某框架結構辦公樓鋼結構加層設計

荀士佐，楊 武

1.中國建筑科學研究院，北京 100013

2.北方-漢沙楊建筑工程設計有限公司，北京 100089

1 工程概況

如圖1 所示，某三層鋼筋混凝土框架結構辦公樓（②-⑧/B-L 軸），基礎形式為鋼筋混凝土獨基，各層樓板均為預應力空心樓板，梁柱均為現澆。工程在2000 竣工并投入使用，經過專業(yè)機構檢測，結構安全。

因為單位擴編，原建筑房間數量不夠，需要在原建筑上加層，方案為直接在③-⑧/B-L 軸部位增加二層鋼結構，使建筑的層數由三層變成五層，增設的樓板改為鋼筋混凝土的樓板，建筑的屋面采用130mm 的彩鋼板，加層部分的外墻裝飾選擇玻璃幕墻。

圖1 標準層平面圖

2 結構分析

由于該辦公樓的加層采用鋼結構，所以建立模型和具體的節(jié)點設計采用鋼結構的設計軟件-STS，同時采用有限元分析軟件SATWE 進行結構的驗算和分析。承受的荷載嚴格按照《建筑結構荷載規(guī)范》(GB50009--2012)進行取值。當地的場地類別按照規(guī)范取III 類，設計的地震分組是第一組，當地的抗震設防烈度查規(guī)范為6 度，基本加速度是0.5g，建筑的抗震設防類別是丙類。對于舊有建筑的加層設計，除了要對建筑的承載能力和正常使用極限狀態(tài)進行設計以外，還必須要考慮地基和基礎的強度是否滿足規(guī)范的要求。

2.1 建模計算的簡化

建立模型：

1）對于原有建筑的1-3 層鋼筋混凝土框架結構必須按照實際的使用情況進行布置，包括現有的各種荷載，加層部分則按照鋼框架結構建模，填充墻不用考慮；

2）由于樓梯的剛度很小，在進行加層設計的時候，沒有考慮樓梯間的剛度，建模的時候按照假定的厚度等于零的樓板上去布置樓梯的荷載；

3）對于原有建筑和鋼結構的連接問題，由于原來的屋頂處的鋼筋混凝土的柱子頂部配筋很密，采用植筋這種通行的做法比較困難，考慮實際情況，采用了鋼結構柱子下部鉸接在原混凝土柱子上。對于鋼結構部分，鋼柱和鋼梁之間采用剛接的方式，鋼主梁和鋼次梁之間采用鉸接的的方式；

4）鋼結構加層的地震驗算，還是采用底部剪力放大計算法。

2.2 鋼結構的計算

由于本設計是在舊建筑的構件上直接加層，而舊建筑是鋼筋混凝土框架結構，加層是鋼結構，導致最終結構體系會出現變化，鋼筋混凝土結構的自重和剛度比上部的鋼結構大很多，最終的結構是混合結構的體系，上柔下剛，連接處出現了剛度的變化，為了解決這一問題，在結構的兩端必須增設一定的柱間支撐，目的是增加整個結構的穩(wěn)定性。

如前所述，采用底部剪力系數放大法計算鋼結構加層部分的地震效應和風荷載效應。鋼結構和下部的鋼筋混凝土結構的質量和剛度變化很大，上柔下剛，所以在軟件中發(fā)現高階陣型對于鋼結構的影響很大，會導致鋼結構和鋼筋混凝土結構之間的振動周期不一樣，鋼結構的振動加速度會大于鋼筋混凝土結構。導致出現了很明顯的鞭梢效應。如果按照底部剪力法對抗震進行驗算，其要求各個樓層按照一個自由度設計，但是假設的直線振型往往會忽略高階振型的影響因素，本結構上下部分的質量和剛度變化很大，必須要考慮高階振型的影響，所以按照底部剪力法進行驗算的時候必須要乘以一個動力放大系數。這樣符合實際情況，能夠很好的滿足結構設計的要求。

3 新舊結構之間的連接

3.1 混凝土框架柱與鋼柱的連接

對于本工程而言，鋼筋混凝土和鋼結構之間的連接，設計的關鍵問題是原有結構柱子和新加層的鋼柱之間的連接，為了保證結構的安全，連接必須穩(wěn)定，才能保證傳力。

鋼結構加層部分的柱子、梁、和支撐全部都是強度是Q345 的H 型鋼，如前所述，加層鋼結構中的鋼柱與下部鋼筋混凝土框架柱之間是采用鉸接的形式，這樣，柱腳部分受力合理，只承受軸心力和水平剪力。水平方向的剪力是靠底板與混凝土基礎之間的摩阻力提供。本工程在鋼柱底部設置了墊板和加勁肋，通過植筋的方式與鋼筋混凝土柱頂連接。如圖2 所示。

圖2 柱腳節(jié)點

3.2 樓板與鋼梁的連接

本結構中樓板與鋼梁的連接相對比較簡單，不用按照組合梁的方式連接，只需要做構造連接，不用設抗剪鍵，樓板與鋼梁之間依靠平頭焊接錨栓連接

本工程中混凝土板與鋼梁的連接不考慮組合梁的作用，僅做構造連接，不需要設置抗剪鍵，混凝土板與鋼梁連接節(jié)點用平頭焊接錨栓連接。

4 結論

本工程對框架結構進行加層的設計，得出了重要的結論。新舊結構之間的連接方式是其設計中必須要注意的重點，通過可靠的構造措施，來保證新舊構件之間的連接，使其能夠共同工作，同時在施工的過程中，必須嚴格控制施工的質量，保證結構的安全。

加層鋼結構與原有混凝土結構的剛度相差較大，須重點考慮地震作用效應的影響，加強支撐體系。在既有結構加層中，應注意結構受力體系的改變，加層后的結構設計計算簡圖必須與實際結構及構造相符，應有明確的傳力路線、合理的計算方法和可靠的構造措施。

加層設計中要盡量減少對原有建筑物結構、裝飾的破環(huán)。設計需要與施工密切配合，根據現場實際情況調整設計。同時要注意采用合理的施工技術，加強現場安全文明施工管理，以達到最大程度的保護原結構。

鋼結構加層施工，無需腳手架及大面積施工場地，在鋼構件加工廠制作，現場進行拼接安裝，施工比較方便。

[1]朱炳寅.建筑結構設計問答及分析.中國建筑工業(yè)出版社，2009，1.

[2]胡國璽.淺議輕鋼結構加層中的若干問題.山西建筑，2007，10.

[3]李錦普.多高層混凝土結構鋼結構加層設計與施工問題的研究.建筑技術，2011，10.