人货电梯附臂荷载计算研究

杨皓东 吴 凡

1. 合肥建工集团有限公司 安徽 合肥 230031；2. 安徽建筑大学土木工程学院 安徽 合肥 230601

人货电梯普遍应用于各类建筑，对于装配式建筑结构，其附着位置的刚度普遍较小，若附着力过大则会造成建筑的结构破坏，质量和安全得不到保障。因此，为了人货电梯的安全运行，需要计算出准确的附着力，但是附着力的计算较为复杂，而且目前也没有成熟的计算理论和方法。人货电梯使用说明书虽然给出了附着力计算的经验公式，但计算方法、计算模式并不明确，而且这些公式更适用于传统现浇结构，对装配式建筑的刚度在附着点处相较于传统建筑普遍较小的这一问题并无考虑，所以盲目应用会有较大的安全隐患。本文旨在探讨装配式建筑中合理可靠的附着力的计算方法，以此指导施工，从而确保在人货电梯附着点位置刚度较小时，建筑结构和人货电梯的运行安全[1-5]。

1 工程实例

某承重剪力墙装配式建筑层高2.9 m，总计18层，采用SC200/200TD人货电梯附着于阳台边梁上，额定载质量为2×2 000 kg，提升速度0～46 m/min，最大提升高度100 m，吊笼质量为2×2 000 kg，标准节质量为145 kg，吊笼尺寸（长×宽×高）为3.2 m×1.5 m×2.5 m，采用Ⅱ型附墙架（图1），附墙架连接尺寸为3 300 mm×1 425 mm。根据实际工况设置7道附着，附着间距依次为7.5、9.0、9.0、9.0、9.0、6.0、6.0 m，外伸长度为6.0 m，总计高度为61.5 m。

图1 附着位置示意

2 工况选取

根据GB 26557—2011《吊笼有垂直导向的人货两用施工升降机》中所规定的荷载情况，选取最大工作荷载工况，即导轨架左右两侧吊笼同时运行时，吊笼一个位于导轨架顶端，一个位于导轨架最底端时的瞬间，且风荷载平行于墙壁方向，此时最不利于抗倾翻稳定，为最危险工况。

3 计算模式

因为实际构造的复杂性，为了以此计算结果指导施工时更偏于安全，所以对实际模型进行了合理的简化与假定。设定平行于墙面方向为x轴，垂直墙面方向为y轴，沿导轨架方向为z轴，向上为正，附臂与塔身的连接部位为铰接，塔机基础为固定支座，塔身为竖向刚性无限大杆件，风荷载为沿x方向垂直作用在塔身上的均布荷载q1和作用在吊笼上的集中荷载P1，吊笼自重产生的偏心弯矩简化为Mx并作用在塔身上。

在实际支座的位置，沿x方向设定相应的虚拟支座，虚拟支座产生的反力X实为不平衡弯矩所引起附臂反力的合力，由此可得人货电梯虚拟支座计算模型（图2）。

图2 人货电梯虚拟支座计算模型

附墙架的杆件连接视为固接，附着节点视为通过预埋件与混凝土相连的固定支座A、B，吊笼的自重、载重、运行动荷载以及作用在塔身、吊笼上的风荷载所产生的弯矩，均作用在图3的虚拟支座上，产生沿x方向虚拟支座反力X（图3、图4）。

图3 附墙架

图4 附臂计算模型

4 荷载取值及计算

4.1 标准节风荷载

当风沿x方向时，风荷载按公式（1）、（2）计算。

式中：wk——风荷载标准值；

w0——基本风压，按照规范规定取0.25 kN/m2；

μz——风荷载高度变化系数，取1.79；

μs——风荷载体型系数，取2.2；

4.2 吊笼风荷载

4.3 动荷载作用下的吊笼自重和载重荷载

4.4 人货电梯稳定力

4.5 吊笼的稳定弯矩

动荷载作用下的吊笼自重和载重荷载对标准节中心引起的弯矩为稳定力矩M，其分别为xz平面的Mx，yz平面的My。根据规范，计算得Mx＝90.26 kN·m，My＝6.64 kN·m。

