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混凝土框架顶层加建钢结构设计分析

发表时间：2021/5/28 来源：《基层建设》2021年第2期作者：刘爱义

[导读] 摘要：在建筑工程中，为了能够增强建筑的抗震性，会在混凝土框架顶层加建钢结构。

        寿光建设集团山东寿光 262700
        摘要：在建筑工程中，为了能够增强建筑的抗震性，会在混凝土框架顶层加建钢结构。这一做法在我国建筑行业中已经成为了一项十分重要的工作。本文立足于混凝土框架顶层加建钢结构的现状，对加建钢结构设计的多个方面进行了简单的分析，以期能够起到参考作用。
        关键词：钢结构设计；混凝土框架；加建
        0引言
        混凝土是当前建筑中的必备材料之一，混凝土框架也是常见的结构类型之一，其稳固性是保证施工建筑质量的重要因素。当前的高层建筑中，大多会选择以钢结构的方式加建，从而达到提升建筑物的安全性与稳定性的目的。保证建筑物的质量，也是对居民生命与财产负责的体现。在混凝土框架顶层加建钢结构需要科学的设计研究，保证混凝土框架的稳定，为建筑企业可持续发展奠定基础。
        1混凝土框架顶层加建钢结构现状
        实际上，我国建筑行业虽然在不断发展，并且还取得了不错的成就，但是在钢结构加建这一方面尚处于起步阶段，有许多工作都没有做到位，所以在此方面取得的成效也不是很明显。即使如此，我们国家也尚未放弃，一直致力于发展加建工程，目前，已经在广州、贵阳、上海等地区将旧房改造工程列入到了城市规划项目中，并且还相应的出台了一些政策，发布了一些文件。这也意味着我国建筑工程中混凝土框架顶层加建钢结构有了更深的发展空间。除此之外，我国近几年发生了几次地震，对人们的生活和经济造成了很大的损失，所以，在提高建筑稳定性这一方面国家也是十分重视，为混凝土框架顶层加建钢结构提供了良好的契机。尤其是在一些地震多发的地区，实行混凝土框架顶层加建钢结构这种建筑措施已经成为了一大主流，并且覆盖面积也在逐渐加大。由此看来，当下我国混凝土框架顶层加建钢结构的发展形势一片大好。
        2混凝土框架顶层加建钢结构设计注意事项
        2.1注意抗震设计
        在对建筑物进行施工之前，必须要做的一项工作就是抗震设计，在混凝土框架顶层加建钢结构必须注意的一点就是要根据建筑物的抗震等级来对其实际施工进行设计。比如在四川这处地震频发的地区，就必须提高抗震等级设计，在人流量较大的公共场所也要适当的增加抗震设计。
        2.2温度控制
        当下，我们根据实际调查了解到建筑行业已经对混凝土框架顶层加建钢结构的抗震设计有了一定的重视，尤其是在近些年。但是在混凝土框架顶层加建钢结构的设计中却忽视了温度的重要性。由于加建的钢结构都在室外，很容易受到自然因素的侵害，顶层很容易出现墙壁破裂的现象。对于温度的控制一方面能够保证室内温度的恒定，提高室内保温效果，另一方面也能够延长建筑物使用寿命，所以，在对建筑混凝土框架顶层加建钢结构的设计中必须要将温度这一要素考虑在内。
        2.3层平面图设计计算合理
        混凝土框架顶层加建钢结构实际动工之前，必须要设计相应的顶层平面设计图。而设计图需要考虑到的不仅仅是顶层空间的大小，还需要考虑到顶层空间的布置。所以，为了能够保证加建钢结构的顺利进行，必须要对钢结构每一项工作进行细致的安排，对所需物品、空间等进行精确的测量。否则失去了精确地计算数据，很可能就会使得建筑物的寿命减少，影响人们的正常使用，更甚至出现人身安全问题。
        3混凝土框架顶层加建钢结构的优点与不足
        混凝土框架顶层加建钢结构具备这样几方面优点：节约土地，提高土地面积的使用效率，增加使用空间及功能，缩短建设工期；因为钢结构的特征减少了原有的结构荷载量，同时也省去了一些加固措施，降低了原有的成本；由于钢结构的材质特征，可以更加有效地利用有限的空间，不需要过多的考虑建筑环境的影响；钢结构的适应性也较强，各个领域的建筑都可以应用这种混凝土框架顶层加建钢结构的工程。

