既有多层住宅加装电梯结构设计问题分析

既有多层住宅加装电梯结构设计问题分析

钟小青

中国江苏国际经济技术合作集团有限公司 江苏南京 210000

摘要：随着老龄化社会的到来，在现有的多层住宅中加装电梯越来越成为政府和社会关注的热点。在加装电梯的设计中，针对其入户形式的选择需要安装既有房屋的布置合理选择；进行电梯井道和连廊设计时，加装电梯与现有住宅进行“弱连接”是合理并且可行的方案。进行基础设计时，必须注意检查基础的抗拔问题，同时为了减小变形，建议柱脚与基础的连接设计为刚性连接。

关键词：多层住宅；加装电梯；结构设计；问题分析

引言：

随着中国逐渐进入老龄化社会，老年人口迅速增加，许多未设置电梯的老旧小区多层住宅，上下楼问题比较困难，成为老年人出行和生活的障碍。为了进一步改善居民出行条件，提高人民群众特别是老年人、残疾人的生活品质，各个地区都宣布了有关对老小区加装电梯的实施政策，扎根于“以人为本”项目也得到落实。本文主要从结构设计的角度出发，分析自己对加装电梯的一些疑问和见解，希望能为类似的项目提供参考价值。

一、加装电梯入户形式

一般既有住宅加装电梯有两种形式入户形式，即半层入户和平层入户。半层入户是加装电梯的停靠层与楼梯间半层休息平台相同标高，与各层居室楼面相差半层高度，从电梯出来需步行上半层或者下半层进入居室的加装方式,见图1；平层入户是加装电梯的停靠层与各层居室楼面相同标高，从电梯出来可以平层步入居室的加装方式，见图2、图3。

图1 平层入户示意图 图2 平层入户示意图(一) 图3 平层入户示意图(二)

二、电梯井道与连廊设计

（一）与既有建筑的关系

从结构设计的角度来看，加装电梯与既有建筑的关系有两种，即有两种电梯加装方案。第一种方案是设置抗震缝，加装电梯与既有建筑分开，成为一个独立结构。其优点是计算模型分析简单，传力路径清晰，不会影响已有建筑的原始结构分析。但其缺点是由于电梯井道跨度小、高度高，致使电梯井道结构的高宽比较大，顶部变形大，抗风和抗震性能相对较差。为了满足不同的设计要求（例如，抗应变和抗侧翻性能）以及提高抗震性能，组件通常较大且相对昂贵。电梯安装资金的来源主要由居民直接筹集，使其更加经济，成本上升将影响推广应用^[1]。

第二种方式是加装电梯与既有建筑结构相连接。加装电梯成为原始结构的一部分，并且两者需整体建模和计算。其优点是原始结构对加装电梯的每个楼层上都施加了约束，井道结构的承载力、变形、抗倾覆性和抗震性能均很容易满足现有相关规范要求，并且结构构件尺寸小且成本低。但其缺点是由于各种实际存在的条件因素（包括缺少房屋设计数据，后续的原始结构更改翻新以及目前不清楚的材料特性等），使得很难重建整个模型。

（二）设计建议

根据以上分析，建议加装电梯和既有建筑的安装采用“弱连接”形式。而且目前加装电梯的结构形式大多数采用钢结构设计。设计过程分为两个步骤。首先，将电梯井道设计为独立于现有房屋的独立模型，适当放松对设计指标的控制，电梯井道可以通过承载力和变形检查计算。同时对“弱连接”受影响区域的梁、柱等结构构件的混凝土强度等级进行测试，评估构件承载力，并在必要时对结构构件进行加固，使“弱连接”节点的设计必须符合计算假设^[2]。

三、构件及节点设计

（一）柱脚设计

加装电梯的设计均由变形控制，柱脚与基础的连接设计为刚性连接，可有效减少水平变形。在风荷载的作用下，柱脚有较大的向上拉力。因此，柱脚的预埋件需为拉弯构件，锚筋的锚固长度需按充分受拉考虑。柱脚设计大部分采用外包式，少数采用外露式。如果柱脚构造不能满足刚性连接的要求，则需在模型计算中按柱底铰接复核底层柱的长细比^[4]。

（二）梁柱节点设计

梁柱节点宜采用刚性连接要求设计。《建筑抗震设计规范》^[5]条文说明中的第8.2.5条注明：轴压比较小时可不验算强柱弱梁。由于加装电梯荷载小，钢柱的轴压比远小于0.4，故加装电梯可不验算强柱弱梁即能满足现行规范要求。

