既有建筑增設(shè)電梯井道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

王學(xué)翔, 唐麗娜, 周 練, 隗 萍, 梁義婕

(1.四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610000；2.四川省建筑工業(yè)化工程技術(shù)研究中心，四川成都 610000)

據(jù)國家有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)測算，至2017年底，我國60歲以上人口約2.41億，占全國人口17.3 %，我國已成為世界老年人口總量最多的國家，人口老齡化日益嚴(yán)峻。同時，全國老舊住宅建筑面積約40億m2，我國老舊小區(qū)約16萬個，涉及居民4200余戶[1]，老舊小區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不高、使用功能不全、配套設(shè)施不齊、安全隱患多，宜居較差，七成以上的城鎮(zhèn)老年人口居住的老舊樓房無電梯，高齡、失能和患病老年人出行變得越來越困難，一些高齡老人因腿腳不便，成為了“懸空老人”，居民尤其是高齡失能老人垂直出行是亟待解決的民生痛點(diǎn)問題。黨中央國務(wù)院高度重視既有建筑增設(shè)電梯工作，將老年宜居環(huán)境建設(shè)、老舊小區(qū)適老化改造工作列為“十三五”國家老齡事業(yè)發(fā)展和養(yǎng)老體系建設(shè)規(guī)劃重點(diǎn)工作內(nèi)容之一。為適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口老齡化的需求，方便居民的生活，四川省出臺了《既有建筑電梯增設(shè)指導(dǎo)意見》，指出既有建筑電梯增設(shè)是涉及千家萬戶的利民惠民工程，并予以15萬/臺的財政補(bǔ)貼[2]。

雖然，既有建筑增設(shè)電梯正在大規(guī)模應(yīng)用，但經(jīng)課題組廣泛調(diào)研發(fā)現(xiàn)，根據(jù)不同的既有建筑的情況，增設(shè)電梯井道的做法亦千差萬別。本文以增設(shè)電梯井道與既有建筑連接方式為主要研究對象，通過對比分析不同連接方式對既有建筑和井道的影響，擬獲得在不同情況下最佳連接方式。

1 增設(shè)井道與原建筑的連接方式分析

本文以某實(shí)際工程為例，對比分析三種連接方式對原建筑和增設(shè)井道的影響，為既有建筑增設(shè)電梯提供最優(yōu)的連接方案。

1.1 工程概況

某小區(qū)住宅設(shè)計(jì)于2010年，框架結(jié)構(gòu)，未配有電梯，建筑戶型平面如圖1所示。近年來，隨著居民收入增加、年齡增大，為改善居住環(huán)境需增設(shè)電梯。該住宅為7層框架，層高3 m，建筑高度22.45 m?；撅L(fēng)壓：0.30 kN/m2(50a一遇)，地面粗糙度為B類；不考慮雪壓；7度(0.1g)設(shè)防，場地類別2類，地震分組為第一組，特征周期為0.35 s，混凝土框架抗震三級，鋼框架抗震等級四級。

圖1 戶型平面

1.2 增設(shè)電梯井道布置

由圖2可知，原住宅為雙跑樓梯、一梯兩戶，客廳與樓梯間、陽臺相鄰，因此，可采取由陽臺平層入戶或由樓梯間半層入戶兩種方案。為解決防盜問題，平層入戶需重新封閉陽臺并安裝防盜門；半層入戶因連廊與陽臺高差不足半層，連廊側(cè)面需封閉以防盜。經(jīng)對比造價，選擇更經(jīng)濟(jì)的半層入戶方式，增設(shè)電梯應(yīng)布置在樓梯間相對位置，增設(shè)電梯井道建筑標(biāo)準(zhǔn)層如圖2所示。

圖2 增設(shè)電梯建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面布置

增設(shè)電梯井道采用單跨鋼框架，框架柱采用□200×200×10×10，框架梁和連廊梁采用H300×150×10×12，Q235鋼，梁柱現(xiàn)場焊接。結(jié)構(gòu)外掛玻璃幕墻，自重取1.2 kN/m2，換算成線荷載添加到鋼框架梁上；電梯井屋面活荷載取0.5 kN/m2；電梯載重800 kg。

