李彬　吳曉暉　李艷

摘要：由于場地受限，三峽升船機的觀光電梯高寬比超過規(guī)范限值而形成細長結構，對抗風荷載不利，需采取必要措施控制鋼結構電梯頂部水平位移。通過軟件計算分析，確認風荷載和結構剛度對鋼框架結構電梯的水平位移影響顯著，提出了將觀光電梯外表面漏空和加強觀光電梯與排架柱連接等措施，并應用到工程實際中。實時監(jiān)測結果表明：經(jīng)過改造后，觀光電梯結構頂部最大位移得到有效控制，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

關鍵詞：升船機； 觀光電梯； 鋼結構； 頂部水平位移； 三峽工程

中圖法分類號：U642

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.12.010

文章編號：1006-0081（2023）12-0059-04

0引言

三峽升船機觀光電梯工程位于三峽大壩左岸上閘首［1］，是上閘首（高程185.00 m）到升船機頂部機房屋面（高程217.24 m）的垂直交通工具，也是觀賞三峽大壩的景觀平臺。該工程建設地點特殊、社會影響重大［2］。然而，受場地限制，與塔柱［3］相鄰的鋼結構觀光電梯垂直向高寬比超過規(guī)范限值，形成細長結構，導致風荷載作用下電梯頂部水平位移嚴重超限。在不能調整電梯平面尺寸的情況下，采取其他有效措施減小電梯結構頂部水平位移，是保證鋼結構觀光電梯能滿足GB 50310-2016《電梯工程施工質量驗收規(guī)范》位移控制要求的關鍵。目前，針對鋼結構觀光電梯的研究主要集中于電梯外觀優(yōu)化［4］、電梯安裝［5］、在商業(yè)綜合體中的應用［6］等方面。針對鋼結構位移方面的研究有基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的空間鋼結構位移響應估計方法［7］、鋼結構位移跟蹤技術等［8］，針對特定條件下鋼結構位移控制的研究很少。本文采用PKPM軟件進行結構建模計算及各種目標工況的對比分析，確定影響結構水平位移的關鍵因素；在結合工程實際的基礎上，制定可行性對策，并評估位移控制效果。

1計算模型

觀光電梯的平面尺寸為8.2 m×2.2 m，垂直高度為39.8 m，高寬比約為18。由于觀光電梯緊臨上閘首排架柱，為了評估排架柱對觀光電梯風荷載的影響，建立圖1所示兩個計算模型，定義模型的長邊為X向，短邊為Y向。

模型一為觀光電梯鋼框架結構模型，模型二為觀光電梯鋼框架結構+旁邊緊鄰的鋼筋混凝土排架柱結構模型。計算荷載取值如下：抗震設防烈度6度，設計地震加速度0.05g，基本風壓0.35 kN/m²，樓梯間活載3.5 kN/m²，屋面活載0.5 kN/m²。關鍵計算參數(shù)如下：結構重要性系數(shù)1.1，恒荷載、活荷載分項系數(shù)分別為1.3和1.5，風荷載參與地震組合。采用PKPM軟件進行結構計算，結果表明：兩種計算模型的水平位移相差小于2 mm，因此該工程采用計算模型一，邊界條件清晰。

經(jīng)過反復計算、復核，確定電梯頂部水平位移達到99.4 mm，不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，需采取有效措施控制電梯鋼結構頂部水平位移，使其降低到35 mm 以下。

2影響因素分析

影響鋼框架結構水平位移的兩大關鍵因素為水平荷載和結構自身剛度［9］。由于受場地限制，此觀光電梯的軸網(wǎng)尺寸僅為8.2 m×2.2 m，結構Y向剛度很小。為了分析風荷載、結構Y向剛度及柱間支撐對結構頂部位移的影響程度，采用PKPM軟件計算不同工況下觀光電梯鋼框架結構頂部的水平位移值：① 工況一：保持基本風壓為0.35 kN/m²時，增大結構Y向尺寸，計算不同高寬比時結構水平位移值；② 工況二：保持結構Y向尺寸不變（高寬比為18），計算不同基本風壓時結構水平位移值；③ 工況三：保持基本風壓為0.35 kN/m²，結構Y向尺寸不變（高寬比為18），計算有無柱間支撐時結構水平位移值。計算結果見表1。

結果表明：風荷載和結構剛度對鋼框架結構電梯的水平位移影響顯著，柱間支撐對水平位移的影響較小。此外，由于觀光電梯地理位置特殊，該工程不具備增加結構Y向尺寸的條件。因此，為了有效控制電梯鋼結構頂部水平位移，需采取針對性措施解決風荷載大和結構剛度小這兩大問題。

3對策研究

3.1降低風荷載

3.1.1基本風壓

經(jīng)專家多方面論證后確定：按保證觀光電梯在0.35 kN/m²風壓下能正常運行（超過此風壓停運）和鋼結構在0.8 kN/m²風壓下結構安全兩種工況進行結構設計。因此，結構位移計算時，基本風壓的選取符合實際情況和規(guī)范要求，取值合理，不能調整。

3.1.2結構迎風面

經(jīng)過計算，觀光電梯結構X向迎風面面積為338.3 m²，Y向迎風面面積為111.4 m²。由于觀光電梯的Y向長度僅為2.2 m，且為單跨結構，初步判定X向迎風面面積大是造成Y向風荷載位移大的主要原因之一，在基本風壓不變的情況下，可采取措施減小X向迎風面面積。

