新增电梯对原结构安全影响评估及设计探讨

周刚，陈港，张由，潘廷明，周伟，曹淑上

（重庆市建筑科学研究院有限公司，重庆 400016）

0 引言

伴随着我国城市经济、人文意识的不断发展，老旧小区的改造、扩建需求正在不断增强。 住建部、发改委、财政部共同印发的《关于做好2019 年老旧小区改造工作的通知》明确，老旧小区应是建成于2000 年以前、公共设施落后影响居民基本生活，且居民改造意愿强烈的住宅小区[1]。 根据相关数据汇总统计，截至6 月末，重庆新开工改造城镇老旧小区235 个，占年度目标任务（729个） 的32.2%， 新开工改造城镇老旧小区涉及居民户数12.02 万户，占年度目标任务（25.11 万户）的47.9%。 老旧小区的改造工作已经在如火如荼地进行。

受制于建造时的设计理念及标准规范，老旧小区的公共配套设施有限，生活环境水平不高。 老旧小区的改造主要面临升级停车设施、加装电梯、房屋整体加固及综合改造后智能运维等几个方面。 目前，在既有老旧小区中，无论是什么结构型式的建筑，绝大多数是没有设置电梯的，而老旧小区居住人群又以中老年人居多，居民生活极其不便，故老旧小区既有建筑加装电梯问题亟需解决。

本文基于工程实例，通过对新增不同结构型式（混凝土结构或钢结构）电梯、电梯与原主体结构不同连接方式（刚接或铰接）对原结构的安全影响评估进行探讨、分析，以此为类似工程实践提供一定的参考及借鉴。

1 工程背景

根据相关工程资料，该工程位于重庆市九龙坡区，于1996 年竣工后陆续投入使用，房屋结构相关信息见表1[2-4]，房屋标准层结构平面示意图及拟新增电梯位置见图1。

表1 房屋原结构工程信息表

图1 房屋标准层结构平面示意图及拟新增电梯位置图

2 方案概况

因使用需要，该房屋亟需新增电梯。 新增电梯结构可以采取分离式和整体式两种，当新增电梯高度较低、电梯结构与原结构变形差异较大，或电梯自身结构稳定性较好时可采用分离式[5]。 其他情况下，则需要新增电梯结构与原结构之间形成有可靠连接的整体。 该工程共五层，房屋总高约17m，新增电梯拟选择整体式。

该工程拟新增电梯位于原房屋左侧楼梯间旁，电梯井道尺寸为2100mm×2200mm， 楼梯立柱通过在各层分别设置连接件与原结构梁、柱相连，计算模型（局部）结构平面示意图如图2所示。 分别对电梯结构与原结构之间刚接、铰接两种连接方式进行对比。 钢结构楼梯采用Q235B 方钢管[6]，立柱截面尺寸为200mm×200mmx5mm，梁截面尺寸为150mmx150mmx4mm；混凝土结构楼梯混凝土强度设计等级为C30， 柱截面尺寸为400mmx400mm，梁截面尺寸为200mmx400mm。

图2 计算模型（局部）结构平面示意图

3 方案对比分析

首先通过对房屋原结构及新增电梯后电梯相邻的梁、柱[分别为轴（1）/（B）—（E） 梁（后记为L1）、轴（C）/（1）—（3） 梁（后记为L2）、轴（B）/（1）—（3）梁（后记为L3）及轴（B）/（1）柱]内力进行对比，以此分析新增电梯对房屋结构安全性的影响，然后通过对房屋新增电梯前后结构周期等抗震参数及结构位移指标进行对比，依次分析新增电梯对房屋整体性的影响。

（1） 通过提取各种计算模型不同构件内力并进行对比分析可知，当新增电梯为混凝土结构时，内力变化较大。 L1 为新增电梯的直接连系梁， 其梁底正弯矩及梁顶负弯矩变化幅度均超过20%， 最大达27%；L2 梁顶负弯矩变化也较大， 变化幅度达到了25%。 新增电梯为钢结构时，内力变化相对较小，变化幅度最大部位为L1 梁顶负弯矩，其变化幅度最大约13%，其余梁内力变化幅度均较小，基本不超过5%。

新增电梯为混凝土结构时，相邻柱的控制内力以X 方向弯矩Mx 及轴力N 变化较大，最大变化幅度分别达69%及17%；新增电梯为钢结构时， 相邻柱的控制内力以X 方向弯矩Mx 变化较大，最大变化幅度达20%。

当新增电梯与原结构之间采用不同连接方式时，结构型式相同情况下，L2 梁顶负弯矩变化幅度稍大（混凝土结构变化约8%，钢结构变化约9%），其余梁内力变化不大，有的可以忽略不计。相邻柱的控制内力以X 方向弯矩Mx 变化稍大（混凝土结构变化约11%，钢结构变化约5%），其余柱内力变化不大。

原结构构件内力对比见表2—表5。

表2 房屋原结构梁内力表（kN·m）

表3 房屋新增电梯后原结构梁内力相对变化表（%）

表4 房屋原结构柱控制内力表

表5 房屋新增电梯后原结构柱控制内力相对变化表（%）

（2） 提取各种计算模型的结构周期及有效质量系数，通过对比分析可知，当新增电梯为混凝土结构时，结构周期相对变化较大（变化幅度约3%），其余参数变化幅度均很小，甚至可以忽略不计。 这是因为，相对于原结构，新增电梯刚度及质量均较小。

结构周期及有效质量系数参数对比见表6、表7。

表6 房屋结构周期及有效质量系数参数表

表7 房屋结构周期及有效质量系数参数相对变化表（%）

4 结语

（1） 新增电梯为混凝土结构时内力变化相对较大，新增电梯为钢结构时内力变化相对较小。 项目立项阶段应合理选择新增电梯结构型式，避免施工及后续使用过程中对结构造成可能的不当影响。

（2） 新增电梯与原结构之间采用不同连接方式对原结构相邻构件影响不大，设计时应首先考虑房屋原结构及新增楼梯的结构安全性，根据现场实际情况及施工可操作性进行选择。