北京军都晨宇工程设计有限责任公司 北京 100000
摘要：我国现存大量没有电梯的老旧住宅建筑，人口老龄化对这些老旧住宅的加装电梯要求越来越强烈，国家也正积极推进这一工作。本文通过对某老旧住宅加装电梯工程进行脱开设计和不脱开设计的比较，总结各自优缺点，提出一些自己的见解和建议。
关键词：老旧住宅；加装电梯
1、引言
随着我国人口的老龄化，大量老人住在上世纪建成的多层老旧砖混住宅中，且这些老旧住宅基本都没有电梯。腿脚不好的老年人上下楼成了日常生活中的一大难题，极大的影响了生活质量。为了解决这一社会问题，近些年各地相继出台了旧楼加电梯的相关政策，大力推广旧楼加梯工作。
本人有幸参与了一些旧楼加装电梯的结构设计工作，对旧楼加电梯的结构设计有了一定的了解和自己的一些不成熟的见解。《既有住宅建筑功能改造技术规范》JGJ/T 390-2016中规定，“加装电梯的结构宜进行多方案比选，宜选用对原结构影响小的结构形式，可选用与原结构连接或脱开的形式”，“当加装电梯结构与原结构相连时，应优先采用消能部件，并应进行整体结构的抗震性能分析”，即加装电梯的结构设计有与原结构连接和脱开两种方式，前者需要整体分析。进行整体结构的抗震性能分析，由于新旧两种结构的材料性能存在较大差异，且在受力上存在应力滞后的现象，用常规结构设计计算软件（如PKPM）无法进行真实的模拟分析。为了规避上述问题，现在的普遍做法是：新加的电梯结构与旧楼完全脱开。这样做避免了对旧楼的影响，计算分析简单明了，就是一个小的框架结构。
新加电梯结构平面尺寸小，高宽比大，与旧楼完全脱开单独计算，整体抗倾覆验算不易通过。为了满足整体抗倾覆验算，需要加大基础底板尺寸以增加抗倾覆力臂，加大基础底板厚度以增加抗倾覆自重。这样做的后果是基坑的平面尺寸和深度都要加大，不经济，占用施工场地偏大。
如果新加的电梯结构与旧楼不脱开，新旧结构各层相连，电梯结构的倾覆力由旧楼承担，整体抗倾覆不需要验算，基础底板平面尺寸和厚度均可大幅度的减小，减少成本，施工场地小，对住户影响也相对降低。
本文通过某实际工程对其中的一个单元进行计算和分析，提出自己的一些见解和建议。
2、工程概况
本工程为北京市某多层住宅楼，建于上世纪九十年代，地上六层，地下一层，层高均为2.9m，室内外高差0.6m，砖混结构，楼（屋）盖为预制空心板，未进行过加固改造。
后加电梯结构为多层钢框架，层高同旧楼，抗震设防类别为丙类，抗震等级为三级，采用天然地基，基础形式为筏板基础。
本地区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类，基本风压为0.45KN/m2，地面粗糙度按B类，基本雪压为0.40KN/m2。
加装电梯单元平面如图1所示。
.png)
图1 加装电梯单元平面图
3、电梯钢结构部分的基础
3.1、电梯钢结构部分与旧楼完全脱开计算
3.1.1、建立模型
电梯钢结构部分包括机房层为七层，结构层高首层为3.5m，标准层为2.9m，机房层为1.85m。室外地面以下为钢筋混凝土结构，钢结构计算模型嵌固部位为钢筋混凝土短柱顶面。
钢框架的梁、柱采用200X10方钢管，梁柱焊接连接，底部采用埋入式柱脚将柱底埋入混凝土短柱中。
楼（屋）面采用压型钢板上浇筑80mm厚钢筋混凝土的做法，建筑面层为地砖，楼面活载取2.0KN/m2，屋面活载取0.5KN/m2，墙面为玻璃幕墙，荷载取值为1.5KN/m2，转化为梁上线荷载取4.35KN/m2。
三维模型如图2所示。
.png)
图2 电梯钢结构三维模型
3.1.2、计算结果分析
结构整体抗倾覆验算结果（摘自PKPM结果文件WMASS.OUT）如图3所示，不满足规范要求。
.png)
图3 软件输出的结构整体抗倾覆验算结果
软件输出的结果是按照模型计算到钢结构底部的，而实际整体抗倾覆验算应该计算到基础底板。考虑地下部分混凝土、填土、底板自重以及扩大基础平面尺寸增加抗倾覆力臂，参照徐培福主编的《复杂高层建筑结构设计》中关于整体抗倾覆验算的方法，对软件计算结果进行修正，结果如下：
X向风荷载下 零应力区占比=10.2%＜15% 满足
Y向风荷载下 零应力区占比=8.1%＜15% 满足
X向地震下 零应力区占比=14.4%＜15% 满足
