1、Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言建筑高度不应危害公共空间安全，影响公共卫生和景观，应实行建筑高度控制1。建筑物在通过规划部门审批之后其高度一般不能改变。总高度一定的情况下，为了满足建筑净高的要求，有效减小结构构件尺寸成为结构设计人员面临的主要问题。本文提出一种方法将电梯机房顶部吊钩梁高度有效减小，实现增加建筑净高的目的。GB 500102010混凝土结构设计规范（2015版）2(以下简称 混规)、混凝土结构构造手册（第五版）3（以下简称手册）中对于钢筋或者圆钢的锚固长度和构造做法给出了具体的要求，通常做法如图1所示，钢筋或者圆钢锚入混凝土中的直段长
2、度最少为20d（d为钢筋或圆钢的直径）。12d12d短筋，20d吊环1005050 20d503d吊环30d5050100a方法一b方法二图 1吊环常用的锚固做法混规对吊环允许应力给出了一种计算方法，据此设计检修吊钩的直径d都较大，通常都在20 mm以上，根据吊钩直径和相应锚固长度的要求再设计吊钩梁，此时吊钩梁的高度一般都超过400 mm，有的甚至会超过500 mm，这有时会导致电梯机房净高不足。针对此问题，本文从以下两个方面来分析。1）参照混规给出的方法来设计用于检修电梯的吊钩，虽无安全问题，但过于保守。本文基于单个吊钩的实际受力情电梯检修吊钩设计方法探讨Discussion on the
3、Design Method of Lift Hook张志兵，吴翼亮（河北拓朴建筑设计有限公司，石家庄 050000）ZHANG Zhi-bing,WU Yi-liang(Hebei Top Architectural Design Co.Ltd.,Shijiazhuang 050000,China)【摘要】在实际工程设计中，电梯检修吊钩的设计因锚固长度问题，结构构件尺寸较大。在建筑总高度一定的情况下，不能满足电梯机房需要的净高要求，这会影响电梯的使用功能，另一方面，即便满足了电梯机房需要的净高要求，经济性也较差。针对此现象，论文通过调整吊钩的抗拉强度设计值，根据材质不同对锚固长度进行区分，在有
4、限的空间内为满足吊钩锚固要求，研究了一种较GB 500102010 混凝土结构设计规范（2015 版)和 混凝土结构构造手册(第五版)更有效的计算方法。【Abstract】In the actual engineering design,because of the anchorage length problem,structural members of larger size will be produced.When the total height of the building is certain,it can not meet the clearance requirement
5、s of the elevator room,it will affect the functioningof the elevator,even if it meets the clearance requirements of the elevator room,the economy is also poor.In this paper,by adjusting thedesign value of tensile strength of the hook and according to different materials to distinguish the anchorage
6、length,in the limited space tomeet the requirements of hook anchorage,we put forward a calculation method the calculation method is more effective than the GB500102010 Concrete Structure Design Code(2015 edition)and the Concrete Structure Construction Manual(Fifth Edition).【关键词】检修吊钩；吊钩梁高；吸附力；锚固长度【Ke
7、ywords】maintenance hook;height of hook beam;adsorption force;anchorage length【中图分类号】TU758.11【文献标志码】B【文章编号】1007-9467（2023）04-0020-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.04.006【作者简介】张志兵（1985），男，河北沧州人，高级工程师，一级注册结构工程师，从事结构设计与研究。20Architectural and Structural Design建筑与结构设计况进行分析，对吊钩抗拉允许应力限值进行了修正。2）混规和手册虽给出了对锚固长度
8、的具体要求和构造做法，但并未针对HPB300钢筋和Q235B圆钢这两种材质加以区分。本文基于钢材的抗拉强度设计值对锚固长度的影响进行分析，并对HPB300钢筋和Q235B圆钢的锚固长度进行了区分。2规范中抗拉强度取值混规 中明确对于HPB300钢筋，吊环应力不应大于65 N/mm2；对于Q235B圆钢，吊环应力不应大于50 N/mm2。当计算吊环截面面积时，钢筋强度在其抗拉强度设计值的基础上需要进行折减，混规中主要是考虑以下几个方面的因素：1）构件自重荷载分项系数，取为1=1.2；2）吸附作用引起的超载系数，取为2=1.2；3）钢筋弯折后的应力集中对强度的折减系数，取为3=1.4；4）动力系数
