混凝土結構屋頂加建輕鋼結構設計探索

胡志明岳鈺杰范志燕

(1甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050；2甘肅西苑勘察規劃設計有限公司，甘肅 慶陽 745000)

混凝土結構屋頂加建輕鋼結構設計探索

胡志明1岳鈺杰2范志燕2

(1甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050；2甘肅西苑勘察規劃設計有限公司，甘肅 慶陽 745000)

建筑業中關于建筑的功能要求日新月異，一種新形式的結構體系應用而生，即混凝土結構屋面加建輕鋼結構的結構體系。本文就該類結構體系的產生、現狀、設計中需要注意的問題及要求加以探討。提出關于混凝土結構屋面加建輕鋼結構這類問題的基本要求，為今后該類問題在實際工程中的設計提供一定的參考依據。

混凝土結構；屋頂；輕鋼結構；設計；要求

1 引 言

我國現有多高層結構大多采用鋼筋混凝土結構，該結構體系以其較好的抗震性能備受青睞。然而建筑的功能要求近年來已不像過去較為單一，房屋功能越來越趨于多樣化，人性化。建筑已非只有單一用途，因此，對既有的混凝土建筑功能提出了更高的要求。在原有建筑屋面加層的工程實例已層出不窮，而其中尤為突出的就是在既有混凝土結構屋面加建輕鋼結構的工程。該類建筑可以彌補原有混凝土結構中建筑使用過程中的不足，在新建結構中提供較為開闊且自由靈活布置的室內分割要求。正如產科醫院門診綜合樓中，產科手術室的擴建問題，因原有建筑室內分割較小，重新利用不便，故較為理想的方案便是在原有建筑屋面加建具有大空間的輕鋼結構體系；再如酒店建筑，在大空間宴會廳的擴建方案中，由于其獨特的功能要求，原有結構根本無法滿足擴建的需要，故在原有建筑屋面加建具有大空間的輕鋼結構應用而生。

混凝土結構頂層加建輕鋼結構使得頂層的空間布置更加靈活多變，既滿足了現代化的建筑物設計標準，使建筑物盡其用，又符合安全性的結構設計需要。它的實現是現代建筑業發展的新標桿，也是現代建筑的必然要求，該新型結構體系的發展對于我國的建筑業有著舉足輕重的作用[1]。

2 混凝土結構屋面加建輕鋼結構設計現狀

混凝土結構頂層加建輕鋼筋結構是在原有混凝土結構體系的基礎上，于豎向傳力構件（墻、柱）的頂端通過化學植筋的方法將錨栓根植于原有結構內部，將新建的輕型鋼結構體系（門式剛架）通過已有化學植筋與原混凝土體系連接成整體的結構體系。從建筑功能角度出發，該建筑能夠使建筑物的布置空間更加靈活，使得建筑更貼近生活，設計更能符合人的需求；從結構角度出發，該建筑將會使原有結構的受力性能發生變化，具體而言表現在結構的豎向作用計算以及水平方向的地震作用計算當中[2,3]。

由于在現有建筑頂層加建輕鋼結構對已有建筑受力性能產生改變，屬超限結構，故設計時既要求新建輕鋼結構滿足自身計算，又要對原有結構受力性能加以計算分析，使得該加層結構體系計算產生難度。現有設計方法中大多根據新建鋼結構設計計算結果結合已有設計經驗對原有結構進行分析把控或加固處理，以滿足加建的要求。

3 混凝土結構屋面加建輕鋼結構設計注意問題

3.1 注意建筑物的抗震設計

根據建筑物的抗震等級來對建筑物的頂層加建鋼結構進行設計，不同用途的建筑物和不同地域的建筑物的抗震等級都是不同的。同時，新建鋼結構對已有結構體系的抗震性能產生的影響不容忽視，故而對該類建筑物的抗震計算及抗震構造措施要加強。頂層加建輕鋼結構后，結構的整體、質量、剛度與周期都會反生很大變化，故不僅要對新建結構做抗震設計，仍需對原有結構按照現行抗震設計規范做抗震設計。

