引言
随着老龄化社会的到来，许多老旧住宅楼中的老年居民和行动不便者面临着上下楼梯的困难。加装电梯能够极大地改善他们的居住条件，提高生活的便捷性和舒适度，使居民能够更加自由地出入家门，享受社区生活。
加装电梯结构设计的重要性不容忽视，它直接关系到电梯的安全性、稳定性以及用户的乘梯体验。
以下从与主体结构的连接方式、模型楼层划分、连廊的楼板形式、位移角限值规定、整体抗倾覆、基坑筏板形心与重心偏心距、梁柱节点、对原结构的影响等方面介绍加装电梯时应注意的问题。
01 与主体结构的连接方式
参考《济南市既有住宅增设电梯项目施工图审查要点》，加装电梯与主体结构大概有三种连接方式。
方式一：与主体结构完全脱开
加装电梯作为独立结构进行计算，满足常规设计要求各项指标。笔者认为与主体结构完全脱开的方式很难满足整体抗倾覆要求，在整体抗倾覆章节会详细介绍。
方式二：附着连接
与主体结构连接，节点为铰接，约束三个方向平动。
新增梁与原主体结构之间采用铰接方式连接，确保在三个水平方向上的平动得到有效约束。
加装电梯所产生的竖向荷载会传递至主体结构，因此，必须对受影响的主体结构构件进行严格的复核验算。
若原结构构件不满足受力要求，必须及时采取必要的加固措施，以确保主体结构的整体承载能力和稳定性不受影响。
特别值得注意的是，在加装电梯采用钢结构时，钢梁与主体结构的连接节点设计尤为关键。与普通的钢次梁铰接节点仅承受恒载与活载产生的竖向力不同，此处作为框架梁的钢梁，在铰接于主体结构后，不仅需承竖向荷载，还需承受地震作用及风荷载产生的水平力。
普通钢次梁铰接节点无法承受地震、风荷载作用下的水平力，故针对加装电梯时钢梁与主体结构的连接节点，必须进行加强设计。一种有效的加强措施是在节点处增设水平加劲肋，以增强节点在水平方向上的承载能力和稳定性，详见下图。
通过在节点处增设水平加劲肋的措施，可以确保加装电梯的水平荷载传递至主体结构，但水平荷载最终是由植入原结构的螺杆来承担，那么螺杆的大小是如何计算的？
对于植入原结构的螺杆，通常是这么计算的：计算出钢梁端部的竖向剪力设计值V（Z向），剪力全部由螺杆承担，然后计算螺杆的根数及大小。
然而，这样的计算方式存在一个缺陷，即它忽略了水平方向（X向）的剪力设计值，以及沿钢梁轴向的拉力设计值（Y向）。因此，为了确保连接节点的安全，在计算螺栓承受的剪力时，应考虑这两个方向的受力。
如何计算出加装电梯传递至既有结构的水平剪力及轴向拉力设计值？以下方法仅为参考。
在前处理菜单的节点属性选项中，选中“设置支座”功能，将X平动、Y平动、Z平动的刚度值均设定为1000KN/m。请注意，由于实际刚度值未找到相关资料，这个数值并不代表真实的刚度值，仅用于演示。
计算完成后，在三维位移中查看+X风位移。风荷载作用下，顶层位移最大7.99mm。然后，计算风荷载作用下传递至既有结构的水平向剪力设计值Vx=1.5x1000x0.00799=12KN。
采用相同方法可以计算出地震作用下，传递至既有结构的水平向剪力设计值。风荷载及地震作用下的水平剪力，两者取大值。
根据Vz及Vx计算螺杆承受的最大剪力V。
采用相同方法，可以计算出在竖向剪力Vz及轴向拉力Ny共同作用下，螺杆承受的最大剪力。
方式三：水平连接
节点为铰接，约束二个方向平动，释放竖向约束。
采用附着连接对既有结构的安全度要求高，但许多既有结构为砌体结构，其中部分由于建造年代久远，砌体砂浆遭受严重风化，导致砂浆强度可能已降至M1.0MPa以下。因此，为了最大限度地减少对既有结构的影响，在加装电梯时，可以选择加装电梯与既有结构水平连接。
新增梁与原主体结构同样采用铰接连接方式，不过只限制两个水平方向的平动，通过节点板上开设的长圆孔实现竖向约束的释放。
这一设计的主要优点在于，它有效地避免了将电梯的竖向荷载直接传递至原主体结构构件上，避免原结构构件因受力不够而进行加固。
02 模型楼层划分
为确保电梯的稳定，除了结构计算需要在入户层布置钢梁外，还在入户层之外的位置增设了钢梁以固定轨道。
建模时，建议以入户层为楼层划分。对于楼层之间用于固定轨道的钢梁，按层间梁进行输入，这样确保结构楼层的清晰，避免楼层刚度偏差。
