既有建筑加裝電梯結構設計分析

俞希濤

摘 要：在對既有建筑增設電梯結構時，要根據建筑物的用途類型，科學設計電梯設備，確保電梯的加裝，不會對原有建筑結構產生不良影響，還要保證電梯結構的順利運行。當前，市場上應用比較廣泛的是既有多層住宅增設外掛電梯。這種電梯設計主要作用于老舊住宅中，還可以在商業住宅和別墅中增設電梯結構。老舊住宅建筑中的電梯結構設計，屬于民生工程建設，已經得到了地方政府的大力扶持。但是，當前在電梯設計和施工中還存在一些不足之處。基于此，文章就既有建筑加裝電梯結構設計進行了相關分析和探討。

關鍵詞：既有建筑;加裝電梯結構;設計;分析探討

中圖分類號：TU8文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2022）03-007-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.003

在我國社會經濟不斷發展的過程中，既有建筑增設電梯項目的建設數量正在不斷增多。既有建筑電梯項目的建設，與新建工程項目的施工存在共性，也存在一定的差異。

新增的電梯結構會受到原有建筑物建設情況的影響和制約，為保證電梯結構在應用時更加安全穩定，要根據原有建筑結構體系，對新增結構進行科學規劃設計。要從整體結構構造角度，明確設計工作的開展重點和難點，從根本上提高設計工作的開展質量和效率[1]。

1 既有建筑加裝電梯結構設計開展的要點

1.1 建立健全結構體系

在原有的結構體系中增設電梯結構，會受到建筑物功能的制約。為減少對原有結構的影響，通常要將新增的電梯結構設計在主體結構的外側區域，極少情況下要在建筑物內部進行電梯結構建設。新增設的電梯結構與原有主體結構存在連接關系。設計新增電梯結構時，可以采用獨立設計方式，也可以連接原有主體結構。

獨立設計時要與原有主體結構脫開設縫，充分考慮結構的最大高寬比和水平荷載情況，新增設的電梯井道一般在2.2 m左右。獨立設置電梯結構時，整體建設高度不能大于9 m。這種結構設計與新建結構設計并無太大差別。如果采用連接設置形式，新增設的電梯平面尺寸要比原結構更小，新增設的電梯結構高寬比不會對工程建設產生限制。在與原主體結構連接設置，新增設的結構應用穩定性更強，還可以降低變形問題的發生概率。要反復檢查連接構件的使用安全性，如果連接構件在使用過程中無法滿足整體承載力的要求，就要對墻柱等構件進行加固處理[2]。

設計新增設的電梯結構可以選用鋼筋混凝土的結構建設形式，也可選用鋼結構的建設形式。鋼筋混凝土結構主要存在框架、框架—剪力墻、剪力墻等結構建設形式，因為剛度比較大，耐久性能更強，因此這種結構的應用優勢更加明顯。但鋼筋混凝土結構的自重比較大，基礎設計存在一定難度。現場施工涉及內容比較多，且建設周期更長，無法保證原有建筑物的正常使用。

鋼結構的自重比較輕，不會對原結構產生較大影響，施工時可以先在工廠預制構件，運輸到現場吊裝。因此，施工速度更快，不會對建筑物的正常使用產生不良影響。但這種結構在使用過程中剛度比較小，耐久性能較差，后期維護管理工作開展時成本更高。如果設計人員選用了新增電梯結構與原建筑結構相連的設計方式，大多數采用鋼框架結構的建設形式[3]。

設計電梯結構基礎時，要根據現場實際作業情況開展針對性的設計工作。要在滿足結構整體承載力的基礎上，減少對原有結構的影響。如果新增設的電梯結構建設位置不存在地下室，可以選用新增樁基礎的設計形式。要綜合考慮施工現場的環境條件以及工程建設成本。

一般情況下，要選用鉆孔灌注樁的建設形式，如果區域內的地質條件比較好，也可以選用天然基礎。要反復核實新舊結構之間的沉降差，確保數值滿足設計要求，不會對新增設電梯結構的正常應用產生影響。

如果在設計過程中發現下部區域存在原有建筑結構構件，就可以采用新增轉換構件的處理形式。設計人員要保證傳力路徑更加清晰可靠，還要嚴格檢查所有結構構件的承載情況。在開展基礎設計工作時，不僅要全面了解基礎強度，而且要預測和解決地基可能出現的變形問題，盡可能避免發生新舊結構不均勻沉降問題，避免連接部位的構件受到破壞進而出現開裂等問題[4]。

