混凝土結(jié)構(gòu)屋頂加建輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計探索

胡志明岳鈺杰范志燕

(1甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 蘭州 730050；2甘肅西苑勘察規(guī)劃設(shè)計有限公司，甘肅 慶陽 745000)

混凝土結(jié)構(gòu)屋頂加建輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計探索

胡志明1岳鈺杰2范志燕2

(1甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 蘭州 730050；2甘肅西苑勘察規(guī)劃設(shè)計有限公司，甘肅 慶陽 745000)

建筑業(yè)中關(guān)于建筑的功能要求日新月異，一種新形式的結(jié)構(gòu)體系應用而生，即混凝土結(jié)構(gòu)屋面加建輕鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系。本文就該類結(jié)構(gòu)體系的產(chǎn)生、現(xiàn)狀、設(shè)計中需要注意的問題及要求加以探討。提出關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)屋面加建輕鋼結(jié)構(gòu)這類問題的基本要求，為今后該類問題在實際工程中的設(shè)計提供一定的參考依據(jù)。

混凝土結(jié)構(gòu)；屋頂；輕鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計；要求

1 引 言

我國現(xiàn)有多高層結(jié)構(gòu)大多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)屋面加建輕鋼結(jié)構(gòu)的工程。該類建筑可以彌補原有混凝土結(jié)構(gòu)中建筑使用過程中的不足，在新建結(jié)構(gòu)中提供較為開闊且自由靈活布置的室內(nèi)分割要求。正如產(chǎn)科醫(yī)院門診綜合樓中，產(chǎn)科手術(shù)室的擴建問題，因原有建筑室內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)應用而生。

混凝土結(jié)構(gòu)頂層加建輕鋼結(jié)構(gòu)使得頂層的空間布置更加靈活多變，既滿足了現(xiàn)代化的建筑物設(shè)計標準，使建筑物盡其用，又符合安全性的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要。它的實現(xiàn)是現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展的新標桿，也是現(xiàn)代建筑的必然要求，該新型結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展對于我國的建筑業(yè)有著舉足輕重的作用[1]。

2 混凝土結(jié)構(gòu)屋面加建輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀

混凝土結(jié)構(gòu)頂層加建輕鋼筋結(jié)構(gòu)是在原有混凝土結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，于豎向傳力構(gòu)件（墻、柱）的頂端通過化學植筋的方法將錨栓根植于原有結(jié)構(gòu)內(nèi)部，將新建的輕型鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系。從建筑功能角度出發(fā)，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(shè)計更能符合人的需求；從結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，該建筑將會使原有結(jié)構(gòu)的受力性能發(fā)生變化，具體而言表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)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(xiàn)有建筑頂層加建輕鋼結(jié)構(gòu)對已有建筑受力性能產(chǎn)生改變，屬超限結(jié)構(gòu)，故設(shè)計時既要求新建輕鋼結(jié)構(gòu)滿足自身計算，又要對原有結(jié)構(gòu)受力性能加以計算分析，使得該加層結(jié)構(gòu)體系計算產(chǎn)生難度。現(xiàn)有設(shè)計方法中大多根據(jù)新建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計算結(jié)果結(jié)合已有設(shè)計經(jīng)驗對原有結(jié)構(gòu)進行分析把控或加固處理，以滿足加建的要求。

3 混凝土結(jié)構(gòu)屋面加建輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計注意問題

3.1 注意建筑物的抗震設(shè)計

根據(jù)建筑物的抗震等級來對建筑物的頂層加建鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)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(jié)構(gòu)對已有結(jié)構(gòu)體系的抗震性能產(chǎn)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(gòu)造措施要加強。頂層加建輕鋼結(jié)構(gòu)后，結(jié)構(gòu)的整體、質(zhì)量、剛度與周期都會反生很大變化，故不僅要對新建結(jié)構(gòu)做抗震設(shè)計，仍需對原有結(jié)構(gòu)按照現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范做抗震設(shè)計。

3.2 注意溫度的控制

原有結(jié)構(gòu)頂層溫度較高，設(shè)計中忽視頂層的溫度控制往往會使得頂層加建的鋼結(jié)構(gòu)受到溫度因素的破壞，頂層出現(xiàn)室內(nèi)墻壁破裂的現(xiàn)象，影響室內(nèi)的保溫效果，縮短使用壽命，對鋼結(jié)構(gòu)溫度應嚴格控制，減小溫度應力對鋼結(jié)構(gòu)的影響。

3.3 基礎(chǔ)承重的負荷設(shè)計

由于加建結(jié)構(gòu)的自重，無形中增加了已有基礎(chǔ)的承載負擔，設(shè)計時整體建筑的基礎(chǔ)負荷要低于原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計承載力，避免安全隱患的發(fā)生。 可通過復核原有結(jié)構(gòu)圖紙中基礎(chǔ)的設(shè)計尺寸、配筋要求等，將原結(jié)構(gòu)以及加建結(jié)構(gòu)總重按照現(xiàn)行規(guī)范要求施加于基礎(chǔ)處，復核其承載力。若基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的特殊關(guān)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(guī)定，保障梁的剛度，增加抗震性。梁上柱的設(shè)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(wěn)定性計算，鋼梁截面優(yōu)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(cè)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(jù)實際情況選用等截面柱或變截面柱，對無吊車的輕鋼結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先選用H形變截面柱，柱截面計算需滿足強度、剛度以及穩(wěn)定性相關(guān)要求，柱頂位移值需滿足h/60的限值，h為柱高。

3.6 連接設(shè)計要求

鋼柱柱腳可按要求設(shè)計為鉸接和剛接兩類，對無吊車輕鋼結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)點采用剛性連接，連接采用常規(guī)的梁端焊接端板，通過端板間的高強螺栓上緊實現(xiàn)屋脊剛接。

4 結(jié) 語

在現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)頂層加建鋼結(jié)構(gòu)，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(xiàn)代建筑發(fā)展的結(jié)果。設(shè)計中應充分考慮新建建筑以及原有建筑的計算及構(gòu)造要求，隨著建筑業(yè)的發(fā)展，該類結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計簡介 [J]．福建建筑 ．2009,(05)．

[2]毛少昭．淺談高層建筑框架結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點的施工技術(shù) [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(jié)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