既有建筑增设电梯井道结构设计研究

王学翔, 唐丽娜, 周 练, 隗 萍, 梁义婕

(1.四川省建筑设计研究院有限公司，四川成都 610000；2.四川省建筑工业化工程技术研究中心，四川成都 610000)

据国家有关部门统计测算，至2017年底，我国60岁以上人口约2.41亿，占全国人口17.3 %，我国已成为世界老年人口总量最多的国家，人口老龄化日益严峻。同时，全国老旧住宅建筑面积约40亿m2，我国老旧小区约16万个，涉及居民4200余户[1]，老旧小区设计标准不高、使用功能不全、配套设施不齐、安全隐患多，宜居较差，七成以上的城镇老年人口居住的老旧楼房无电梯，高龄、失能和患病老年人出行变得越来越困难，一些高龄老人因腿脚不便，成为了“悬空老人”，居民尤其是高龄失能老人垂直出行是亟待解决的民生痛点问题。党中央国务院高度重视既有建筑增设电梯工作，将老年宜居环境建设、老旧小区适老化改造工作列为“十三五”国家老龄事业发展和养老体系建设规划重点工作内容之一。为适应社会经济发展和人口老龄化的需求，方便居民的生活，四川省出台了《既有建筑电梯增设指导意见》，指出既有建筑电梯增设是涉及千家万户的利民惠民工程，并予以15万/台的财政补贴[2]。

虽然，既有建筑增设电梯正在大规模应用，但经课题组广泛调研发现，根据不同的既有建筑的情况，增设电梯井道的做法亦千差万别。本文以增设电梯井道与既有建筑连接方式为主要研究对象，通过对比分析不同连接方式对既有建筑和井道的影响，拟获得在不同情况下最佳连接方式。

1 增设井道与原建筑的连接方式分析

本文以某实际工程为例，对比分析三种连接方式对原建筑和增设井道的影响，为既有建筑增设电梯提供最优的连接方案。

1.1 工程概况

某小区住宅设计于2010年，框架结构，未配有电梯，建筑户型平面如图1所示。近年来，随着居民收入增加、年龄增大，为改善居住环境需增设电梯。该住宅为7层框架，层高3 m，建筑高度22.45 m。基本风压：0.30 kN/m2(50a一遇)，地面粗糙度为B类；不考虑雪压；7度(0.1g)设防，场地类别2类，地震分组为第一组，特征周期为0.35 s，混凝土框架抗震三级，钢框架抗震等级四级。

图1 户型平面

1.2 增设电梯井道布置

由图2可知，原住宅为双跑楼梯、一梯两户，客厅与楼梯间、阳台相邻，因此，可采取由阳台平层入户或由楼梯间半层入户两种方案。为解决防盗问题，平层入户需重新封闭阳台并安装防盗门；半层入户因连廊与阳台高差不足半层，连廊侧面需封闭以防盗。经对比造价，选择更经济的半层入户方式，增设电梯应布置在楼梯间相对位置，增设电梯井道建筑标准层如图2所示。

图2 增设电梯建筑标准层平面布置

增设电梯井道采用单跨钢框架，框架柱采用□200×200×10×10，框架梁和连廊梁采用H300×150×10×12，Q235钢，梁柱现场焊接。结构外挂玻璃幕墙，自重取1.2 kN/m2，换算成线荷载添加到钢框架梁上；电梯井屋面活荷载取0.5 kN/m2；电梯载重800 kg。

1.3 不同连接方式对比分析

采用PKPM进行结构分析，分别建立了增设电梯井道与既有建筑三种不同连接方式的计算模型，即无连接、铰接和刚接。无连接：井道独立，连廊悬挑，与原建筑无连接；铰接和刚接：连廊梁一端与框架刚接、一端与原建筑楼梯间框架柱铰接和刚接，结构计算模型如图3所示。对建立的三个模型进行了多遇地震下的反应谱计算，原建筑和增设井道的水平位移分别见表1和表2所示。

图3 增设电梯结构计算模型(刚接)

表1 不同连接方式作用下原建筑最大水平位移

表2 不同连接方式作用下电梯井道最大水平位移和层间位移角

由表1可知，铰接和刚接对原建筑变形影响相差不大且均较小，均小于2 %，分析其原因，原建筑与增设电梯井道质量比为32.43，故增设电梯对原建筑抗震性能影响小。故对受力性能较好的框架结构，增设电梯可附着于原建筑。由表2可知，采用铰接和刚接的井道变形满足规范要求，刚接的井道变形小于铰接，而无连接的井道因其高宽比较大、稳定性差，变形超出规范限值1/250，因此，不宜采用单跨的钢框架井道。

同时，为研究增设电梯连接方式对原建筑构件的影响，以二层梯柱为例，计算在不同连接方式下其计算所需的钢筋面积，见表3。可知，采用铰接时，梯柱计算所需纵筋面积较无连接时增加171.58 mm2，但仍小于实配纵筋面积。采用刚接连接的梯柱计算所需纵筋面积同铰接，其计算所需的箍筋面积较无连接时增加112.52 mm2，增加67.66 %，需增加梯柱的配箍面积，对梯柱进行加固。

表3 不同连接方式作用下二层梯柱计算所需钢筋面积 mm2

综上，对于情况较好的原建筑，增设电梯井道宜采用铰接方式与原建筑连接方式，考虑到原建筑与增设电梯井道沉降不一，宜采用竖向螺栓孔的方式与原建筑铰接(图4)。

图4 铰接做法示例

2 连接方案

由1.3节可知，对情况较好的原建筑，采用单跨井道时，宜采用铰接方式与原建筑连接。经估算，采用多跨独立井道，其变形能满足规范要求，故对原建筑消防通道较宽、业主经济能力较好的情况下，可采用多跨独立井道。因此，增设电梯井道与原建筑的连接方式与原建筑的受力性能和井道跨数有关。原建筑材料性能下降或原设计不能满足现行规范时，宜与原建筑无连接，当采用单跨井道时，应在井道框架增设斜撑以提高刚度；对采用多跨井道时，宜与原建筑无连接，以减少工序。综上，不同情况下增设电梯井道与原建筑的连接方式见表4。采用独立式时，应设置防震缝，防震缝宽度应不小于规范要求以及原建筑和增设井道的弹塑性变形之和。

表4 不同情况下增设电梯井道与原建筑的连接方式

3 结论

既有建筑增设电梯是解决居民垂直出行的重要举措，是老旧小区适老化改造的重要部分。增设电梯井道与原建筑的 连接方式又是其技术关键，本文对其连接方式进行分析，得到如下结论。

(1)单跨钢框架井道不宜采用独立式，原建筑情况较好时，宜采用竖向螺栓孔的方式与原建筑铰接；原建筑情况较差时，宜采用带支撑的钢框架。

(2)采用多跨井道时，宜与原建筑独立，且应设置防震缝，防震缝宽度应不小于规范要求以及原建筑和增设井道的弹塑性变形之和。