1.2 加強結構計算管理

開展結構計算工作時，要建立模型，對新增設電梯結構與原有建筑結構進行整體性分析。要嚴格按照行業規范，選取和設置參數數據。可以通過新增設結構前后整體指標的對比分析，明確新增設結構的建設是否會對原結構產生影響，對比和分析新增設結構中一些比較重要的結構構件以及相連構件的內力配筋是否發生改變。如果發現新增設結構對原建筑結構存在較大影響，就要進行優化完善，并對其進行加固處理[5]。

1.3 優化結構構造

設計新增電梯結構時，如果選用了混凝土結構的建設形式，連接樓層處的梁、板與原結構時，可以通過鋼筋植筋錨入原結構中，施工時要滿足錨固的建設要求。如果選用了鋼結構的建設形式，可以通過化學錨栓將鋼梁與原結構連接，按照實際建設情況采用多節點的連接方式，確保整體結構具有更強的連接性。

在電梯結構設計時，如果選用了新增的基礎，特別是天然基礎時，錨栓孔可以設計成長圓孔的形式，確保新增設的結構與原結構存在不均勻的變形余度，避免后期出現變形等問題。在開展計算工作時，模型的建設形式要與實際施工行為基本保持一致。如果選用了鋼結構的建設形式，前室平臺可以設計為壓型鋼板混凝土組合樓板，板鋼筋和原結構可以選用植筋錨固的處理形式，增強整體性能。如果要降低結構自重，可以根據實際建設情況選用花紋鋼板樓板，在其表面鋪設裝飾面層。如果建筑物的樓層數比較高，在進行樓層間設計時，可以根據軌道的安裝要求在層間設置鋼梁，并且縮短小鋼柱的計算長度，同時可以增加結構的剛度[6]。

在對原有建筑物進行加裝電梯設計時，主要存在內置結構與外置結構兩種形式。內置結構是在建筑物內部設置電梯結構，拆除所有樓梯后，在原有樓梯位置安裝電梯結構并進行結構設計。外置結構是在保持建筑物原有結構不變的基礎上，在外側區域進行電梯結構設計。兩種設計方式都存在一定的優點和缺點，要根據工程建設要求，選擇合理的結構設置形式。0196B4B3-0396-4F43-9EE0-F9EAC59EAC16

如果選擇外置結構的設計形式，外加構件和主體結構的連接方式主要存在焊接、錨接、鉸接等連接方式。這幾種連接方法在使用時，受力比較復雜。為選用受力更加簡單的直接連接法，可以通過植筋的連接處理各個結構。在使用直接植筋連接方法時，要在原有梁截面的上緣區域或下緣區域，植入比較多的鋼筋材料。

但是，因為植入的鋼筋會處于梁的受拉區，在復合應力影響下，受拉區的混凝土結構會出現裂縫等問題，無法滿足工程的建設要求。植筋帶膠過早，會導致混凝土結構出現滑移等問題，進而引發粘結錨固的破壞。傳統的直接植筋連接方式在應用時，無法處理復雜應力狀態下的原有混凝土結構和鋼筋材料，這就導致電梯結構的應用安全性會不斷降低。

應用復雜受力連接方式時，融合了焊接、錨接、鉸接等多種工藝，這種工藝在實施時具備更多的優勢。可以適當加強植筋錨固區域的混凝土結構橫向約束力，并加固原有結構，提高錨栓錨固性能，確保這一結構在應用時更加安全穩定。應用這種連接方式建設的電梯結構，可以承受更多的偏心振動荷載，連接現有電梯構件并進行加固處理。

加裝電梯結構時，建筑物主體結構的部分荷載會施加在電梯框架區域，電梯框架要將力傳導到原有的主體結構中，因此受力影響主要產生在構件之間和單元之間的連接構件上。分析結構時，要深入分析和了解各個構件和單元之間的關系。一般情況下，構件和單元是通過節點直接連接的。如果采用了單元連接方式，也可以將其算作節點的連接。連接控制方程時，主要存在接觸和耦合等連接形式[7]。