3.2 注意溫度的控制

原有結構頂層溫度較高，設計中忽視頂層的溫度控制往往會使得頂層加建的鋼結構受到溫度因素的破壞，頂層出現室內墻壁破裂的現象，影響室內的保溫效果，縮短使用壽命，對鋼結構溫度應嚴格控制，減小溫度應力對鋼結構的影響。

3.3 基礎承重的負荷設計

由于加建結構的自重，無形中增加了已有基礎的承載負擔，設計時整體建筑的基礎負荷要低于原有結構基礎設計承載力，避免安全隱患的發生。 可通過復核原有結構圖紙中基礎的設計尺寸、配筋要求等，將原結構以及加建結構總重按照現行規范要求施加于基礎處，復核其承載力。若基礎承載力不足時則需對其加固處理。

3.4 對梁的要求

考慮新建結構與原結構的特殊關系，原有梁的截面寬度不宜小于200mm、高和寬之間的比例不宜大于4；鋼筋要保證其合乎規定，保障梁的剛度，增加抗震性。梁上柱的設計中，梁中線需要跟鋼柱的中線重疊，且梁宜采用雙向布置。新建鋼梁應進行強度、剛度以及穩定性計算，鋼梁截面優先選用H形或工字形截面。

3.5 對柱的要求

在原有柱子上新建鋼柱時，原有混凝土柱子截面高度和寬度都不宜小于300mm、圓柱的直徑要大于350mm、截面的長邊和短邊的比不宜大于3、柱子單側縱向鋼筋配筋率不宜小于0.2%。原有柱上新建鋼柱時，需使兩柱形心重合。新建鋼柱可根據實際情況選用等截面柱或變截面柱，對無吊車的輕鋼結構宜優先選用H形變截面柱，柱截面計算需滿足強度、剛度以及穩定性相關要求，柱頂位移值需滿足h/60的限值，h為柱高。

3.6 連接設計要求

鋼柱柱腳可按要求設計為鉸接和剛接兩類，對無吊車輕鋼結構以鉸接柱腳為宜。鋼柱可通過化學植筋與原有混凝土柱相連，化學植筋作為柱腳錨栓起鉸接作用，錨栓在混凝土柱中的埋置深度應使錨栓的拉力通過其和混凝土之間的黏結力傳遞。鋼柱與鋼梁的連接為剛性連接，連接接點處鋼梁上下翼緣板與鋼柱翼緣采用坡口焊，鋼梁腹板與鋼柱翼緣采用摩擦型高強螺栓連接以形成栓焊剛性連接；梁柱連接也可采用梁端焊接端板與柱翼緣穿螺栓的形式連接。鋼梁于人字形屋脊處連接節點采用剛性連接，連接采用常規的梁端焊接端板，通過端板間的高強螺栓上緊實現屋脊剛接。

4 結 語

在現有混凝土結構頂層加建鋼結構，使整個建筑的靈活性加強，整體性也得到了提升，同時也是現代建筑發展的結果。設計中應充分考慮新建建筑以及原有建筑的計算及構造要求，隨著建筑業的發展，該類結構體系的應用將會普遍存在于建筑物中。

[1]葉曉箐．頂層為門式剛架的多層框架鋼結構設計簡介 [J]．福建建筑 ．2009,(05)．

[2]毛少昭．淺談高層建筑框架結構中梁柱節點的施工技術 [J]．中華民居 ．2010,(11)．

[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,(06)．

Design exploration of light steel structure build on the roof of concrete construction

The functional requirement of the construction of building with each passing day,a new form of structure system application,steel structure build on the roof of concrete construction system．In this paper, the status quo,problems and requirements that need to be paid attention to in the structure system design．Propose the basic requirement of this kind of problem that steel structure build on the roof of concrete construction,providing certain reference basis of this kind of problem in the actual engineering design for the future．

concrete structure；top floor；steel structure；design；requirements

TU375．4

B

1003-8965（2017）01-0091-01