日立电梯（中国）有限公司广东广州510000
摘要：随着我国社会经济的快速发展，城市人口剧增，轨道交通成为现代城市中最为重要的交通方式之一。无机房电梯凭借其节省空间和满足一些特殊的层高要求以及节能，环保的优点，在城轨交通建设工程中被越来越多的采用。本文结合案例，对一种常用无机房电梯布置结构的底坑反力作一个简单的描述，针对可行、可靠的荷载计算方法给广大结构设计人员以技术交流及参考借鉴。
关键词：无机房电梯荷载研究应用
近年来，我国城市轨道交通建设正面临大发展的机遇，当前城市轨道交通建设出现了线路高架化趋势，使城轨交通中高架站应运而生。建筑造型和周边城市环境直接有着密切联系，不同的城市环境所呈现出的建筑造型效果是不同的，高架车站除了需要考虑每个点与周边环境的协调之外，还需要考虑全线高架车站建筑风格的统一性，由于高架站属于城市中的标志性建筑物之一，在设计上应该追求个性和引领城市环境的效果，不应该选择太过刚硬或突出的建筑造型，高架站中无机房电梯的运用能够将高架站的标志性特点突出出来，既能保持周边建筑整体的和谐，也能实现节能减排，对于城市建设和社会经济的可持续发展来说都有着深远意义。
一、无机房电梯优点及主要荷载类型
在各式各样的大型公建中，建筑的空间利用率越来越高，立面造型要求越来越严格，轨道交通中高架站的电梯工程建设工作尤为如此。城轨交通中有机房电梯需要占用比较大的机房面积及可能会破坏建筑的立面美感，无机房电梯凭借其节省空间和满足一些特殊的层高要求以及节能，环保的优点，被越来越多的采用。目前电梯行业中无机房电梯的布置方式有驱动主机置于井道顶部、中部或底部三种，而每一种布置方式对建筑结构的受力要求又不一样。因此厘清无机房电梯的荷载及底坑反力就显得非常重要。无机房电梯主要荷载包括以下3个方面：（1）电梯顶板吊钩荷载；（2）电梯曳引机搁机梁荷载；（3）底坑基座荷载。电梯吊钩荷载主要承受在电梯到达的最后楼层的上一层楼板处；而电梯曳引机搁机梁荷载主要通过圈梁，构造柱及填充墙或通过局部小框架传至电梯到达的最后楼层楼面处；底坑基座荷载主要由基础底板（落地）或悬板（不落地）承担。由于高架站的建筑结构功能所需，常常会出现电梯井道底坑悬空的情况，即底坑下面存在人员可到达的空间，此情况下除了电梯配置对重安全钳外，对井道土建也需有额外要求，特别是底坑支反力要求，因此高架站中底坑反力的计算显得非常重要。
二、工程概况
该工程为广州地铁十四号线其中一个高架站，该井道要求安装载重为1350kg的单开门四面观光梯，井道底坑深为1600mm，顶层高为4500mm，提供高为6300mm，底坑宽度为3170mm，底坑深度为2600mm；底坑悬空，增加对重安全钳，以此无机房电梯井道底坑支反力计算为例，以下针对相关计算及分析要点进行详细阐述。
2.1电梯底坑承载强度计算
该工程无机房电梯的主机安装于导轨顶部，如图（1）所示，轿厢、对重侧重量及主机自重均通过导轨作用于底坑。电梯正常运行时，井道底坑主要受下图（1）中R1、R2、R3、R4共四作用力，故底坑须载受四个导轨作用力的总和：F底坑1≥R1+R2+R3+R4。主机安装于主轨1、副轨1、副轨2三根导轨上，导轨对主机的反作用力F1、F2主、F2副。
长期载荷时：
轿厢导轨底坑反力（长期载荷）R1`=W1×g+F2主
轿厢导轨底坑反力（长期载荷）R2`=[W1+（P+Q+W+WB+WD）/n主]×g
对重导轨底坑反力（长期载荷）R3`=W1×g+F2副
对重导轨底坑反力（长期载荷）R4`=W1×g+F1
长期载荷F底坑1`=R1`+R2`+R3`+R4`
安全钳动作时：
轿厢导轨底坑反力（安全钳动作）R1``=[W1+k1×（P+Q+W+WB+WD）/n主]×g+3000（主机等重量分量）
轿厢导轨底坑反力（安全钳动作）R2``=[W1+k1×（P+Q+W+WB+WD）/n主]×g
对重导轨底坑反力（安全钳动作）R4``=[W1+k1×W对重/2]×g+3000（主机等重量分量）
对重导轨底坑反力（安全钳动作）R3``=[W1+k1×W对重/2]×g+3000（主机等重量分量）
安全钳动作F底坑1``=R1``+R2``+R3``+R4``
综上：F底坑1取F底坑1`与F底坑1``之间较大值。
注：导轨自重W1；冲击系数k1；轿厢装饰附加重量P；额定载荷Q；轿厢自重W；补偿链重量WB；随行电缆重量WD；主轨数量n主；重力速度g；对重重量W对重。
该电梯相关参数如下：
k1=2；P=300kg；Q=1350kg；W=2190kg；n主=2；F2主=39132N；F2副=43818N；F1=34378N；g=10；
W对重=P+W+Q/2=300+2190+1350&pide;2=3165kg；
W1=导轨单重（Kg/m）×井道总高（m）=17.85×12.4=221.34kg；