（三）楼板设计

连廊楼板设计主要有两种类型，一种是采用钢筋桁架组合楼板，板厚一般为120mm,另一种是5毫米厚花纹钢板上铺40毫米配筋细石混凝土面层。

三、基础设计

加装电梯结构轻巧，自重较轻，基底反力较小，但基底弯矩较大，这是其独特之处。基础设计必须首先确定合理的基础埋深，基础埋深必须满足现行相关规范要求，且通常不大于既有建筑物的基础埋深。

（一）浅层基础设计

基础持力层须具有一定的强度、稳定性和厚度。《建筑地基基础设计规范》^[6]第3.0.3条中列明了地基主要持力层在满足一定条件的情况下（此建筑物的设计等级为丙类），则不可进行基础的变形验算，其变形满足现行规范要求。地基主要持力层系指条形基础底面下的深度为3b（b为基础底面宽度），独立基础下为1.5b，且厚度均不小于5m的范围

^[6]。加装电梯基础可作为一个独立的基础，其宽度一般约为2~3m^[4]，1.5b约为3~4.5m，则基底主要受力层的厚度不小于5.0m时，可以采用浅基础设计，其承载力、沉降及软弱下卧层验算均可满足现行规范的限值要求。

（二）桩筏基础设计

如无法采用浅基础设计，则可将其设计为桩筏基础。桩与土的荷载分担比一般为0.6：0.4，应注意满足桩土变形协调^[3]。应特别重视加装电梯井架的抗倾覆性，故在设计桩时必须考虑抗拔设计的要求。

应当注意，在某些方案中，桩长可能非常短，桩端持力层位于软土层的上部或中部。在这种情况下，将无法满足《建筑桩基技术规范》^[7]要求：“当软土地基上多层建筑，地基承载力基本满足要求（以底层平面面积计算）时，可设置穿过软土层进入相对较好土层的疏布摩擦型桩，由桩和桩间土共同分担荷载。”假如桩端位于软土层或淤泥层，加装电梯主体竣工时其沉降只完成很少的一部分，而既有建筑的沉降已基本完成，加装电梯的后续沉降与既有建筑的后续沉降会产生较大差异，造成陡坎，影响使用，故要求桩端进入相对较好的土层。

对于桩型的选择问题，目前主要采用的桩为锚杆静压桩和钢管桩。由于桩基施工需要考虑到已有建筑的影响，因而施工场地也会受到限制，在选择桩型时需要考虑施工的可行性问题。

四、工业化设计分析

加装电梯结构构件及连接节点设计尽可能简单化、模数化、标准化。上部钢结构主体和外部装饰构件比较简单，可采用工厂一体化制作，可现场分段组装。现场钢柱拼接采用剖口全熔透一级对接焊缝，其余重要的焊缝、节点均在工厂加工制作，保证了施工质量，同时也缩短了现场施工时间，减少了对居民生活的影响。然后由于受各种地下管线、雨水井等的限制，基础部分的可重复性不大，难以采用工业化标准设计，因而大多数基础采用现浇混凝土施工。

五、结束语

当前许多已完成的加装电梯，没有发生因设计问题引起的电梯干扰事故，也没有出现部分裂缝和现有建筑物塌陷等不利情况。实践证明，电梯与现有建筑物之间的弱连接可以更好地满足各种设计规范的要求，降低电梯的安装成本，并满足人们日常使用的需要。对于加装电梯的设计，建议采用加装电梯和既有建筑的安装采用“弱连接”形式；梁柱节点采用刚性连接；基础与柱的连接采用刚性连接；当基础持力层具有一定的强度、稳定性和厚度时，优先采用浅基础；加装电梯结构构件及连接节点设计尽可能简单化、模数化、标准化。

参考文献：
[1]邓佳平,胡海波.既有建筑加装电梯结构设计探讨[J].城市住宅,2020,27(07):184-185+187.

[2]童骏.高速电梯试验塔结构设计关键技术[J].建筑结构,2020,50(S1):188-192.

[3]王学翔,唐丽娜,周练,隗萍,梁义婕.既有建筑增设电梯井道结构设计研究[J].四川建筑,2020,40(02):40-41+47.

[4]熊海丰,陈瑞生.既有多层住宅加装电梯结构设计问题分析[J].建筑结构,2020,50(S1):848-851.

[5]建筑抗震设计规范(2016年版)：GB 50011-2010[S].中国建筑工业出版社,2016.

[6]建筑地基基础设计规范：GB50007-2011[S].中国建筑工业出版社,2011.

[7]建筑桩基技术规范：JGJ 94-2008 [S].中国建筑工业出版社,2008.