混凝土框架頂層加建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

師 卉

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024; 2.大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)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(huì)使用鋼筋對(duì)混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，以提高建筑工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。因此，一定要加強(qiáng)對(duì)混凝土框架頂層加建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，促進(jìn)現(xiàn)代建筑物建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。本文首先對(duì)混凝土框架頂層鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋，其次分析加建工程在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后分析混凝土框架頂層加建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的組成部分和設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)該注意的事項(xiàng)，希望可以對(duì)提升我國(guó)加建建筑的安全程度有所幫助。

1 混凝土框架頂層鋼結(jié)構(gòu)

混凝土框架頂層鋼筋結(jié)構(gòu)是一種空間結(jié)構(gòu)，由樓板、梁、柱子和四種基礎(chǔ)承載重量的構(gòu)件四部分構(gòu)成的。高層建筑喜歡采用混凝土框架頂層加建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，混凝土框架頂層鋼筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之所以能夠被廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)榫哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：一是能夠節(jié)約用地，提高土地使用效率；二是鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，對(duì)原結(jié)構(gòu)造成的負(fù)荷影響小，防震能力強(qiáng)，不需再單獨(dú)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(shì)；四是適用范圍比較廣。

2 我國(guó)加建鋼結(jié)構(gòu)工程的現(xiàn)狀

我國(guó)技術(shù)人員長(zhǎng)期從事新建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)舊房修繕加固現(xiàn)場(chǎng)和技術(shù)時(shí)間不夠，經(jīng)驗(yàn)不足的現(xiàn)狀，與世界先進(jìn)國(guó)家相比我國(guó)加建工程設(shè)計(jì)技術(shù)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(bào)廢的全過(guò)程中，對(duì)房屋進(jìn)行的維修或改造等活動(dòng)，混凝土框架頂層加建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為房屋修建和修繕工程提供了必要的技術(shù)支持。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)加建工程發(fā)展迅速，各地都開(kāi)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(xiàng)目中，并出臺(tái)一系列的規(guī)章制度。有科技技術(shù)的支持，加上國(guó)家政策的推動(dòng)，相信加建工程在我國(guó)有很大的發(fā)展空間。

3 混凝土框架頂層加建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的組成部分

3.1 樓板設(shè)計(jì)

目前一般都是選用澆灌技術(shù)對(duì)樓板進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工，這種方法不僅可以有效的提升建筑結(jié)構(gòu)整體的牢固性、穩(wěn)定性和安全性，還可以根據(jù)工程的實(shí)際情況，靈活處理出現(xiàn)的問(wèn)題，保證施工的順利進(jìn)行，確保建筑工程的整體施工質(zhì)量。此外，進(jìn)行樓板設(shè)計(jì)時(shí)，通常選用的是花紋鋼板或輕型樓板來(lái)加建多層，從而減小新增荷載對(duì)已有混凝土結(jié)構(gòu)的影響。同時(shí)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(shí)提升整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與安全性。

3.2 梁設(shè)計(jì)

梁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)不僅需要結(jié)合國(guó)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，還要兼顧實(shí)際設(shè)計(jì)情況，制定合理、科學(xué)的鋼構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候注意以下幾點(diǎn)：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(shè)計(jì)要合理選擇鋼筋材料，保證梁結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的硬度和抗震能力。最后，在扁梁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，一定進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算與設(shè)計(jì)，保證其結(jié)構(gòu)的合理性與科學(xué)性，采用雙向布置結(jié)構(gòu)，保證梁中線和柱中線二者之間要重合，增強(qiáng)建筑工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.3 柱設(shè)計(jì)

柱設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，必須保證柱的截面要符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，才可以保證柱設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要嚴(yán)格遵照以下要求進(jìn)行設(shè)計(jì)：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(zhǎng)邊的比值要小于3，柱縱向鋼筋配比要大于0.2%等。此外，對(duì)于后加建的鋼柱腳可通過(guò)化學(xué)螺栓將其植到混凝土中，并且設(shè)置抗剪鍵。在具體項(xiàng)目中也存在埋入式柱腳，需要和混凝土一同澆筑。

3.4 基礎(chǔ)承載重量構(gòu)件設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)承載重量構(gòu)件一定要結(jié)合建筑負(fù)荷能力、結(jié)構(gòu)形式和施工狀況等進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中有不合理、不符合要求的地方，要及時(shí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需注意的事項(xiàng)

4.1 建筑物的抗震設(shè)計(jì)

建筑物的抗震等級(jí)與其用途與所處的地域有很大的關(guān)系，頂層加建鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)要根據(jù)建筑物實(shí)際抗震等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(qiáng)其抗震等級(jí)的設(shè)計(jì)，以保護(hù)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全；相反非地震多發(fā)地的建筑物，抗震等級(jí)設(shè)計(jì)就相對(duì)弱一些。

4.2 結(jié)合實(shí)際計(jì)算樓板開(kāi)洞的面積

樓板的開(kāi)洞設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)專業(yè)的計(jì)算，樓板的開(kāi)洞不超過(guò)頂層總面積的30%，如果樓板開(kāi)洞面積在超過(guò)30%以上的，我們可以將樓板洞口邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)成彈性節(jié)點(diǎn)，保證樓板的設(shè)計(jì)符合實(shí)際情況，提高混凝土框架頂層加建的鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

4.3 混凝土框架頂層設(shè)計(jì)需要控制好溫度

很多人在混凝土框架頂層設(shè)計(jì)只注重對(duì)抗震措施的設(shè)計(jì)，而忽視了頂層的溫度控制。如果沒(méi)有控制好溫度，會(huì)使得頂層加建的鋼結(jié)構(gòu)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(yán)重威脅人們生命和財(cái)產(chǎn)安全。

4.4 基礎(chǔ)承載重量構(gòu)件的負(fù)荷設(shè)計(jì)

每一個(gè)建筑的基礎(chǔ)承載物重量都有一定的標(biāo)準(zhǔn)，一定要符合實(shí)際情況，基礎(chǔ)承載物重量的構(gòu)件不能超過(guò)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的負(fù)荷，保證其能夠承受整體建筑物的負(fù)荷，否則就會(huì)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(shè)計(jì)計(jì)算要科學(xué)

頂層平面設(shè)計(jì)的計(jì)算必須是科學(xué)的、合理的。在平面圖的設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)空間的布置和設(shè)計(jì)中的鋼結(jié)構(gòu)的每一項(xiàng)工程，例如：柱子之間的長(zhǎng)寬、直徑設(shè)計(jì)的平面設(shè)計(jì)、梁、柱子和基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計(jì)都要進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算，不能出現(xiàn)數(shù)據(jù)上的計(jì)算錯(cuò)誤或者計(jì)算數(shù)據(jù)不精的情況，給整個(gè)頂層加建鋼結(jié)構(gòu)的工程造成經(jīng)濟(jì)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(jié)語(yǔ)

安全問(wèn)題一直是高層建筑工程建設(shè)過(guò)程中人們最為關(guān)注的話題。加建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)了建筑行業(yè)的快速發(fā)展。它能夠增強(qiáng)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(cái)產(chǎn)與生命安全做出了巨大的貢獻(xiàn)。為了確保工程的安全，除了在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵循框架設(shè)計(jì)的原則外，還要嚴(yán)格選取施工材料，選擇經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的施工隊(duì)伍進(jìn)行施工，同時(shí)在建設(shè)過(guò)程中還要做好必要的監(jiān)督檢查，保證工程建設(shè)質(zhì)量，才能保證用戶的安全，促進(jìn)建筑事業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

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