鋼結構加層設計探討

【摘要】當前社會的經濟技術飛速發展，許多已建建筑物已漸漸不能適應社會發展的需要，需要進行改造甚至擴建。

【關鍵詞】鋼結構加層；設計；探討

【中圖分類號】TU392.2【文獻標識碼】A【文章編號】1005-1074(2009)05-0248-01

當前社會的經濟技術飛速發展，許多已建建筑物已漸漸不能適應社會發展的需要，需要進行改造甚至擴建。但城市中的用地越來越緊張，且用地成本高昂。于是，在原建筑物上加層，以擴大建筑物的使用面積，成為了一種相對經濟又可行的選擇。

1加層結構設計所涉及的內容比較多，但最重要的有以下幾項

1.1對原建筑屋面板承載能力的校核由于除了屋頂花園等特殊情況外，屋面的活荷載一般都小于改造后房間的樓面活荷載。如果，改造前后的活荷載差值太大，不足以用拆除原屋面保溫防水層等卸荷方式來抵消，則原屋面板很可能不滿足設計要求，需要重新設計加固。

1.2上部結構承載能力校核由于不論原建筑是磚混結構或是混凝土結構，加層房屋的荷載最終還是要通過原建筑的柱、墻等承重結構承擔。而加層的結構如果荷載過大，如鍋爐房，舞廳等，容易超過原建筑物柱或墻的承載能力，所以必須進行認真復核，保證安全。

1.3抗震設計校核由于加層使建筑物高度、總質量、自震周期等參數改變，加層后在地震力作用下建筑物的位移及構件的內力勢必發生變化，且極有可能超過允許值。簡單的將加層結構單獨計算，將原建筑物屋面看成是地面，忽略原建筑物頂部在地震力作用下的位移，及其對加層結構的影響，則計算結果將偏不安全。

1.4地基及基礎校核由于加層后，建筑的總質量增加。造成基礎的反力增加，及基底反力不均。可能引起原基礎的承載力不足，及建筑的不均勻沉降。

2從使用的結構材料來分，一般的加層結構可分成以下兩類。

2.1鋼筋混凝土結構加層加層樓蓋采用鋼筋混凝土框架形式，加層部分的柱鋼筋采用植筋的方式植入原有建筑物的柱內，其它梁、板、柱按一般框架結構做法施工。這種方法施工簡便，新舊結構能協調工作。缺點是自重大，原有建筑柱和基礎的承載力驗算較難滿足。此外，新舊結構的連接節點較難處理。

2.2鋼結構加層方式加層主體承重結構采用剛架或鋼框架結構，屋面板采用壓型鋼板、鋼板或混凝土板。加層部分的鋼柱腳通過植入原混凝土柱頂的鋼筋或化學錨栓與原結構連接。由于鋼結構的自重相對混凝土結構輕，新加層結構的柱底內力比較小，容易滿足承載力要求。此外，鋼柱腳可做成鉸接，所以植入原結構內的鋼筋或化學錨栓比較少，施工比較方便。而且鋼結構構件大部分都在工廠加工后再運至工地組裝，施工質量有保證，遇到在高層建筑上加層時，這點尤為重要。鋼結構加層的缺點是，造價相對較高，且新老建筑的結構整體性較差。

3工程實例

某大廈共23層，框架剪力墻結構，基礎為樁基礎。大廈標準層平面尺寸為27mX24m，到22層時，大廈長方向兩邊各縮進4.0m，寬度方向各縮進6.8m。建設方要求在21層的屋面一角增加一鍋爐房。鍋爐房共2層，一層為架空層層高2.2米（用來檢修屋面上的管線），二層層高4.2米。

設計時起先考慮采用鋼筋混凝土框架結構，盡量利用原建筑屋面的柱頭起框架柱。故鍋爐房的平面柱網軸線尺寸定為4.0mX6.8m，鍋爐房四角各立一框架柱（其中一根利用原建筑柱）。但由于建設方考慮大廈位于市中心，且高度較高，所以商品混凝土運輸困難，而如果現場攪拌，則影響大廈的正常運作。所以要求盡量減少混凝土用量。而且，由于原柱頂的鋼筋較密集，大量植鋼筋施工難度較大。綜合考慮了場地的特殊性和施工難度，決定加層采用鋼框架結構，鋼柱與鋼梁均與原框架柱鉸接。每個柱腳下植入兩根錨栓，鋼梁與原柱子連接處植化學螺栓。這樣既大大減輕了加層結構的自重，并且新老結構連接處的節點施工難度也大大降低。同時考慮到地震力作用時，錯層鋼筋混凝土樓板平面內剛度對大樓的不利影響，故樓板采用鋼平臺板的做法。即采用4mm厚花紋鋼板，板下焊加勁肋，板上澆筑30mm厚細石混凝土面層。屋面原考慮使用彩鋼屋面板，但考慮到大樓頂部風荷載較大，而彩鋼板的耐久性相對較差。一旦彩鋼板出現局部銹蝕或遇上臺風等惡劣天氣，屋面板容易被大風撕裂吹下大廈，相當危險。所以，最后參考大型屋面板的安裝方法。即先用槽鋼焊接成大小不等的長方形鋼框子，一般為2~3米長，1~2米寬。然后，把4mm厚花紋鋼板（板下焊加勁肋）焊接至鋼框上，形成鋼屋面板框。然后將屋面板框的三個角分別焊接至鋼梁上。屋面板框間的縫隙用防水油膏填實，鋼板上再做建筑的防水保溫層。這樣既減弱了樓板的平面內剛度，又進一步的減輕了結構自重。

最后，經驗算，結構承載力滿足要求。只是在鋼梁與原混凝土柱連接處，混凝土柱需要包裹碳纖維，以滿足抗震規范柱端鋼筋加密的要求。

通過對加層結構設計所涉及內容的分析，并且對比了鋼筋混凝土結構加層與鋼結構加層方式的優缺點，再通過工程實例，探討了在特定環境下，既滿足結構承載力要求，又能減少對周圍環境影響、降低施工難度的一種比較合理的高層建筑物加層設計方法。