多层住宅楼新增钢结构电梯井分析与设计

杨春强

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714105

摘要：随着社会的发展，在原有旧楼上加装钢结构电梯的项目逐渐增多。本文通过佛山市某一住宅楼加装电梯井的分析与设计，浅谈一下新增钢结构电梯井对原有结构的影响，同时也为同类工程的设计提供参考。

关键词：电梯井道；原有结构；受力分析；整体稳定

1 工程背景

基于设计及施工条件限制，电梯井道大体可分为钢筋混凝土结构电梯井及钢结构电梯井。钢筋混凝土结构的电梯井，结构刚度大，且整体性能有保证，加上技术成熟，所以造价一般较低；缺点是，与原结构连接后将会对其整体抗震性能产生较大影响。

钢结构电梯井，强度高、自重轻，而且安装方便、施工速度快，与原结构混凝土构件采用铰接节点，不会影响原有结构的抗震性能，满足抗震的要求；缺点是，作为垂直交通的井道，由于刚度较小，在风压等水平荷载作用下产生较大的变形，严重时将影响电梯的正常运行。

2 工程概况

佛山市高明区某一住宅楼为六层钢筋砼框架结构，楼盖为整体现浇式钢筋混凝土，基础型式为桩承台基础。该住宅楼无地下室，除首层层高为4.5m，其余层高均为3.0m，主体结构高度为19.5m，应业主要求需在楼梯入口处增设电梯方便出行。

经过充分比较，本工程采用钢框架结构的电梯井道，柱网尺寸为21mx22m，钢柱为4根200×8的方通，钢梁为150×200×6的扁通（间距2m），电梯井框架与原有混凝土梁通过钢梁连接，形成层层拉结。

3 钢结構电梯井分析与设计

1）受力分析。

根据《建筑抗震设计规范》 GB50112010的要求，由于本工程为乙类建筑（6度设防），其地震作用应按该地区的设防烈度计算。因此，该新增钢结构电梯井主要受到井道荷载、风荷载及多遇地震作用。

a.井道主要竖向荷载分析：

电梯井道钢框架及其墙面自重、机房层恒（活）荷载、曳引机、屋面恒（活）荷载等构成了井道的竖向荷载。由于本工程电梯井道自重轻、高度较小，原住宅结构建成良久，其地基沉降也早已稳定，自重较轻的钢结构电梯井道沉降极小，两者的沉降量相差极其微小，井道与原有结构拉结节点可设计成铰接节点（水平向开设长圆孔）。

b.井道在风荷载作用下的受力分析：

风荷载对井道的作用主要由基本风压、风压体型系数及风振系数决定。风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面一定面积范围内引起的平均压力（或吸力）与来流风的速度压的比值。由于新增的电梯井多为原结构边侧或角部外置井道，应采用局部风压体型系数作为井道的风荷载体型系数。参考国外规范及我国建筑工程抗风设计和理论研究的实践情况，风振系数主要反映脉动风对结构的影响，当井道与原有结构存在可靠拉结，而原有建筑由于其结构刚度较大，则井道的风振响应不敏感，故本工程风振系数取1.0。

c.在水平地震作用下井道受力分析：

在地震作用下，由于电梯井道与原有结构拉结，因此其响应是互相作用的。但是，由于电梯井道结构的质量及抗侧刚度均较小，对原有结构作用很小。因此，井道在地震作用下的效应主要是由于原有结构的变形位移引起。根据相关研究结果表明，原有多高层结构在加装钢结构电梯井道后，与没加装新的钢结构电梯井道相比，无论是层间位移角，还是自振特性均会发生一些变化，但是其变化量很小，可以忽略。

2）包络设计。

包络设计方法常用来解决结构设计中的疑难问题，实际工程中可以是对构件的包络设计、对局部区域的包络设计，也可以是对整个结构的包络设计等。考虑到难以将钢结构电梯井与原有结构进行整体建模，因此需要对结构进行定性分析，以实现内力的包络设计。钢结构电梯井道，既高且柔，所以当原有结构发生侧向位移时，其对电梯井道产生的内力较小，故只要设计合理，具有较高强度的钢结构电梯井道应力不会超限。原有结构的侧移对井道内力的影响主要在于柱脚，因此，设计时一般将其柱脚设计为铰接。

3）整体稳定分析。

由于电梯门洞高度与轨道支架间距不一致，所以存在钢梁错层现象，不再适用《钢结构设计规范》中钢框架柱计算长度的方法，井道结构的整体稳定应力难以精确计算。但从理论上分析，井道结构平面尺寸为21m×22m，且钢梁间距一般不超过2.5m，考虑结构整体稳定性，钢梁对钢柱是具有较充分的约束的，钢柱发生失稳的可能性很小。因此，只要将井道与原有结构充分拉结，并且井道的钢梁与钢柱连接可靠，则井道结构的整体稳定将得到较好的保证。根据程序计算的结果，屈曲荷载系数很大，说明有拉结的井道不容易发生整体失稳现象，可认为整体稳定满足要求。

4）节点设计。

根据以上综合分析和判断，本工程电梯井与原有结构的连接节点按铰接处理，钢柱与钢梁采用刚性连接，每根钢柱均采用4M24柱脚锚栓与基础进行铰接连接。节点如下：

5）基础设计。

根据原有勘察资料及现场情况，采用大直径钻孔灌注桩，选取下部中风化基岩为持力层，尽量将基础的沉降量降到最小。结合结构荷载情况，本工程采用3根直径800的钻孔灌注桩（桩重心离建筑外墙面约1.5m），桩的承载中心与井筒荷载重心基本重合。

4 围护及防腐处理

本工程墙面围护采用8mm+1.52PVB+8mm钢化夹胶玻璃，与原墙面交接处开槽口嵌入后用密封胶封闭，防止墙面渗水。钢结构构件的防腐处理主要在工厂完成，喷砂后6小时内涂防锈漆，防锈漆采用两道环氧铁红底漆加两道面漆，涂层干漆膜总厚度不少于 150μm，现场安装完成后于焊接及擦伤处重新补漆。

5 小结

（1）通过模型计算分析发现，随钢柱截面的增大，整体结构的周期变化较小，即电梯井道对原结构的刚度、质量影响很小，可以忽略。

（2）当采用钢结构电梯井道时，应选用足够刚度的结构平面。設计节点时，应采取措施保证节点的简单合理、安全可靠，并且需要分析连接节点对原有结构的不利影响，判断是否需要采取加固措施。

参考文献：

[1]建筑结构荷载规范（GB500092012）[S].

[2]建筑抗震设计规范（GB500112010）[S].

[3]钢结构设计规范（GB500172003）[S].

[4]林宏伟.旧有建筑新增电梯井道在水平荷载作用下相互作用研究[J].福建建设科技，2011（6）：1013.