Y向地震下 零应力区占比＜0 满足
扩大基础底板尺寸后结构整体抗倾覆验算满足，此时基础底板尺寸为4.42*4.33*0.8（厚）
3.2、电梯钢结构部分与旧楼不完全脱开
此时电梯钢结构为旧楼的附属部分，其倾覆力由旧楼承担，可不进行整体抗倾覆验算。经计算，基础底板尺寸为3.54*2.93*0.4（厚）。
3.3、两种方案比较
混凝土用量比：4.42*4.33*0.8/（3.54*2.93*0.4）=3.7
水平面积比：4.42*4.33/（3.54*2.93）=1.8
经比较，基础混凝土用量相差3~4倍，占地面积相差近2倍。在保证安全的前提下，电梯钢结构与旧楼不完全脱开更有利。
4、电梯钢结构与旧楼连接设计对旧楼的影响
4.1、旧楼原结构建模
旧楼原结构为砖混结构，层数为六层，结构层高首层为4.0m，标准层为2.9m。
楼面采用预制空心板，建筑面层为地砖，楼面活载2.0KN/m2，屋面活载0.5KN/m2。
三维模型如图4所示。
.png)
图4 砌体结构单元三维模型
4.2两个模型计算结果比较分析
旧楼砌体结构和电梯钢结构各自单独计算，从结果文件中摘出各层地震作用和风荷载信息，将数据整理汇总见表4-1。
经数据对比，后加电梯钢结构的水平地震作用很小，各层的地震作用仅占原砌体结构自身所受水平地震作用的1.2%~2.0%，且楼层越低所占比例越小；各层的水平地震剪力仅占原砌体结构自身水平地震剪力的4%以下，也是楼层越低所占比例越小，首层仅占2%左右。楼层越低影响越小。
.png)
对比风荷载，后加电梯钢结构各层的风荷载作用占原砌体结构自身所受风荷载作用的36%（纵向）和17%（横向），后加电梯钢结构各层在风荷载作用下的水平剪力占原砌体结构自身在风荷载作用下的水平剪力的37%~44%（纵向）和19%~28%（横向）。虽然钢结构部分的风荷载在数值比例上看是不可忽视的，但原砌体结构总风荷载与总水平地震作用的比值为301.8/2660.2=0.11，即风载相对水平地震作用很小，仅十分之一左右。且多层结构风荷载和地震作用不同时组合，故只分析在地震作用下后加电梯钢结构对原砌体结构的影响即可。
后加电梯钢结构和旧楼砌体结构不完全脱开设计，不考虑两个结构的侧向刚度大小，假如将后加电梯钢结构的水平地震作用全部由旧楼砌体结构承担，也只是将旧楼的各层水平地震剪力放大了2%~4%。旧楼砌体结构的抗震能力本身具有一定的安全度，由后加电梯所产生的水平地震剪力对旧楼的影响可以忽略。
4.3、连接节点的处理
我们将两种结构进行连接的目的是为了减小后加电梯钢结构的基础底板尺寸，通过原砌体结构的帮扶使后加电梯结构的整体抗倾覆得到满足，这就需要将后加电梯结构的水平地震力传递给原砌体结构。故此连接节点应可以传递水平地震作用，不传递竖向重力荷载。
将螺栓孔做成竖向椭圆孔，采用高强度螺栓承压型连接，这样设计在竖直方向上螺栓可以自由活动，不传递竖向力，后加电梯钢结构的重力由自身承担，不传递给原砌体结构；在水平方向上，通过螺栓的抗剪作用，可将后加电梯结构的水平地震作用传递给原砌体结构，实现在水平方向上对后加电梯结构的约束，整体抗倾覆得到保证。
以上分析是在旧楼质量较好，不需要进行整体加固或仅需局部处理即能满足抗震要求的前提下。如果旧楼经过抗震鉴定本身需要整体加固，那么这些比较是没有意义的，在加固过程中将后加电梯一起考虑，连接在一起也是比较方便的做法。
5、结语
在旧楼加电梯的结构设计中，如果旧楼的质量基本没有问题，将后加电梯钢结构与旧楼砌体结构相连，可大大减小钢结构基础底板的尺寸，后加钢结构对旧楼的整体影响非常小，可以忽略。
如果旧楼本身的质量存在问题，经鉴定需要加固，可以将加固和加梯工作同时进行，在加固设计中考虑电梯结构的影响。
总之，旧楼加电梯设计，应按实际情况在保证安全的前提下，尽量节省、尽量减少对住户的影响，把这项惠民工程做好。
参考文献：
[1] GB 50011-2010（2016年版），建筑抗震设计规范
[2] GB 50009-2012，建筑结构荷载规范
[3] JGJ/T 390-2016，既有住宅建筑功能改造技术规范
[4] 徐培福，复杂高层建筑结构设计
作者简介：
洪刚，男，1978年3月，山西，汉族，本科，工程师，结构工程。