WB=补偿链单重（kg/m）×补偿链长度（m）×补偿链数量=3.45×13.5×1=46.575kg≈46.6kg；
【注：补偿链单重（kg/m）=3.45；补偿链长度=提供高+底坑深度×2+4=13.5】
WD=随行电缆单重（kg/m）×随行电缆长度（m）×随行电缆长度=1.205×4.75×1=5.72375kg
≈5.7kg；
【注：随行电缆单重（kg/m）=1.205；随行电缆长度（m）=提供高/2+底坑深=4.75】
故该电梯计算结果如下：
R1`=W1×g+F2主=221.34×10+39132=41245.4N
R2`=[W1+（P+Q+W+WB+WD）/n主]×g
=[221.34+（300+1350+2190+46.6+5.7）&pide;2]×10
=21574.9N
R3`=W1×g+F2副=221.34×10+43818=45931.4N
R4`=W1×g+F1=221.34×10+34378=36491.4N
F底坑1`=R1`+R2`+R3`+R4`=145243.1N
R1``=[W1+k1×（P+Q+W+WB+WD）/n主]×g+3000
=[221.34+2×（300+1350+2190+46.6+5.7）&pide;2]×10+3000
=44036.4N
R2``=[W1+k1×（P+Q+W+WB+WD）/n主]×g
=[221.34+2×（300+1350+2190+46.6+5.7）&pide;2]×10
=41036.4N
R3``=[W1+k1×W对重/2]×g+3000=[221.34+2×3165&pide;2]×10+3000=36763.4N
R4``=[W1+k1×W对重/2]×g+3000=[221.34+2×3165&pide;2]×10+3000=36763.4N
F底坑1``=R1``+R2``+R3``+R4``=158599.6
故：F底坑1=F底坑1``=158599.6N
同时该电梯工程也需满足1）国标GB7588-2003中5.3.2.2要求，轿厢缓冲器底座支反力R5=4×（W+P+Q+WB+WD）×g=155692N；2）国标GB7588-2003中5.3.2.3要求，对重缓冲器底座支反力R6=4×（W+P+Q/2+WB+WD）×g=128692N；3）国标GB7588-2003中5.5要求，F底坑2=5000N/m2×底坑宽度m×底坑深度m=5000×3.17×2.6=41210N。综上所述该电梯对底坑承载要求为：
（1）总承载能力不小于F底坑1、F底坑2、R5、R6中最大值，故建议按160000N；此值与钢结构的受力值一起供土建设计方校核土建的结构及安全系数。
（2）R1、R2、R3、R4、R5、R6各点处需分别满足强度要求；
2.2钢结构荷载说明
（1）井道钢结构钢通自重m3为3653KG，玻璃及配件自重m4为6912KG。G自重=（m3+m4）g=（3653+6912）x9.8=103537N=103.537KN。
（2）电梯轿厢、主机、吊挂、对重对底坑支反力的计算在2.1点“电梯底坑承载强度计算”中已考虑，此钢结构对底坑的受力仅需考虑井道钢结构本身与井道土建的承重分析。
（3）根据本工程钢结构的结构模型，本工程采用了土建上部支座与土建梁采用刚性支座连接，计算得出井道钢结构每个柱脚对底坑自重方向的压力＜10KN，4个柱脚对底坑的支反力＜40KN。
2.3电梯及钢结构对底坑支反力
由2.1~2.2点可知电梯及钢结构对底坑支反力为160KN+40KN＜200KN。满足井道土建设计附图中井道底坑的底面至少应按5000N/m2载荷设计，能承受最大集中载荷210KN。
三、结束语
综上所述，轨道交通高架车站是城市建筑景观的组成部分，在部分地区，甚至是城市景观的重要标志物，高架站无机房电梯的采用不仅能够节省城轨交通中有限的空间，实现一定程度的立体美感和建筑和谐，还可以实现节能减排。高架站无机房电梯底坑悬空情况下，对底坑基座荷载，必须要结合工程实况进行详细分析计算，保证数据的合理性，进而可以保障电梯日后的正常运行。
本文试图通过计算来验证所采取措施的安全性及可行性，由于计算过程中对问题作出了一些简化和设定，计算结果同实际情况会有所偏离。本文提出此问题旨在抛砖引玉和各位同事探讨。
参考文献：
[1]张玉.无机房电梯技术的分析与应用[J].电子技术与软件工程.2015（16）
[2]谢训.高架站无机房电梯的合理选用[J].装备制造.2014（04）
[3]张如三，王天明主编．《材料力学》．北京：中国建筑工业出版社，1997
[4]李涛.试论无机房电梯技术的特点[J].中国质量技术监督.2014（09）
[5]GB7588-2003，电梯制造与安装安全规范．