輕鋼結構加層構造設計要求探討

摘 要 輕鋼結構加層，是當前較為常見的施工項目。由于其具有實用、經濟的特點，在建筑行業得到了較為廣泛的運用。文章將對輕鋼結構加層結構的設計進行相關的探討，包括建筑設計的要求和結構設計的要求等各方面。

關鍵詞 輕鋼結構；建筑設計要求；結構設計要求

隨著城市化進程的進一步加快，城市發展越來越迅速，人口日益增多，這就直接造成了城市建設用地日趨緊張。輕鋼結構作為建筑結構的一種形式，在建筑領域得到了廣泛的運用，而在建筑用地日趨緊張的背景下，鋼結構建筑的加層改造，已經成為一項新興的且具有廣泛應用前景的產業。而輕鋼加層結構的房屋施工周期短，工程造價低，對原用戶干擾較小等特點，使這項技術已經得到了廣泛的應用。房屋加層后必然增加了原有地基、基礎及結構的荷載，而加層部分承重結構采用輕鋼結構，因此，在設計上必須要采用科學的方案，才能保證建筑的安全和性能。

1.建筑設計要求

一般而言，輕鋼結構加層就是直接在舊房主體結構上直接加高，在完成加層之后，所有的荷載都由舊房基礎、墻、柱等承擔的形式。由于增加的建筑的載荷，因此在設計時必須要考慮到建筑的安全性，也就是在進行建筑設計時，要注意加層部分對原建筑物的影響，形象的說，就是要“錦上添花”，而不可“畫蛇添足”。具體地講要注意以下幾個方面：

（1）平面布置。對輕鋼結構加層而言，設計師進行設計時，首先要保證平面圖上軸線的標注、分格大小盡可能的與原圖一致。比如說，房間的隔墻需要盡可能的落在原建筑物的梁的位置。，又如對一切如廁所、開水間、空調機房等，有上、下水管道的房間，就需要盡可能的保持在同一平面位置，同時還需要盡量減少管路的敷設，防止一切不必要的滲漏事件。

（2）立面及外裝修。從實際的工程來看，輕鋼結構加層的特點，要求其必須對立面及外裝修有充分的重視。具體來說，就是要保證立面和外裝修與原建筑相呼應，在加層的檐高設計要求上，不僅要滿足室內凈空要求，同時還必須滿足城市規劃部門對城市規劃限高的要求。此外，立面造型和外裝修也需要盡可能的與原建筑保持一致，假如原建筑有貼面磚、帶形鋁合金窗，那么加層也盡量要有，如果需要把原來的貼面磚剔除掉，那就需要對整個立面進行重新裝修，以保證加層后的效果更好。

（3）材料選擇。為了保證加層的質量，就需要對加層材料的選擇進行嚴格的控制，必須要優先選用輕質材料，比如說外墻采用泰柏板、吊頂一般采用石膏板、吸音板等輕質材料、內墻采用輕鋼龍骨石膏板、防火墻采用加氣混凝土塊。

從當前的建筑市場上看，隔熱保溫夾心板和彩色壓型鋼板，是當前輕質屋面材料使用較多的。隔熱保溫夾心板的主要特點是集承重、防水、保溫、裝飾于一體，從實用性和觀賞性來看，都是一種比較理想的屋面材料，其設計坡度應在l／20（含）以上。因為夾心板的心材的燃燒性能等級較低，無法滿足構件耐火時間的要求，所以在防火要求較高的建筑中，是不能使用的。

壓型金屬板屋面的保溫分為兩種，即上保溫和下保溫。

所謂的上保溫屋面，主要是指保溫材料在壓型鋼板上面。他的一個鮮明的特點就是需另做防水層。從材料的選擇上看，保溫材料通常選擇加氣混凝土、聚苯混凝土、陶粒混凝土等相對輕質材料，而防水通常會采用三元乙丙等卷材。總體來說看，這種屋面形式較傳統材料相對較輕，同時對形成異型屋面也是比較適合的。

下保溫則是指保溫材料在壓型板下面，壓型鋼板充當防水層。從使用效果上看，，只要構造上處理好了，這種防水層是比較有效、耐久的。通常情況下，保溫層鋪設在檁條和屋面板之間，當然由于結構和需要的不同，也有保溫直接做在吊頂板上的。如果是后者，那壓型鋼板下表面不做保溫，等于管道在保溫層之外，在寒冷地區這種辦法不太適合。總體而言，加層的特點是使加層的痕跡越少越好，應有天衣無縫、巧奪天工之妙。