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当然，其也存在着一些缺点：会使得整个建筑整体稳定程度降低，同时也会相应的降低建筑的抗震能力；耐久度和抗腐蚀度降低，同时防火性能也相对较差，在保养和维护的方面可能需要花费比较高的成本；钢结构加建之后，对整体结构受力存在影响，可能需对原混凝土结构进行加固处理，同样也需增加相应的成本，因此存在着一定的不足。
        4混凝土框架顶层加建钢结构设计的具体内容
        4.1楼板的设计
        在进行设计楼板的时候，为减轻新增加荷载对已有混凝土结构的影响，加建多层时采用轻型楼板或花纹钢板，屋面多采用轻钢屋盖，以减轻自重。条件允许情况下，也可采用组合楼盖，即压型钢板加混凝土现浇。在采用此种方式进行钢结构施工的时候，可以有效提高建筑结构整体的稳定性、牢固性与安全性。
        4.2钢梁的设计
        在进行钢梁设计的时候，一定要结合国家设计规范及法规与实际设计情况，制定合理、科学的钢结构设计要求。主框架梁可选用H型钢截面钢梁、口型钢截面钢梁，次梁可选择槽钢、轧制或焊H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20～1/50之间选择。
        4.3钢柱的设计
        一般钢结构加盖层的柱设计，柱脚衔接形式包含钻孔衔接法和“U”型箍衔接法。而钻孔衔接法是把过渡钢板插进原本的砼柱头钻孔内，利用锚固钢筋完成焊接，且对其实施锚固和钢结构柱的设置。该种方法施工可以减小工作难度，但稳定性和耐久性将受到影响。钢柱中的钢筋，能采用强度较高的主筋，先加热主筋，再在底板打孔的部位和底板展开焊接，通过细骨料砼进行找平，衔接钢柱底板和钢板。该种衔接形式的主要不足是，不能保障其防震性能。“U”型箍衔接法，使用钢柱低端的“U”型箍衔接钢柱和底板，一般加盖范围很小时较为合适。砼框架顶层加盖钢结构的柱设计，应当综合分析原结构和加盖要求，再选择柱脚衔接方法。例如，若某工程的原砼框架4层，加盖钢结构是2层，采取正方形箱型截面。框架间的贯通形式是框架大底盘，以防震缝为各个单体结构间的隔断。假如该建筑防震设防烈度是7度，地震分组是第二组，现场类型是Ⅱ类，层高6米。考量到加盖以后，结构质量和刚度顺着垂直方向会出现明显改变，加盖层将会出现鞭梢效应。两层加盖层会导致鞭梢效应非常明显，由于要保证原结构和加盖结构间的协同性，能够采取砼外包式柱脚。以框架设计系统PKPM创建SATWE“4+2”总体计算模型，运算柱脚内力和变形状况。能够按照建筑标准检验其柱脚的防弯承载性能公式Mu=fy•As•αd来计算。其中，αd表示内力比修正参数；As表示纵筋面积；fy表示纵筋防拉压强度设计值。
        4.4建模分析计算
        加建工程通常在混凝土框架已建成并投入使用中，原设计通常未考虑加建钢结构荷载，故对原混凝土框架结构及加建部分整体建模分析计算是有必要的，评估加建部分对原结构的影响，并提供合理的加建方案，必要时还应对原结构采取相应加固措施，以确保整个工程安全、经济、合理。
        5结束语
        综上所述，加建工程近些年发展迅速，为城市化建设做出突出的贡献。混凝土框架顶层加建钢结构工程的设计需要将混凝土柱与轻钢屋盖的弯矩、剪力等详细计算，注重节点连接，以提高顶层加建工程质量。
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