混凝土框架頂層加建鋼結構設計探析

郭 志 毅

(山西省第二建筑設計院，山西 長治 046000)

混凝土框架頂層加建鋼結構設計探析

郭 志 毅

(山西省第二建筑設計院，山西 長治 046000)

對混凝土框架和鋼結構進行了比較，分析了混凝土框架頂層加建鋼結構工程的現狀，并對鋼結構加建的優缺點進行了論述，從樓板設計、梁設計、柱設計等方面作了研究，增強了建筑的抗震性、靈活性及整體性。

混凝土框架，鋼結構，頂層，設計

現階段，大部分建筑物使用的均是鋼筋混凝土框架結構，在高層建筑頂層一般均選用鋼結構加建，提高建筑物結構的穩定性與安全性，進而確保居民的財產與生命安全。因此，一定要加強對混凝土框架頂層加建鋼結構設計進行分析，促進現代建筑物建設的可持續發展。

1 混凝土框架和鋼結構的比較

要想有效實現混凝土框架頂層加建鋼結構的目標，就一定要明確兩者之間的區別。混凝土框架具有自重大、剛度大、震害明顯、密閉性好、整體性好、抗壓性好、不易受外界侵蝕等特點；鋼結構具有自重小、延性好、耐火性差、密閉性差、易受外界侵蝕等特點。混凝土框架與鋼結構均是借助傳統力學和數學公式進行受力計算的,同時在進行抗震設計的時候，均需要設置多道抗震防御體系，這樣才可以保證結構的整體性與牢固性；在進行管理的時候，無論是混凝土框架還是鋼結構，均需要管理人員具備相應的專業素質與技能，對施工中可能出現的風險、隱患、質量問題等進行預防與處理，保證施工的順利完成。當然，兩者之間也存在著明顯的區別：首先，材質方面。混凝土框架主要就是由鋼筋與混凝土構成，自重非常大；鋼結構主要是由鋼構件連接組成，自重比較小。其次，震害結果。根據相關資料顯示，混凝土框架震害主要表現為裂縫，局部倒塌，很少出現整棟樓倒塌的情況；鋼結構在地震作用下，經常發生失穩、扭曲、變形的情況，并且因為整體性比較差，因此在進行設計的時候，一定要對整體性進行充分的考慮。最后，施工管理方面。在實際施工中，對于相同面積的施工，鋼結構要比混凝土框架施工快；在現場施工的時候，混凝土框架施工需要進行現場支模澆筑，進行預制構件工廠加工的情況不多，而鋼結構需要在工廠加工很多的預制構件，之后運輸至施工現場，進行相應的安裝與焊接。除此之外，針對工程造價而言，鋼結構也要比混凝土框架低一些，在進行實際施工時，可以根據市場情況，進行適當的選擇。

2 加建工程的現狀

我國加建設計起步比較晚，與世界先進國家之間存在著一定的差距。隨著社會的不斷發展與進步，科學技術水平的不斷提高，加建工程得到了很大的發展空間，并且在我國各地都開展了一些舊房挖潛、改造、加建等工程，并且在上海、重慶、廣州、貴陽、昆明等地都將舊房改造工程列入到了城市規劃項目當中，頒布了相應的文件與規章制度。由此可以看出，我國加建工程得到了很大的發展空間。

1)由以往的單個房屋加建發展為成片住宅區的加建工程；

2)各種新材料、新工藝應用到了加建工程當中；

3)輕鋼結構加建技術得到了深入的分析與研究，并且在加建工程中得到了廣泛的應用。

3 鋼結構加建的優缺點

開展鋼結構加建工程的時候，具有以下優點：1)節約土地，提高土地面積的使用效率，縮短建設工期；2)因為鋼結構的自重比較輕，因此，加建部分的荷載作用對原結構的影響非常小，不需要單獨對地基進行加固處理，這樣不僅可以減少工作量，還可以縮短工期，節省部分施工成本；3)鋼結構具有較強的多樣性，在進行加建的時候，可以充分發揮空間的優勢，降低對原建筑結構的影響；4)鋼結構加建的適用范圍比較廣，不僅可以對房屋建筑進行加建，還可以對工業建筑進行加建，因此，在建筑加建工程中得到了廣泛的應用。當然，其也存在著一些缺點：1)在進行鋼結構加建之后，其整體建筑結構就會呈現一種上柔下剛、上輕下重的質量與剛度分布，導致建筑整體性較差，缺乏一定的抗震性能；2)鋼結構耐久性較差，在進行加建的時候，需要進行防腐、防火等措施的考慮，這樣就會增加一些建筑材料的使用，此時不僅會涉及到原材料的質量問題，還要考慮原材料的成本問題，因此，存在著一定的不足。