03 连廊的楼板形式
加装电梯时，连廊的楼板设计至关重要。连廊宽度一般都不大，属于楼板连接薄弱部位，不管连廊采用钢板还是混凝土楼板，都不能按刚性楼板假定。
在常规设计软件中，无论是混凝土梁还是钢梁，均简化为二维杆件模型进行处理，主要承受平面内的恒载、活载、风载及地震等荷载，而对于平面外的风载和地震荷载则不考虑。在风和地震作用下，电梯井道与主体结构之间产生相对位移，这时就需要依靠楼板作为协调，通过其变形能力来协调电梯与原主体结构之间的位移，从而确保电梯井道在风荷载及地震作用时，其变形被有效控制在安全范围内，防止因过度变形而导致的结构倾覆风险。
采用混凝土楼板时，为计算风荷载和地震作用下的楼板应力，将楼板设置为弹性膜或弹性板6。建议楼板在风载和中震作用下能保持弹性状态，避免发生不可逆的塑性变形。
尤为关键的是，混凝土楼板必须与主体结构实现有效连接，以确保水平力的传递。如下图所示，若采用楼承板且为单向铺设，钢筋未植入原主体结构，则楼板可能无法充分承担水平荷载。在此情况下，应增设水平支撑，借鉴钢楼板中的支撑做法，增强结构的整体稳定性和水平荷载传递能力，确保电梯井道与主体结构在风荷载、地震作用下能协同工作，共同承担外部作用。
采用花纹钢板时，由于其平面外刚度太弱，无法直接有效地传递水平力并协调电梯井道与主体结构之间的变形。为了弥补这一不足，确保结构在风载、地震等水平力作用下的整体稳定性，必须设置水平支撑系统来传递水平力。水平支撑不仅能够增强结构的整体刚度，还能在井道与主体结构间发生相对位移时，提供必要的约束和调节，从而防止因变形过大而导致的结构安全问题。
设置水平支撑后，加装电梯整体结构的位移角、位移比以及位移均得到了显著优化与减小。这一改进不仅体现了水平支撑在提升整体结构抗侧刚度、限制变形方面的作用，还确保了电梯井道与主体结构在风荷载、地震作用下的协同稳定性，进一步提高了加装电梯的安全性和可靠性。
04 位移角限值规定
弹性层间位移角的限值要求，参照山东省工程建设标准——《既有居住建筑加装电梯附属建筑工程技术标准》（DB37/T 5156-2020）中的第5.3.3条规定。该条款明确规定了在加装电梯项目中，弹性层间位移角限值。
电梯采用钢结构时，位移角限值的标准相应地被提升至更为严格的1/350，这一数值远高于常规多、高层钢结构设计中普遍采用的1/250限值。
05 整体抗倾覆
这也是加装电梯设计的难点，因为整体抗倾覆是很难计算通过。
整体抗倾覆的相关规定：
1） 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版)第4.2.4条规定，高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现脱离区（零应力区）；其他建筑，基础底面与地基土之间脱离区（零应力区）面积不应超过基础底面面积的15％。
2） 《地基基础设计规范》GB50007-2011第6.7.5.4对挡土墙的规定，地基承载力计算,除应符合本规范第5.2节的规定外，基底合力的偏心距不应大于0.25倍基础的宽度。当基底下有软弱下卧层时，尚应进行软弱下卧层的承载力验算。
3）《地基基础设计规范》GB50007-2011第8.4.2条，规定了筏形基础的当基底平面形心宜与结构竖向永久荷载不能重合时，在作用的准永久组合下，偏心距e的规定。
对矩形基础，将W=(1/6)*l*b2代入式8.4.2中，e≤b/60,远小于15％b。
4) 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第12.1.7条，在重力荷载与水平荷载标准值或重力荷载代表值与多遇水平地震标准值共同作用下，高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15％。质量偏心较大的裙楼与主楼可分别计算基底应力。
5） 北京市《房屋结构综合安全性鉴定标准》DB 11/637-2015第5.4.4条，高宽比大于4的高层建筑，在地震作用与重力荷载和风荷载标准值组合下基础底面不宜出现零应力区；后续使用年限为50年的C类其他建筑，基础底面与地基土之间的零应力区面积不应超过基础底面面积的15%;后续使用年限为30年、40年的A类和B类的其他建筑，基础底面与地基土之间的零应力区面积不应超过基础底面面积的25%。
