多層住宅樓新增鋼結(jié)構(gòu)電梯井分析與設(shè)計(jì)

楊春強(qiáng)

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714105

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，在原有舊樓上加裝鋼結(jié)構(gòu)電梯的項(xiàng)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(shè)計(jì)，淺談一下新增鋼結(jié)構(gòu)電梯井對(duì)原有結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)也為同類工程的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：電梯井道；原有結(jié)構(gòu)；受力分析；整體穩(wěn)定

1 工程背景

基于設(shè)計(jì)及施工條件限制，電梯井道大體可分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)電梯井及鋼結(jié)構(gòu)電梯井。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的電梯井，結(jié)構(gòu)剛度大，且整體性能有保證，加上技術(shù)成熟，所以造價(jià)一般較低；缺點(diǎn)是，與原結(jié)構(gòu)連接后將會(huì)對(duì)其整體抗震性能產(chǎn)生較大影響。

鋼結(jié)構(gòu)電梯井，強(qiáng)度高、自重輕，而且安裝方便、施工速度快，與原結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件采用鉸接節(jié)點(diǎn)，不會(huì)影響原有結(jié)構(gòu)的抗震性能，滿足抗震的要求；缺點(diǎn)是，作為垂直交通的井道，由于剛度較小，在風(fēng)壓等水平荷載作用下產(chǎn)生較大的變形，嚴(yán)重時(shí)將影響電梯的正常運(yùn)行。

2 工程概況

佛山市高明區(qū)某一住宅樓為六層鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，樓蓋為整體現(xiàn)澆式鋼筋混凝土，基礎(chǔ)型式為樁承臺(tái)基礎(chǔ)。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(jié)構(gòu)高度為19.5m，應(yīng)業(yè)主要求需在樓梯入口處增設(shè)電梯方便出行。

經(jīng)過充分比較，本工程采用鋼框架結(jié)構(gòu)的電梯井道，柱網(wǎng)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(jié)。

3 鋼結(jié)構(gòu)電梯井分析與設(shè)計(jì)

1）受力分析。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50112010的要求，由于本工程為乙類建筑（6度設(shè)防），其地震作用應(yīng)按該地區(qū)的設(shè)防烈度計(jì)算。因此，該新增鋼結(jié)構(gòu)電梯井主要受到井道荷載、風(fēng)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(jī)房層恒（活）荷載、曳引機(jī)、屋面恒（活）荷載等構(gòu)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(jié)構(gòu)建成良久，其地基沉降也早已穩(wěn)定，自重較輕的鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)拉結(jié)節(jié)點(diǎn)可設(shè)計(jì)成鉸接節(jié)點(diǎn)（水平向開設(shè)長圓孔）。

b.井道在風(fēng)荷載作用下的受力分析：

風(fēng)荷載對(duì)井道的作用主要由基本風(fēng)壓、風(fēng)壓體型系數(shù)及風(fēng)振系數(shù)決定。風(fēng)荷載體型系數(shù)是指風(fēng)作用在建筑物表面一定面積范圍內(nèi)引起的平均壓力（或吸力）與來流風(fēng)的速度壓的比值。由于新增的電梯井多為原結(jié)構(gòu)邊側(cè)或角部外置井道，應(yīng)采用局部風(fēng)壓體型系數(shù)作為井道的風(fēng)荷載體型系數(shù)。參考國外規(guī)范及我國建筑工程抗風(fēng)設(shè)計(jì)和理論研究的實(shí)踐情況，風(fēng)振系數(shù)主要反映脈動(dòng)風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，當(dāng)井道與原有結(jié)構(gòu)存在可靠拉結(jié)，而原有建筑由于其結(jié)構(gòu)剛度較大，則井道的風(fēng)振響應(yīng)不敏感，故本工程風(fēng)振系數(shù)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(jié)構(gòu)拉結(jié)，因此其響應(yīng)是互相作用的。但是，由于電梯井道結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及抗側(cè)剛度均較小，對(duì)原有結(jié)構(gòu)作用很小。因此，井道在地震作用下的效應(yīng)主要是由于原有結(jié)構(gòu)的變形位移引起。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果表明，原有多高層結(jié)構(gòu)在加裝鋼結(jié)構(gòu)電梯井道后，與沒加裝新的鋼結(jié)構(gòu)電梯井道相比，無論是層間位移角，還是自振特性均會(huì)發(fā)生一些變化，但是其變化量很小，可以忽略。