4 混凝土框架頂層加建鋼結構設計

1)樓板設計。

在設計樓板的時候，現階段一般選用的都是現澆灌技術。目前，現澆灌技術是樓板設計中最為常用與有效的方法，在采用此種方式進行鋼結構施工的時候，可以有效提高建筑結構整體的穩定性、牢固性與安全性。同時，在鋼結構施工中，此種方法可以對出現的問題進行靈活的處理與調整，根據實際情況，提出有效的解決辦法，保證樓板設計與施工的順利進行，確保建筑工程的整體施工質量。

2)梁設計。

在進行梁設計的時候，一定要結合國際設計標準與實際設計情況，制定合理、科學的鋼構設計要求：首先，在進行梁設計的時候，一定要保證其截面寬度不會低于200 mm，同時寬度與高度之間的比值不要超過4。其次，在梁設計中必然要使用一些鋼筋，對其使用鋼筋也要進行一定的規定，保證梁結構具有一定的硬度與抗震性能，進而確保建筑工程整體結構的牢固性與安全性。最后，在設計扁梁的時候，一定要保證梁中線和柱中線重合，采用雙向布置結構。同時對扁梁進行嚴格的計算與設計，保證其結構的合理性與科學性，增強建筑工程整體結構的穩定性。

3)柱設計。

在進行柱設計的時候，一定要保證其截面符合設計標準：通常情況下，柱截面寬度與高度均不可低于300 mm，柱直徑一定要超過350 mm，截面短邊與長邊的比值不可以超過3，柱縱向鋼筋配比不可以低于0.2%等。在設計柱的時候，一定要嚴格遵照以上要求，這樣才可以保證柱設計的合理性與科學性，同時增強鋼結構的穩定性，保證建筑工程施工的順利完成。

4)基礎承載重量構件設計。

在進行基礎承載重量構件設計的時候，一定要綜合考慮各方面的因素，結合建筑負荷、結構形式、施工狀況等，加強基礎設計的合理性與科學性，使其達到建筑工程整體設計要求。針對設計不合理、不符合要求的部分，一定要進行相應的修改，保證其設計的合理性與科學性，這樣才可以保證建筑工程整體的施工質量。

5 結語

在高層建筑工程建設過程中，其安全問題一直以來都是人們最為關注的話題。在現代建筑行業中，加建鋼結構設計得到了廣泛的應用，并且發揮著非常重要的作用。其可以增強整體建筑的抗震性能、靈活性、整體性等，在一定程度上，保障了居民的財產與生命安全，為人們的生活與工作提供了可靠的保障。

[1] 李延賓，陳彥武.住宅頂層墻體裂縫的成因與防治[J].黑龍江科技信息，2011(29)：71-72.

[2] 曾 浩，金一嵐.混凝土框架頂層加建鋼結構設計探析[J].城市建設理論研究，2012(7)：43-44.

[3] 戴連雙.外包鋼鋼筋混凝土框架頂層邊節點抗震性能試驗研究[J].中國西部科技，2011(6)：36-37.

[4] 錢稼茹,江 棗,紀曉東.高軸壓比鋼管混凝土剪力墻抗震性能試驗研究[J].建筑結構學報，2010(7)：22-24.

[5] 江見鯨,陸新征,葉列平.混凝土結構有限元分析[M].北京：清華大學出版社,2005.

[6] 張新培.鋼筋混凝土抗震結構非線性分析[M].北京：科學出版社,2003.

[7] 余惠芳.基于整體動力性能分析的框架結構加層方法及性能研究[D].西安：西安科技大學，2010.

[8] 曹 曦.鋼筋混凝土框架結構鋼結構加層加固設計[D].邯鄲：河北工程大學，2014.

Analysis on concrete frame top-level construction of steel structure design

Guo Zhiyi

(ShanxiSecondArchitecturalDesignInstitute,Changzhi046000,China)

This paper compared the concrete frame and steel structure, analyzed the status quo of concrete frame top-level construction of steel structure engineering, and discussed the advantages and disadvantages of steel structure construction, made research from the floor design, beam design, column design and other aspects, enhanced the earthquake resistance, flexibility and integrity of building.

concrete frame, steel structure, top-level, design

1009-6825(2015)16-0023-02

2015-03-29

郭志毅(1980- )，男，工程師

TU318

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