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建筑钢结构电梯井道的受力分析

文章作者:zhuobo 发布时间:2021-12-01 15:39:49 浏览次数:0

  随着人们生活水平的提高,在旧建筑中安装电梯的项目越来越多。新增电梯井道可为钢筋混凝土结构或钢结构,多为钢结构电梯井道结构。该井道通常通过化学螺栓与主体结构相连。这对改善结构的传力路径和轴的整体稳定性非常有利。下面我们来了解一下它的受力情况。


钢结构电梯井

  钢结构电梯井道竖向荷载分析:

  垂直荷载主要包括高井道井道钢架自重、围护结构荷载、电梯机房楼层荷载(带机房井道)、牵引设备支架荷载、井道顶板荷载等,井道与原结构的连接处应做成竖向滑动支座,以释放井道在竖向荷载作用下的位移,否则竖向荷载较大时会产生较大的附加内力。一般可通过在化学螺栓端板上设置溜槽孔来实现。该方法对减少井筒基础沉降引起的井筒附加内力也有很大的帮助。

  钢结构电梯井道在风荷载作用下的受力特征分析:

  (1) 风荷载体型系数:对于外部电梯井道,井道主要位于原结构的局部侧或转角处。因此,严格来说,井道风荷载的形状系数应采用局部风压的形状系数。若规范中采用主体结构风荷载体型系数,则计算结果不安全。但荷载规范中的局部风压体型系数限于支护结构,在实际计算中可参考规范中支护结构的局部体型系数值。然而,应注意的是,2012年新荷载规范对局部形状系数进行了重大修改。

  (2) 风振系数:从概念上讲,风振系数主要反映脉动风对结构的影响。如果轴系结构与原结构之间存在连接,且原结构刚度较大,则轴系的风振响应将大大降低。荷载规范中的风振系数法仅适用于垂直悬臂结构。井道横向支撑在各楼层的原始结构上,不能用作垂直悬臂结构。因此,建议根据荷载规范判断结构的风振响应。如果原结构不能考虑风振,井道也可忽略风振,即风振系数取1.0。但是,应特别注意风振对独立单轴结构的影响,因为独立轴结构与原结构无关,成为高层结构,一般周期大,风振响应明显,不考虑时不安全。

  (3) 根据荷载规范直接计算基本风压和风压高度变化系数。

  钢结构电梯井道在地震作用下的受力特征分析:

  (1) 井道与原结构的相互作用:对于由受拉结构构成的井道,地震反应严格地说是与主体结构的相互作用问题。与原结构相比,轴结构具有较小的横向刚度和质量。可以认为,井道结构是一个附属结构,其侧向刚度弱,附着在原始结构的外部。因此,井道在地震作用下的响应主要由原结构的变形和位移引起。特别是结构的扭转耦合导致井道结构受力更为复杂(井道一般位于原结构的外缘,因此扭转效应更为明显)。将轴接头简化为固定铰约束的方法等价于假定原结构为完全刚体,不能准确反映实际地震作用下的反应。要模拟这种响应,只能通过井道和原结构的整体建模来计算,但毕竟是费时费力的。

  (2) 包络设计:考虑到上述井道整体建模和原结构带来的困难,从概念上对结构进行定性分析对于实现内力包络设计非常重要。从结构上看,井道高而灵活,原结构侧向位移对井道产生的内力小,钢材承载力大。因此,只要设计合理,大多数情况下不会产生超出允许范围的应力。侧向位移对轴内力的影响主要表现在柱脚处。柱脚铰接更为有利。因此,从概念上讲,在满足竖向承载力和轨道变形的前提下,对井道进行柔性化,更有利于井道和原有结构的抗震。如果盲目地增加轴的刚度,不仅在地震作用下容易造成连接节点的破坏,而且会对原有结构造成很大的影响。简而言之,轴的设计应该是“灵活的,而不是僵硬的”。

  (3) 井道层间位移限值:如果井道横向变形过大,井道内垂直轨道容易堵塞,影响电梯的使用。因此,建议在计算时适当控制层间位移。然而,到目前为止,还没有找到这一限定值的规范。

  井道结构构件整体稳定计算分析由于钢梁错层现象,井道结构整体稳定计算变得更加复杂,钢结构规范中的钢框架柱有效长度系数法无法直接应用。但从概念分析来看,由于电梯轨道的限制要求,井道总体平面尺寸一般较小,钢梁间距一般不超过2.5m。钢梁之间的间距很密。考虑到结构的整体稳定性,钢梁对钢柱的约束足够,钢柱不易失稳。因此,只要井道与原结构充分连接,钢梁、钢柱可靠连接(尽可能刚性连接),井道结构的整体稳定性将得到更好的保证。如果对计算仍然不自信,可以考虑用初始缺陷进行线性屈曲分析来定量确定临界屈曲载荷。根据经验,屈曲荷载系数非常大,这表明带拉杆的井道不容易发生整体失稳。

钢结构电梯井

  通过模型计算分析,发现钢结构电梯井道具:

  (1)整体模型得到的轴类构件的内应力大于固定铰模型得到的轴类构件的内应力。

  (2) 更改井道的钢柱截面(150*6至300*10)。随着钢柱截面刚度的增加,钢柱的较大内力和应力增加,柱脚反力增加更为明显。然而,本例中钢柱的应力比小于100N/mm^2,更为丰富。

  (3) 随着钢柱截面的增加,整体结构的周期性变化较小,这是由于井道的刚度和体积比原结构小得多,井道对原结构刚度和质量的影响非常有限。

  (4) 随着原结构混凝土柱截面的增加,井道结构的较大应力比略有减小,变化不明显。

  (5) 井道柱脚刚性连接改为铰接后,柱脚反力略有减小;然而,柱铰后的弯矩为零,这有利于基础和柱基的设计。

  (6) 独立建模的井道结构的内力、应力和柱基反力比整体模型小得多,相差两倍以上。这表明,基于独立建模的轴结构计算结果是不安全的。


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