設計電梯結構的荷載施加系統時，傳統的有限元程序中各個程序存在一定的相似之處。一般情況下，有限元程序由實體單元、框架單元和連接單元等元素組合而成。這些單元組合的模擬復雜結構與類似的程序，要通過節點的自由度耦合，實現不同的鉸接。設計加裝的電梯結構時，屬于額外的結構設計，要適當調整某些節點的參數，確保這些加裝的構件節點符合工程建設的特性，通過平面模擬，明確框架的受力問題。設計結構時，設計人員還要明確加裝結構和原結構的關系[8]。

制定設計方案要分離加裝結構與原結構，在這兩個結構之間設置抗震縫，確保加裝的電梯結構設計滿足現行規范的要求。設計抗震縫要將新增的電梯井道設置為獨立結構。分析和計算結構的受力時，可以通過構建模型，明確受力路徑，避免加裝的電梯結構對原結構產生不良影響。采用這種設計方式，不需要對加裝的結構進行抗震鑒定，也可以減少加固處理的次數。

但是，因為電梯井道的寬度比較小、高度過高，導致井道結構應用的安全性和穩定性比較差，且抗震性能無法滿足相應的要求。

因此，必須彌補這一結構的缺陷，才能充分發揮結構的效用。如果采用了加裝結構和原結構相連的設計方式，要保證新增結構和原結構連為整體，才能滿足結構的應用要求。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

某辦公樓選用了18層鋼筋混凝土框架剪力墻的結構建設形式，采用了現澆式鋼筋混凝土結構進行樓蓋建設，基礎形式為樁基承臺。此辦公樓結構存在一層地下室，層高4.5 m，主體結構高度為62.7 m。因為建筑物內部原有的兩臺電梯設備，運行時無法滿足業主的需求，需要在原主樓北側區域增設電梯結構。

2.2 選取合理的結構體系

設計電梯結構時，為減少對原建筑結構的影響，將其設計在整體結構的北側區域，靠近原結構井筒的位置。為滿足運行需求，設計的電梯結構高度在62.5 m左右。因為單獨設置的形式，無法滿足變形要求。因此，要連接新增設的電梯結構與原有主體結構，降低對原主體結構承重構件的影響。在建設過程中，要選用自重比較輕的鋼框架結構，改造裙房結構時，鋼結構貫穿于裙房結構，并在側面區域與其進行連接。

2.3 結構計算工作的開展情況

在對結構進行計算時，采用建模計算方式，按照現行規范設置了相應的計算參數。對結構進行檢測和鑒定后可以發現，所有結構構件的應用都能滿足設計要求。在對結構構件和參數進行計算時，要按照設計要求開展相關工作。經過計算對比后，可以發現新增設的電梯結構，前后的周期比和位移比等指標未發生明顯改變并滿足限定要求，原結構的構件配筋也能滿足承載力的要求。

2.4 關鍵節點及結構構造設計

開展設計工作時，因為新增設的電梯結構投影范圍為地下室結構，因此基礎設計難度比較大。在對其反復計算復核后發現，支撐地下室的底板時，配筋無法滿足承載力要求，也無法對其進行加固處理。因此，要在頂板區域新增轉換梁，對井筒鋼柱進行支撐。

轉換梁支撐于原混凝土墻，設計方案的應用可行性更高。要通過化學錨栓，實現鋼梁與原結構墻的連接，在計算模型中要對連接節點進行計算。為了減少鋼柱的計算長度，確保軌道安裝作業在開展時更加便利，要適當增加結構的剛度。可以通過層間設置鋼梁的建設形式，滿足施工要求。因為混凝土樓板自重比較大，因此僅在電梯屋面以及機房層設置鋼筋混凝土板。

3 結語

綜上所述，設計人員在對既有建筑物進行新增電梯結構設計時，要根據結構的建設位置與原有結構的連接關系，建立健全結構設計體系。還要從基礎選取角度，對各方面影響因素進行綜合考慮，要嚴格按照電梯結構增設原則開展相關工作。在進行結構設計的過程中，可以構建建設模型，對結構參數進行科學計算，還要明確關鍵結構構造設計的重點和難點。設計人員要對原有的工作理念進行更新，還要對現有的設計手段進行優化，確保設計水平得到進一步提升，從而促進新增電梯結構建設工作的順利開展。

參考文獻

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