2.結構設計要求

一般來說，直接增層的結構設計分兩個部分，加層部分和原結構驗算部分。

2.1 查明現狀是改造工程的最重要的環節

如果設計或者施工單位對在原始資料不熟悉，基本情況不清，那就必須尋找對策，一般而言加層工程必須從查明現狀入手：

（1）在建設單位支持下，從檔案中搜集有利用價值的圖紙；

（2）訪問原設計單位、施工人員及基建當事人獲得一些口頭線索；

（3）組織對舊建筑物的平、立、剖現場測繪掌握第一手資料；

（4）組織對現結構現場考察，證實地基無明顯下沉，結構無明顯位移，構件基本完好。

一般來說，最簡易、直接的方法，就是充分利用如設計圖、竣工圖、原始記錄等舊建筑物現存的技術資料，不過如果收集到的資料不詳，那就需要通過現場查勘觀察、測量勘探、試驗等對現有建筑進行鑒定，再取得足夠的資料后再研究具體實施方案。

對設計而言，挖掘原結構潛力是研究實施方案首先應該關注的重點，一般來說新立結構支承體系的前提是，在采取改變結構支承狀態，將超負荷構件之內應力轉移到有潛力的構件上的情況下，當然，也可以將強度不足的構件如基礎、梁、柱、板進行局部補強，這樣可以實現增層擴建方案整體結構合理、潛力利用最充分、最經濟易行的效果。由于增層工程需要在原建筑物上增加活荷載、靜荷載，不過我們可設法減至最低限度。比如說加載，我們可人為調整房間功能將活荷載大的增層房間移至首層或者其他部位。對靜荷載，可將非增層部分的砌體先換成輕質砌體，以抵消新增的靜載，即“先減后加”。

2.2 加層部分的結構布置

在加層結構的布置的設計上，必須要有明確的計算模型，合理的傳力路線，可靠可行的構造措施。同時，還必須要保證有合理的剛度和強度分布，嚴防豎向剛度突變。尤其是要格外注意不能下剛上柔，以避免產生過大的應力集中或者塑性變形集中。

在設計師，一定要保證柱網布置與原結構一致，如果有特殊需要，不能落到原結構柱上時，那就需要放到主梁上。不過，就需要對該主梁需進行更嚴格的計算，如果無法滿足要求，那就需要進一步的采取提前加固措施，具體來說，就是要從結構布置角度出發，設置多道抗震防線，以防止部分結構構件破壞導致整個結構喪失抗震能力。

2.3 鋼框架與原結構的聯結

在設計時，鋼框架與原結構的連接通常是按鉸接處理。盡管實際情況為彈性嵌固，不過從力學角度來看，這種彈性嵌固結點對按鉸接計算的框架更為安全的，當然，由于目前對彈性嵌固的程度系數的確定，尚未有一個有效的辦法。所以，通常仍按鉸接計算。因為加層設計的柱腳是與原結構的主要聯接，所以，設計人員一定要充分考慮原結構的復雜情況，也就是一定要保證設計方案的適應性和可操作性。對加層結構而言，柱腳至關重要，從構造上，要盡可能的保證牢固一些，剛性強一些。所以，完成鋼結構安裝后，需要沿墻打一道圈梁，這道圈梁可以增加柱腳的穩定性及剛度，另外也可以防止雨水落地時飛濺到輕質墻體上。

2.4 原結構驗算

對加層設計而言，原結構驗算是必不可少的一個環節。進行原結構驗算，首先得查看原結構圖紙，掌握該樓施工情況，包括原施工單位工人素質、變更和洽商情況等待，如果有需要的話，還應對原結構的強度進行檢測。假如原結構及加層設計是同一個設計人員進行的，那可以參考原計算書的情況。然而，通常來說，加層都是若干年以后的事情，設計也不一定是同一個人。與此同時，設計計算書保密的，外借的可能性不大，所以，原結構通常就由加層設計的結構工程師根據圖紙和現行規范來完成。

在施工期間，不要輕易對結構設計進行修改，所有工地的變更必須征得結構工程師的同意。如果經過相關的計算，發現原結構的某些部位或者地基需進行加固的，就需要根據工程的需要重新設計加固方案。結構加固的辦法多種多樣，如粘貼鋼板、增加構件斷面，或者是在構件跨中增加支撐，減小計算跨度。

3.結語

輕鋼加層結構設計是對原建筑結構進行的加工，對整個建筑的承載力和結構都有直接的影響，對建筑的穩定性和使用性能也有直接的影響，因此設計人員需要對原建筑工程進行細致的了解，并根據需要確定科學有效的設計方案，保證設計的合理性。

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