混凝土框架頂層加建鋼結構設計探析

師 卉

(1.太原理工大學，山西 太原 030024; 2.大同煤炭職業(yè)技術學院，山西 大同 037003)

0 引言

大部分現(xiàn)代建筑物尤其是高層建筑頂層都會使用鋼筋對混凝土框架結構進行加固，以提高建筑工程結構的穩(wěn)定性與安全性。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(xiàn)代建筑物建設的可持續(xù)發(fā)展。本文首先對混凝土框架頂層鋼結構進行解釋，其次分析加建工程在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，最后分析混凝土框架頂層加建鋼結構設計的組成部分和設計過程應該注意的事項，希望可以對提升我國加建建筑的安全程度有所幫助。

1 混凝土框架頂層鋼結構

混凝土框架頂層鋼筋結構是一種空間結構，由樓板、梁、柱子和四種基礎承載重量的構件四部分構成的。高層建筑喜歡采用混凝土框架頂層加建鋼結構設計，混凝土框架頂層鋼筋結構設計之所以能夠被廣泛的應用，主要是因為具有以下優(yōu)點：一是能夠節(jié)約用地，提高土地使用效率；二是鋼結構自重較輕，對原結構造成的負荷影響小，防震能力強，不需再單獨加固地基，降低施工成本，減少工程量，縮短工期；三是具有多樣性，能夠發(fā)揮空間優(yōu)勢；四是適用范圍比較廣。

2 我國加建鋼結構工程的現(xiàn)狀

我國技術人員長期從事新建結構設計，對舊房修繕加固現(xiàn)場和技術時間不夠，經(jīng)驗不足的現(xiàn)狀，與世界先進國家相比我國加建工程設計技術存在著一定的差距。房屋改造與修繕工程是指房屋從建成到報廢的全過程中，對房屋進行的維修或改造等活動，混凝土框架頂層加建鋼結構設計為房屋修建和修繕工程提供了必要的技術支持。隨著科學技術水平的不斷提高，我國加建工程發(fā)展迅速，各地都開展了一些舊房挖潛、改造、加建等工程。部分省市甚至將舊房改造工程列入城市規(guī)劃項目中，并出臺一系列的規(guī)章制度。有科技技術的支持，加上國家政策的推動，相信加建工程在我國有很大的發(fā)展空間。

3 混凝土框架頂層加建鋼結構設計的組成部分

3.1 樓板設計

目前一般都是選用澆灌技術對樓板進行設計，并進行鋼結構施工，這種方法不僅可以有效的提升建筑結構整體的牢固性、穩(wěn)定性和安全性，還可以根據(jù)工程的實際情況，靈活處理出現(xiàn)的問題，保證施工的順利進行，確保建筑工程的整體施工質(zhì)量。此外，進行樓板設計時，通常選用的是花紋鋼板或輕型樓板來加建多層，從而減小新增荷載對已有混凝土結構的影響。同時大部分都是選擇輕鋼屋蓋作為屋面，將其自重減小。如若條件許可，可采用組合樓蓋，即壓型鋼板加混凝土現(xiàn)澆，以切實提升整體建筑結構的穩(wěn)固性與安全性。

3.2 梁設計

梁設計環(huán)節(jié)不僅需要結合國際設計標準，還要兼顧實際設計情況，制定合理、科學的鋼構設計。在設計的時候注意以下幾點：首先，要保證梁的截面寬度要大于200 mm，寬度與高度之間的比值不能大于4。其次，梁設計要合理選擇鋼筋材料，保證梁結構具有較強的硬度和抗震能力。最后，在扁梁設計環(huán)節(jié)，一定進行嚴格的計算與設計，保證其結構的合理性與科學性，采用雙向布置結構，保證梁中線和柱中線二者之間要重合，增強建筑工程整體結構的穩(wěn)定性。