3.2增大結構剛度

為了評估長細比對結構水平位移的影響程度，建立8.2 m×2.2 m、8.2 m×3.2 m、8.2 m×42 m、8.2 m×5.2 m、8.2 m×6.2 m這5個計算模型，并進行位移計算，結果見圖2。結構寬度方向（Y向）每增加1 m，結構頂部水平位移減小明顯。由此可見，結構Y向長細比過大是導致結構水平位移偏大的主要原因之一，在保持結構Y向尺寸不變的情況下，可另行采取措施增大結構縱向剛度。

4實施措施及效果

由于受場地限制，觀光電梯的縱橫向尺寸均無法調整，因此提出將觀光電梯外表面漏空和加強觀光電梯與排架柱連接兩個可行性措施，以解決X向迎風面面積大和結構Y向長細比過大的問題。

4.1觀光電梯外表面漏空方案

為減小迎風面，只保留電梯井道四周的玻璃幕墻，取消旁邊樓梯間周圍的玻璃幕墻，現(xiàn)場施工照片如圖3所示。實施觀光電梯外表面漏空方案前后結構水平位移對比如表2所示，計算結果表明：實施鏤空方案后，結構整體水平位移減小了44 mm，位移控制效果非常顯著，與在基本風壓等基本風荷載條件一定的情況下風荷載對結構的實際作用取決于作用面積大小的特征相符。

4.2觀光電梯與排架柱連接方案

上閘首排架柱緊臨觀光電梯，在不延誤觀光電梯鋼結構制作安裝工期和不大幅增加工程成本的前提下，采取在觀光電梯和混凝土排架柱之間沿高度方向間隔加焊鋼連接件，增大觀光電梯結構側向剛度。具體做法為：在圖4所示方鋼梁處加焊2個鋼連接件，尺寸為400 mm×200 mm×14 mm；在圖5位置的鋼柱上加焊連接件，尺寸為500 mm×200 mm×14 mm，沿高度方向每層設置。

實施觀光電梯與排架柱連接方案前后結構水平位移對比如表3所示。計算結果表明，實施觀光電梯與排架柱連接方案后，結構整體水平位移減小了26.6 mm。高聳結構的側向剛度對結構的位移響應影響很大，特別是對于該工程受場地條件限制而Y向尺寸很小的情況，通過與相鄰塔柱進行連接，有效增大了觀光電梯結構的側向剛度，降低位移響應。

實施表面鏤空和與排架柱連接兩個方案后，觀光電梯鋼結構水平位移沿高度的變化曲線如圖6所示，結構頂部整體水平位移由原來的99.4 mm減小為28.8 mm，滿足GB 50310-2016《電梯工程施工質量驗收規(guī)范》不超過35 mm的要求。

5實時監(jiān)測

優(yōu)化方案實施后，采用經(jīng)緯儀對觀光電梯結構頂部4個角點開展了3個月的連續(xù)水平位移監(jiān)測，結構頂部位移選取從大到小排列的前5組數(shù)據(jù)，見表4。位移監(jiān)測結果表明：監(jiān)測期內，觀光電梯結構頂部最大位移為15.10 mm，小于軟件計算結果，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，實施方案達到了預期。

6結語

三峽升船機采取將觀光電梯表面鏤空和在電梯與排架柱間沿高度層層增設鋼連接件兩種措施，減小結構迎風面面積和增大結構側向剛度，有效減小了觀光電梯結構頂部水平位移，保證了鋼結構的制作安裝工期，同時節(jié)約了成本，取得了顯著的社會和經(jīng)濟效益。對策實施后，監(jiān)測結果表明：觀光電梯結構頂部水平位移滿足現(xiàn)行GB 50310-2016《電梯工程施工質量驗收規(guī)范》的要求，位移控制達到了預期。后續(xù)還應進一步分析將觀光電梯通過鋼連接件與排架柱層層相連對排架柱的影響，確保主體結構的安全。

參考文獻：

［1］許進，畢金鋒，羅先啟.三峽升船機塔柱外觀檢測方案及其綜合評價［J］.人民長江，2022，53（5）： 156-161，182.

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［8］黃智豪.施工階段超高層頂部鋼結構位移跟蹤與溫度影響機理研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2020.

［9］何昭仁.鋼框架規(guī)范簡化分析方法與精確分析方法的對比研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2010.

（編輯：李慧）

Research on top displacement control of ship lift sightseeing elevator of Three Gorges Project

LI Bin WU Xiaohui LI Yan

（1.Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430019，China；

2.Waterfront Space Planning and Design Hubei Engineering Research Center，Wuhan 430010，China；

3.Changjiang Ecological Environmental Protection Group Co.，Ltd.，Wuhan 430064，China；

4.Wuhan Technical College of Communications，Wuhan 430065，China）

Abstract：The sightseeing elevator of the ship lift of the Three Gorges Project has formed a slender structure due to the site limitation，and the height-width ratio exceeded the specification limit，which is unfavorable to resist the wind load.It is necessary to control the horizontal displacement of the top of the steel structure elevator.Through software calculation and analysis，it was identified that the wind load and structural stiffness had a significant impact on the horizontal displacement of steel frame elevators.The targeted measures was proposed to empty the outer surface of the sightseeing elevator and strengthen the connection between the sightseeing elevator and the bent column，which was applied in the engineering practice.The real-time monitoring results indicated that after renovation，the maximum displacement at the top of the sightseeing elevator structure was effectively controlled，which can meet the current regulatory requirements．

Key words：?ship lift； sightseeing elevator； steel structure； top horizontal displacement； Three Gorges Project