隨著人們生活水平的提高,舊樓加裝電梯的工程越來(lái)越多。新增的電梯井道可以是鋼筋砼結(jié)構(gòu),也可采用鋼結(jié)構(gòu),以鋼框架結(jié)構(gòu)居多。這種井道通常與主體結(jié)構(gòu)通過(guò)化學(xué)螺栓等方式拉結(jié)。這對(duì)改善結(jié)構(gòu)傳力路徑以及井道整體穩(wěn)定是很有利的。井道結(jié)構(gòu)與普通結(jié)構(gòu)有較多不同,也存在很多難點(diǎn),本人通過(guò)工程積累的一些概念分析方面的想法,分享給大家一起探討。拋磚引玉,不對(duì)之處望大家指正。 ·井道豎向荷載分析:
豎向荷載主要是井道鋼框架自重、圍護(hù)結(jié)構(gòu)荷載、電梯機(jī)房樓面荷載(有機(jī)房井道)、曳引設(shè)備支承荷載、井道屋面荷載等。對(duì)于較高的井道,井道與原有結(jié)構(gòu)拉結(jié)節(jié)點(diǎn)宜作成豎向滑動(dòng)支承,以釋放豎向荷載作用下的井道位移,否則豎向荷載較大時(shí)將產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力。一般可以通過(guò)化學(xué)螺栓的端板上設(shè)滑槽孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方法對(duì)于減小因井道基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生的井道附加內(nèi)力也十分有利。 ·井道在風(fēng)荷載作用下的受力特征分析:
(1)風(fēng)荷載體型系數(shù):對(duì)于外置的電梯井道,井道多位于原有結(jié)構(gòu)局部邊側(cè)或角部。因此嚴(yán)格來(lái)講,井道的風(fēng)荷載體型系數(shù)應(yīng)該采用局部風(fēng)壓體型系數(shù),如采用規(guī)范對(duì)主體結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載體型系數(shù)將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏于不安全。但荷載規(guī)范對(duì)于局部風(fēng)壓體型系數(shù)僅限于圍護(hù)結(jié)構(gòu),在實(shí)際計(jì)算時(shí)可參考規(guī)范對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的局部體型系數(shù)取值。但注意2012年新版荷載規(guī)范對(duì)于局部體型系數(shù)有較大改動(dòng)。
(2)風(fēng)振系數(shù):從概念上講,風(fēng)振系數(shù)主要反映脈動(dòng)風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,如果井道結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)存在拉結(jié),而原有結(jié)構(gòu)的剛度較大,則井道的風(fēng)振響應(yīng)會(huì)大幅減小。且荷載規(guī)范的風(fēng)振系數(shù)法只適用于豎向懸臂型結(jié)構(gòu),井道在各層側(cè)向支承于原結(jié)構(gòu),不能作為豎向懸臂型結(jié)構(gòu)。故建議按荷載規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的判斷方法,如原有結(jié)構(gòu)可不考慮風(fēng)振,則井道也可以不考慮風(fēng)振,即風(fēng)振系數(shù)取1.0。但需要特別注意,對(duì)于獨(dú)立單體的井道結(jié)構(gòu)則必須考慮風(fēng)振影響,因?yàn)楠?dú)立的井道結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)無(wú)拉結(jié),成為高聳結(jié)構(gòu),周期一般較大,風(fēng)振響應(yīng)較為明顯,不考慮時(shí)偏于不安全。
(3)基本風(fēng)壓和風(fēng)壓高度變化系數(shù)均直接按荷載規(guī)范計(jì)算。 ·井道在地震作用下的受力特征分析:
(1)井道與原有結(jié)構(gòu)相互作用:對(duì)于有拉結(jié)構(gòu)造的井道,在地震作用下的響應(yīng)嚴(yán)格來(lái)講是與主體結(jié)構(gòu)相互作用問(wèn)題。井道結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)相比,抗側(cè)剛度和質(zhì)量均較小,可以認(rèn)為井道結(jié)構(gòu)是附在原有結(jié)構(gòu)外側(cè)的抗側(cè)剛度較弱的附屬結(jié)構(gòu)。因此,井道在地震作用下的響應(yīng)主要是由于原有結(jié)構(gòu)的變形位移引起。特別是結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)導(dǎo)致井道結(jié)構(gòu)的受力更為復(fù)雜(井道一般位于原結(jié)構(gòu)外側(cè)邊緣,故扭轉(zhuǎn)效應(yīng)更為明顯)。將井道拉結(jié)節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化為固定鉸約束的方法,相當(dāng)于假定原結(jié)構(gòu)是完全剛性體,不能準(zhǔn)確反映真實(shí)地震作用下的響應(yīng)。要模擬這種響應(yīng),只能通過(guò)井道和原有結(jié)構(gòu)整體建模來(lái)計(jì)算,但這畢竟費(fèi)時(shí)費(fèi)工。