3.3 柱設計

柱設計環(huán)節(jié)，必須保證柱的截面要符合設計標準，才可以保證柱設計的合理性與科學性，增強鋼結構的穩(wěn)定性，需要嚴格遵照以下要求進行設計：通常情況下，柱截面的寬度與高度不能小于300 mm，直徑必須大于350 mm，截面短邊與長邊的比值要小于3，柱縱向鋼筋配比要大于0.2%等。此外，對于后加建的鋼柱腳可通過化學螺栓將其植到混凝土中，并且設置抗剪鍵。在具體項目中也存在埋入式柱腳，需要和混凝土一同澆筑。

3.4 基礎承載重量構件設計

基礎承載重量構件一定要結合建筑負荷能力、結構形式和施工狀況等進行設計，保證設計質(zhì)量。如果發(fā)現(xiàn)設計中有不合理、不符合要求的地方，要及時根據(jù)實際情況進行修改，保證建筑工程整體的施工質(zhì)量。

4 混凝土框架頂層加建鋼結構設計中需注意的事項

4.1 建筑物的抗震設計

建筑物的抗震等級與其用途與所處的地域有很大的關系，頂層加建鋼結構進行設計要根據(jù)建筑物實際抗震等級進行設計。例如在地震多發(fā)地、公共區(qū)建筑物和居民住宅等人口密集地的建筑就要加強其抗震等級的設計，以保護人民的生命和財產(chǎn)安全；相反非地震多發(fā)地的建筑物，抗震等級設計就相對弱一些。

4.2 結合實際計算樓板開洞的面積

樓板的開洞設計必須經(jīng)過專業(yè)的計算，樓板的開洞不超過頂層總面積的30%，如果樓板開洞面積在超過30%以上的，我們可以將樓板洞口邊緣節(jié)點設計成彈性節(jié)點，保證樓板的設計符合實際情況，提高混凝土框架頂層加建的鋼結構質(zhì)量。

4.3 混凝土框架頂層設計需要控制好溫度

很多人在混凝土框架頂層設計只注重對抗震措施的設計，而忽視了頂層的溫度控制。如果沒有控制好溫度，會使得頂層加建的鋼結構受到破壞，出現(xiàn)頂層室內(nèi)墻壁破裂的狀況，輕則破壞室內(nèi)的保溫效果，重則縮短建筑物的使用壽命，甚至發(fā)生坍塌事件，嚴重威脅人們生命和財產(chǎn)安全。

4.4 基礎承載重量構件的負荷設計

每一個建筑的基礎承載物重量都有一定的標準，一定要符合實際情況，基礎承載物重量的構件不能超過基礎設計的負荷，保證其能夠承受整體建筑物的負荷，否則就會讓建筑物存在著安全隱患，破壞建筑物的安全性。

4.5 頂層平面圖設計計算要科學

頂層平面設計的計算必須是科學的、合理的。在平面圖的設計時要對空間的布置和設計中的鋼結構的每一項工程，例如：柱子之間的長寬、直徑設計的平面設計、梁、柱子和基礎構件設計都要進行精準的計算，不能出現(xiàn)數(shù)據(jù)上的計算錯誤或者計算數(shù)據(jù)不精的情況，給整個頂層加建鋼結構的工程造成經(jīng)濟損失或者給今后住戶留下安全隱患，威脅人的生命安全。

5 結語

安全問題一直是高層建筑工程建設過程中人們最為關注的話題。加建鋼結構設計在現(xiàn)代建筑行業(yè)中得到了廣泛的應用，推動了建筑行業(yè)的快速發(fā)展。它能夠增強整體建筑的抗震性能力、靈活性和整體性，為人們的生活與工作提供了安全的空間環(huán)境，為保障居民的財產(chǎn)與生命安全做出了巨大的貢獻。為了確保工程的安全，除了在建筑設計過程中要遵循框架設計的原則外，還要嚴格選取施工材料，選擇經(jīng)過專業(yè)培訓的施工隊伍進行施工，同時在建設過程中還要做好必要的監(jiān)督檢查，保證工程建設質(zhì)量，才能保證用戶的安全，促進建筑事業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

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