1.3 不同連接方式對比分析

采用PKPM進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，分別建立了增設(shè)電梯井道與既有建筑三種不同連接方式的計(jì)算模型，即無連接、鉸接和剛接。無連接：井道獨(dú)立，連廊懸挑，與原建筑無連接；鉸接和剛接：連廊梁一端與框架剛接、一端與原建筑樓梯間框架柱鉸接和剛接，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖3所示。對建立的三個模型進(jìn)行了多遇地震下的反應(yīng)譜計(jì)算，原建筑和增設(shè)井道的水平位移分別見表1和表2所示。

圖3 增設(shè)電梯結(jié)構(gòu)計(jì)算模型(剛接)

表1 不同連接方式作用下原建筑最大水平位移

表2 不同連接方式作用下電梯井道最大水平位移和層間位移角

由表1可知，鉸接和剛接對原建筑變形影響相差不大且均較小，均小于2 %，分析其原因，原建筑與增設(shè)電梯井道質(zhì)量比為32.43，故增設(shè)電梯對原建筑抗震性能影響小。故對受力性能較好的框架結(jié)構(gòu)，增設(shè)電梯可附著于原建筑。由表2可知，采用鉸接和剛接的井道變形滿足規(guī)范要求，剛接的井道變形小于鉸接，而無連接的井道因其高寬比較大、穩(wěn)定性差，變形超出規(guī)范限值1/250，因此，不宜采用單跨的鋼框架井道。

同時，為研究增設(shè)電梯連接方式對原建筑構(gòu)件的影響，以二層梯柱為例，計(jì)算在不同連接方式下其計(jì)算所需的鋼筋面積，見表3。可知，采用鉸接時，梯柱計(jì)算所需縱筋面積較無連接時增加171.58 mm2，但仍小于實(shí)配縱筋面積。采用剛接連接的梯柱計(jì)算所需縱筋面積同鉸接，其計(jì)算所需的箍筋面積較無連接時增加112.52 mm2，增加67.66 %，需增加梯柱的配箍面積，對梯柱進(jìn)行加固。

表3 不同連接方式作用下二層梯柱計(jì)算所需鋼筋面積 mm2

綜上，對于情況較好的原建筑，增設(shè)電梯井道宜采用鉸接方式與原建筑連接方式，考慮到原建筑與增設(shè)電梯井道沉降不一，宜采用豎向螺栓孔的方式與原建筑鉸接(圖4)。

圖4 鉸接做法示例

2 連接方案

由1.3節(jié)可知，對情況較好的原建筑，采用單跨井道時，宜采用鉸接方式與原建筑連接。經(jīng)估算，采用多跨獨(dú)立井道，其變形能滿足規(guī)范要求，故對原建筑消防通道較寬、業(yè)主經(jīng)濟(jì)能力較好的情況下，可采用多跨獨(dú)立井道。因此，增設(shè)電梯井道與原建筑的連接方式與原建筑的受力性能和井道跨數(shù)有關(guān)。原建筑材料性能下降或原設(shè)計(jì)不能滿足現(xiàn)行規(guī)范時，宜與原建筑無連接，當(dāng)采用單跨井道時，應(yīng)在井道框架增設(shè)斜撐以提高剛度；對采用多跨井道時，宜與原建筑無連接，以減少工序。綜上，不同情況下增設(shè)電梯井道與原建筑的連接方式見表4。采用獨(dú)立式時，應(yīng)設(shè)置防震縫，防震縫寬度應(yīng)不小于規(guī)范要求以及原建筑和增設(shè)井道的彈塑性變形之和。

表4 不同情況下增設(shè)電梯井道與原建筑的連接方式

3 結(jié)論

既有建筑增設(shè)電梯是解決居民垂直出行的重要舉措，是老舊小區(qū)適老化改造的重要部分。增設(shè)電梯井道與原建筑的 連接方式又是其技術(shù)關(guān)鍵，本文對其連接方式進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論。

(1)單跨鋼框架井道不宜采用獨(dú)立式，原建筑情況較好時，宜采用豎向螺栓孔的方式與原建筑鉸接；原建筑情況較差時，宜采用帶支撐的鋼框架。

(2)采用多跨井道時，宜與原建筑獨(dú)立，且應(yīng)設(shè)置防震縫，防震縫寬度應(yīng)不小于規(guī)范要求以及原建筑和增設(shè)井道的彈塑性變形之和。