，加強附著點位置的強度，以確保人貨電梯附著安全。

5）本文建立了新的計算模型，并為了人貨電梯附著時的安全，在計算過程中取了4個安全保障：在風荷載計算時，取最高處的風荷載標準值；考慮了運動時沖擊系數；取了傾覆力的穩定安全系數；加上了平面外穩定力。

6）本文采用最大工作荷載工況為最不利工況，其中在2個吊籠同時處在最頂部且在工作狀態時也僅僅只有最不利工況的38.2%，其他工況通過計算，也均遠遠小于最不利工況，所以不予考慮。

7）通過與計算說明書的計算對比可知，計算誤差為15.9%，本文給出的結果偏于安全，所以上述計算模式是合理的，可以進一步把使用說明書給出的公式納入規范，方便施工人員隨時應用。

7 結語

本文主要對附臂力和附著點處的約束反力的大小進行計算，為后續討論附著點的位置及構造措施提供了計算基礎，對下一步附臂預埋件的強度設計和附著點位置的強度驗算提供了數據支持，但在裝配式建筑上附著時，還應考慮預制和現澆位置連接產生的剛度較小的問題，并作進一步驗算，以確保施工過程的安全。