笔者分别对阳台平层入户与主体结构脱开、电梯半层入户与主体结构脱开、电梯半层入户与主体结构连接等加装电梯的三种形式进行计算，整体稳定性都不满足要求。
阳台平层入户与主体结构脱开
电梯半层入户与主体结构脱开
电梯半层入户与主体结构连接
即使模型中建入基坑，也还以达不到抗倾覆要求。抗倾覆力矩与上部结构的重力荷载代表值、楼层平面宽度有关，以上三种形式抗倾覆力矩与倾覆力矩比值太大，不管采取哪种措施，计算结果都不会满足要求。
所以在第一条与主体结构连接方式中，笔者认为与主体结构完全脱开的方式很难满足整体抗倾覆要求。那与主体结构连接时计算也不满足结构整体抗倾覆如何处理？
笔者认为只要楼板及连接节点能保证水平力的可靠传递，可以忽略计算结果中的抗倾覆结果。原因是以上计算模型都未考虑主体结构，仅单独计算加装电梯，而加装的电梯相对于主体结构来说增加的刚度以及重量较小，所以只要主体结构不倾覆，电梯井道肯定不会倾覆。当然有必要也可以把主体结构与加装电梯一块建入模型，进行整体复核。
06 基坑筏板形心与重心偏心距
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中 对基底平面形心与结构竖向永久荷载重心偏心距的规定：
相对于整体倾覆来说平面形心与竖向准永久荷载重心的偏心距相对来说容易调整，通过调整筏板外扩长度，使偏心距满足要求。
当确实无法满足偏心距要求时，与第5条整体抗倾覆提到的原理一样，考虑主体结构的影响，在偏心距超出规范规定不多时，个人认为可以忽略。
07 梁柱节点
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版)第8.3.4条规定：柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时，应在梁翼缘连接处设置隔板，当柱壁板厚度小于16mm时，采用贯通式隔板。
加装电梯采用钢结构时，钢立柱一般采用冷弯正方形钢管，而冷弯正方形钢管柱壁厚一般都小于16mm，根据规范要求，需要采用贯通式隔板，但很少有项目按规范要求做的，例如下图中的梁柱节点显然没有采用贯通式隔板。
在山东省图集《既有多层住宅加装室外电梯工程设计》（L21G501）梁与柱连接详图中，注明在梁上下翼缘设置水平加劲隔板，如此，虽然满足了规范要求设置隔板的规定，但实际无法实施。
很多已经加装完成的电梯，正方形钢管柱在梁翼缘连接处都没有设置隔板，所以若按规范要求，采用贯通式隔板，反而会显得“另类”。
加装电梯钢柱采用冷弯正方形钢管柱（JG/T178-2005），外墙采用轻钢龙骨隔墙或轻质混凝土板，虽然连廊可能会采用混凝土板与规范精神不符，但加装电梯总荷载较小，另外条文解释中也提到如果用传统的现浇钢筋混凝土楼板，自重较大，钢材的用量有可能会增大，但技术上是可行的。因此《轻型钢结构住宅技术规程》中提到的隔板替代做法,笔者认为加装电梯时也可以参考。
以下是规程给出的常规隔板做法，此做法隔板外凸，影响美观及空间。
以下是规程给出的隔板替代做法，套筒式梁柱节点，此做法无须设置隔板，不影响美观及空间，钢柱也可以贯通。
条文解释：
08 对原结构的影响
对于固定加装电梯钢梁的原结构构件，应复核其受力是否满足要求，若不满足，则需要进行加固。
对于结构整体，加装电梯后，既有结构增加的刚度及重力荷载占比通常较小，一般不会超过原结构的10%（刚度）和5%（重力荷载）。因此，在此情况下，通常无需考虑加装电梯对既有在结构地震作用下的影响。然而，若原结构受风荷载主导，加装电梯会显著增大风荷载受荷面，从而对原结构的风荷载产生较大影响，此时需要进行加装电梯后的整体计算。
09 总结
笔者之前写多篇关于既有建筑加装电梯的笔记，收到同行反馈各异。有观点认为加装电梯毫无技术含量，是过度关注；也有观点认为无论如何设计都不会有问题。本文旨在从理论层面进行探讨，摒弃主观臆断，期待大家留言交流。