(2)包絡(luò)設(shè)計(jì):考慮到上述井道與原有結(jié)構(gòu)整體建模帶來(lái)的困難,從概念上對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析以實(shí)現(xiàn)內(nèi)力的包絡(luò)設(shè)計(jì)就十分重要。從結(jié)構(gòu)上看,井道高且柔,原有結(jié)構(gòu)側(cè)向位移對(duì)井道產(chǎn)生的內(nèi)力較小,而鋼材的承載力較大,故只要設(shè)計(jì)合理,多數(shù)情況下一般不會(huì)產(chǎn)生超出的容許范圍的應(yīng)力。側(cè)移對(duì)井道內(nèi)力的影響主要在于柱腳,如將柱腳做成鉸接則更有利些。因此,從概念上講,井道設(shè)計(jì)時(shí)在滿(mǎn)足豎向承載力及軌道變形的前提下,把井道做成柔性,更有利于井道及原有結(jié)構(gòu)的抗震。而如果將井道的剛度一味加大,則地震作用下不僅拉結(jié)節(jié)點(diǎn)容易受損,且對(duì)原有結(jié)構(gòu)都將造成極大的影響。簡(jiǎn)單地講,井道設(shè)計(jì)時(shí)“取柔不宜取剛”。 (3)井道層間位移限值:如果井道側(cè)向變形過(guò)大,則容易使井道內(nèi)的豎向軌道發(fā)生卡軌現(xiàn)象,影響電梯使用。因此,計(jì)算時(shí)建議適當(dāng)控制層間位移值。但目前為止,尚未發(fā)現(xiàn)有規(guī)范對(duì)此有限值規(guī)定。
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·井道結(jié)構(gòu)構(gòu)件整體穩(wěn)定計(jì)算分析 由于存在鋼梁錯(cuò)層等現(xiàn)象,井道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定計(jì)算變得較為復(fù)雜,不能直接套用鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范關(guān)于鋼框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)法。但從概念上分析,井道整體平面尺寸一般較小,鋼梁間距由于電梯軌道的限值要求一般不超過(guò)2.5m,鋼梁間距較密,考慮結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性,鋼梁對(duì)鋼柱的約束是較充分的,鋼柱不容易發(fā)生失穩(wěn)。因此,只要井道與原有結(jié)構(gòu)有充分拉結(jié),鋼梁與鋼柱可靠連接(盡量做成剛接),則井道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定將得到較好的保證。在計(jì)算時(shí)如仍然不放心,可考慮做一個(gè)含初始缺陷的線性屈曲分析來(lái)定量地確定臨界屈曲荷載值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),屈曲荷載系數(shù)都很大,說(shuō)明有拉結(jié)的井道不容易發(fā)生整體失穩(wěn)現(xiàn)象。
通過(guò)模型計(jì)算分析發(fā)現(xiàn):
(1)整體模型得到的井道構(gòu)件內(nèi)力應(yīng)力均較固定鉸模型來(lái)得大。
(2)改變井道鋼柱截面(150*6增大到300*10),隨鋼柱截面剛度的加大,鋼柱最大內(nèi)力與應(yīng)力均增大,柱腳反力增大更明顯。但本算例的鋼柱應(yīng)力比都小于100N/mm^2,富裕較多。 (3)隨鋼柱截面的增大,整體結(jié)構(gòu)的周期變化較小,這是由于井道的剛度和體量均較原有結(jié)構(gòu)小很多,井道對(duì)原有結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量的影響很有限所致。
(4)隨原有結(jié)構(gòu)砼柱截面的增大,井道結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力比略有減小,變化不明顯。
(5)井道柱腳剛接改鉸接后,柱腳反力略有減小;但改為鉸接后柱腳彎矩為零,對(duì)基礎(chǔ)和柱腳的設(shè)計(jì)有利。
(6)獨(dú)立建模的井道結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力、柱腳反力均較整體模型偏小較多,相差一倍以上。說(shuō)明,獨(dú)立建模的井道結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的結(jié)果偏于不安全。