9、，取为4=1.5；5）钢丝绳角度对吊环承载力的影响系数，取为5=1.4。总的折减系数=12345=4.2，对于HPB300钢筋，吊 环 的 允 许 拉 应 力 值 为270/4.2=64.365 N/mm2；GB500172017钢结构设计标准4明确Q235B圆钢抗拉强度设计值fy=205 N/mm2（圆钢直径超过16 mm时），对于Q235B圆钢吊环允许拉应力值为205/4.2=48.850 N/mm2。3调整后抗拉强度设计值3.1吸附作用引起的超载系数前文所述吊环允许应力的计算方法，主要针对被起吊的构件为铺于平面上的板类构件。如预制板构件，因为生产时已将其与底模之间的气体挤压排除，界面内多
10、处近乎处于真空状态，在起吊瞬间，除了考虑构件自重以外，还需要考虑克服作用于板面上的大气压力，即模具对构件的“吸附力”5-8，混规中为了考虑吸附作用，引入了一个吸附作用超载系数，为2=1.2。对于电梯检修时，电梯轿厢通过钢丝绳悬挂于吊钩下方，此时并没有吸附作用，自然也不必考虑附加的吸附力，此时对于吸附作用引起的超载系数，笔者认为可以取为2*=1.0。3.2钢丝绳角度对吊环承载力的影响系数混规中所给出的吊环应力计算方法是针对多个吊环同时作用的情况，起吊时连接吊环的钢丝绳会与吊环之间存在一个夹角9-10，吊环平面受力简图如图2所示。钢丝绳吊环FxFzh图 2吊环受力示意图构件起吊时吊环不仅承受竖向拉
11、力Fz、水平分力Fx，吊环还需要承担一个附加弯矩M=FXh的作用（h为起吊点距构件表面距离），对于圆钢或者钢筋而言其自身抗弯截面模量相对较小，抗弯性能较差，当夹角较小时，由于附加弯矩作用而产生的应力会较大，这部分应力不能忽略。混规中为了考虑这部分影响，引入了一个钢丝绳角度对吊环承载力的影响系数，取为5=1.4。对于电梯检修，此时只有一个吊钩存在，检修时轿厢通过钢丝绳垂直悬挂于吊钩的下方，钢丝绳与吊钩之间的夹角=90，此时水平分力Fx=0，这样也就不会有附加弯矩的作用，此时钢丝绳角度对吊环承载力的影响系数，笔者认为可以取5*=1.0。3.3调整后允许拉应力值调整以上两个折减系数后得到修正后总的折
12、减系数，取为*=12*345*=2.5。据此计算，对于HPB300钢筋，吊环的允许拉应力值为270/2.5=108 N/mm2；对于Q235B圆钢，允许拉应力值为205/2.5=82 N/mm2。按本节的算法得到的吊钩允许拉应力限值较 混规 中给出方法的计算结果大幅提高，计算吊钩所需要的截面面积也会相应减小。4锚固长度4.1规范、手册 中吊环的锚固长度混规规定对于HPB300钢筋和Q235B圆钢吊环锚入混凝土中的深度不应小于30d，并应焊接或绑扎在钢筋骨架上，d为吊环钢筋或圆钢的直径。手册中也给出了关于吊环锚固的构造做法，常用的构造做法如图1所示。无论是混规还是手册中给出的锚固长度都没有因吊环
13、抗拉强度设计值不同而加以区分对待。4.2调整后锚固长度GB 550082021混凝土结构通用规范11中明确指出，受拉钢筋锚固长度应根据钢筋的直径、钢筋及混凝土抗拉强度、钢筋的外形、钢筋锚固端的形式、结构或结构构件的抗震21Construction&DesignForProject工程建设与设计等级进行计算确定。混规中指出，当充分利用钢筋抗拉强度时，受拉钢筋基本锚固长度应符合式（1）的要求：lab=fyftd（1）式中，lab为受拉钢筋的基本锚固长度；为锚固钢筋的外形系数；fy、ft分别为钢筋、混凝土的抗拉强度设计值。以C30混凝土为例，ft=1.43 N/mm2，对于HPB300钢筋，锚固钢筋
14、外形系数取=0.16，lab=30.2d30d，这与混规和构造手册中的要求基本一致，如图1b所示；而对于Q235B圆钢，外形系数=0.16，lab=22.9d23d，这明显小于混规和构造手册中的要求。混规指出，当纵向受拉普通钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度（投影长度）可取为基本锚固长度lab的60%。如采用图1a所示的构造做法，对于HPB300钢筋直锚段长度可取0.630d=18d，对于Q235B圆钢直锚段长度可取0.623d=13.8d14d。按本节的算法计算得到的吊钩的锚固长度值较 混规手册中给出的方法有较大幅度的减少，在吊钩梁截面高度较小的情况下也更容易
15、满足锚固长度的要求，这对于增加建筑净高有着积极的作用。5算例对比手册中提及，当吊环直径d14 mm时应采用HPB300钢筋制作；当吊环直径16 mmd25 mm时应采用Q235B圆钢制作。现以一个检修荷载标准值为40 kN电梯样本为例，采用图1a的锚固做法，对吊钩的计算、选用和材料消耗总量将混规手册中的算法和本文算法进行简单比较，主要对比指标如表1所示。表 1算例对比汇总对比指标项混规 手册 算法本文算法吊钩计算截面面积/mm选用吊钩直径/mm设计吊钩锚固长度/mm设计吊钩总长度/mm设计吊钩质量/kg4002550018577.22441825211932.4通过表1的对比结果知：1）算例中
16、按本文算法选择的吊钩直径d可以较 混规手册算法减小7 mm。2）算例中为满足吊钩直锚段锚固长度要求，按混规手册算法其所需吊钩梁高度至少为535 mm（考虑35 mm厚度的混凝土保护层），结构设计时可取梁高为550 mm；按本文算法所需吊钩梁高度至少为287 mm（考虑35 mm厚度的混凝土保护层），结构设计时可取梁高为300 mm。采用本文算法吊钩梁截面高度可以减小250 mm，极大地增加了建筑净高。3）算例中按本文算法吊钩的钢材用量为混规手册算法的1/3，这对于降低成本也有积极的作用。6结论1）在电梯机房设计高度受限的情况下，吊钩多采用本文图1a所示的弯折锚固的做法，如果按照构造手册要求的20d直锚段的方法来设计，有时不能满足电梯冲顶高度的要求。此时如按本文的计算方法只需满足直锚段14d即可。采用本文方法在机房高度一定的情况下，可有效增加电梯机房内建筑净高。2）对于电梯检修吊钩的设计方法完全参照混规中吊环的设计方法虽然没有安全问题，但是过于保守，采用本文的方法既可满足承载力的要求，也能节省钢材用量。3）人防工程中，对单个吊点的人防门，其安装吊钩也可参考本文的计算方法来进行设计。【参考