5 附着反力计算

5.1 x方向

根据上文可知系数组合后的稳定荷载，吊笼风荷载对吊笼产生的稳定力为9.7 kN，对塔身产生的稳定线荷载为0.34 kN·m，x方向稳定弯矩Mx＝90.26 kN·m，y方向稳定弯矩My＝6.64 kN·m。通过力学模型（图2）进行计算，可得图5。

由图5可见，最上2道虚拟支座的支撑反力分别为x8＝31.69 kN，x7＝－28.95 kN，而x6＝－10.08 kN，可见第3道支撑反力只有第2道支撑反力的34%，并越来越小，所以在计算时可只考虑最上部2道附着。

图5 x方向弯矩及虚拟支座反力

5.2 y方向

在最不利工况时，y方向只受吊笼稳定弯矩My＝6.64 kN·m。利用结构求解器建立力学模型图6进行计算，可得图7。

图6 y方向实际计算模型

图7 y方向弯矩及支座反力

由图7可见，最上2道支座的支撑反力分别为Fy8＝1.40 kN，Fy7＝－1.76 kN，下半部附着可以忽略不计。

5.3 计算附着节点处荷载

附墙架是按一定间距连接导轨架与建筑物的侧向支撑构件，采用穿墙螺栓固定。

根据力学求解器建立简易模型（见图5），取最不利的一道附着，令x＝x8＝31.69 kN进行计算，可得表1。

表1 附墙节点处附着力单位：kN

计算时应考虑安装垂直度误差所导致的偏心弯矩，以及由此产生的轴向附着力。参考GB 51210—2016《建筑施工脚手架安全技术统一标准》，支撑脚手架取3 kN，所以安装垂直度误差所产生的轴向附着力取为3 kN，方向为y方向。经计算，x方向最大反力为A点的33.32 kN，y方向最大反力为B点的78.62 kN。

6 分析与结论

1）通过模拟计算可知，升降机最上部2道附墙架受到的拉力最大，第3道附着力只有第1道的31%、第2道的34%，在工程计算中可以进一步对计算进行简化，只需考虑最上部2道附着反力对建筑的影响，下部附着可以不计算。

2）本文提出了虚拟支座的概念，把三维问题转化为2个二维问题，简化了计算，方便现场施工人员可根据现场实际情况，随时对附臂力的大小进行把控。

3）通过进一步改变附着间距可知，如果把上部的附着间距从6 m改为9 m，采用同样计算模式，可发现最大附着力增大了21.8%，所以可得出随着最上部附着间距增大，附着力也随之增大的结论。在现场施工时，随着附着高度的不断上升，附着间距应适当减小，并减少悬挑高度，确保人货电梯安全运行。

4）在装配式建筑中，如果附着点位置位于叠合板或非现浇梁上，此时附着方式不能等同于现浇，附着时应适当降低附着间距，加强附着点位置的强度，以确保人货电梯附着安全。

5）本文建立了新的计算模型，并为了人货电梯附着时的安全，在计算过程中取了4个安全保障：在风荷载计算时，取最高处的风荷载标准值；考虑了运动时冲击系数；取了倾覆力的稳定安全系数；加上了平面外稳定力。

6）本文采用最大工作荷载工况为最不利工况，其中在2个吊笼同时处在最顶部且在工作状态时也仅仅只有最不利工况的38.2%，其他工况通过计算，也均远远小于最不利工况，所以不予考虑。

7）通过与计算说明书的计算对比可知，计算误差为15.9%，本文给出的结果偏于安全，所以上述计算模式是合理的，可以进一步把使用说明书给出的公式纳入规范，方便施工人员随时应用。

7 结语

本文主要对附臂力和附着点处的约束反力的大小进行计算，为后续讨论附着点的位置及构造措施提供了计算基础，对下一步附臂预埋件的强度设计和附着点位置的强度验算提供了数据支持，但在装配式建筑上附着时，还应考虑预制和现浇位置连接产生的刚度较小的问题，并作进一步验算，以确保施工过程的安全。