2）包絡(luò)設(shè)計(jì)。

包絡(luò)設(shè)計(jì)方法常用來解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的疑難問題，實(shí)際工程中可以是對(duì)構(gòu)件的包絡(luò)設(shè)計(jì)、對(duì)局部區(qū)域的包絡(luò)設(shè)計(jì)，也可以是對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的包絡(luò)設(shè)計(jì)等?？紤]到難以將鋼結(jié)構(gòu)電梯井與原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模，因此需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)力的包絡(luò)設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)電梯井道，既高且柔，所以當(dāng)原有結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向位移時(shí)，其對(duì)電梯井道產(chǎn)生的內(nèi)力較小，故只要設(shè)計(jì)合理，具有較高強(qiáng)度的鋼結(jié)構(gòu)電梯井道應(yīng)力不會(huì)超限。原有結(jié)構(gòu)的側(cè)移對(duì)井道內(nèi)力的影響主要在于柱腳，因此，設(shè)計(jì)時(shí)一般將其柱腳設(shè)計(jì)為鉸接。

3）整體穩(wěn)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(cuò)層現(xiàn)象，不再適用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中鋼框架柱計(jì)算長度的方法，井道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定應(yīng)力難以精確計(jì)算。但從理論上分析，井道結(jié)構(gòu)平面尺寸為21m×22m，且鋼梁間距一般不超過2.5m，考慮結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，鋼梁對(duì)鋼柱是具有較充分的約束的，鋼柱發(fā)生失穩(wěn)的可能性很小。因此，只要將井道與原有結(jié)構(gòu)充分拉結(jié)，并且井道的鋼梁與鋼柱連接可靠，則井道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定將得到較好的保證。根據(jù)程序計(jì)算的結(jié)果，屈曲荷載系數(shù)很大，說明有拉結(jié)的井道不容易發(fā)生整體失穩(wěn)現(xiàn)象，可認(rèn)為整體穩(wěn)定滿足要求。

4）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。

根據(jù)以上綜合分析和判斷，本工程電梯井與原有結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)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(chǔ)進(jìn)行鉸接連接。節(jié)點(diǎn)如下：

5）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

根據(jù)原有勘察資料及現(xiàn)場情況，采用大直徑鉆孔灌注樁，選取下部中風(fēng)化基巖為持力層，盡量將基礎(chǔ)的沉降量降到最小。結(jié)合結(jié)構(gòu)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(hù)及防腐處理

本工程墻面圍護(hù)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(jié)構(gòu)構(gòu)件的防腐處理主要在工廠完成，噴砂后6小時(shí)內(nèi)涂防銹漆，防銹漆采用兩道環(huán)氧鐵紅底漆加兩道面漆，涂層干漆膜總厚度不少于 150μm，現(xiàn)場安裝完成后于焊接及擦傷處重新補(bǔ)漆。

5 小結(jié)

（1）通過模型計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，隨鋼柱截面的增大，整體結(jié)構(gòu)的周期變化較小，即電梯井道對(duì)原結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量影響很小，可以忽略。

（2）當(dāng)采用鋼結(jié)構(gòu)電梯井道時(shí)，應(yīng)選用足夠剛度的結(jié)構(gòu)平面。設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)采取措施保證節(jié)點(diǎn)的簡單合理、安全可靠，并且需要分析連接節(jié)點(diǎn)對(duì)原有結(jié)構(gòu)的不利影響，判斷是否需要采取加固措施。

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