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加層輕型鋼結構設計探討

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    楊鳳第

    [摘　要]　在原建筑物上加層輕型鋼結構，不只進(jìn)行輕型鋼結構本身的設計，還應考慮因加層所引起原建筑物構件內力變化，以及使用功能變化。本文論述了加層輕型鋼結構對屋頂板、承重結構、地基及基礎、抗震設計、消防通道及消防設施、施工荷載等項校核；同時(shí)對原建筑物結構現狀評估、履行建筑設計審批程序、設計任務(wù)委托等問(wèn)題提出見(jiàn)解?！?br /> [關(guān)鍵詞]　加層輕鋼結構　　整體結構設計　　消防設施校核　　結構現狀評估　　設計審批程序

    當前普遍存在城市用地緊張，于是產(chǎn)生了在原建筑物上加層輕型鋼結構，以擴大原建筑物的使用面積，在新疆地區加層輕型鋼結構為數不少，個(gè)別建設單位認為輕型鋼結構較輕，在原建筑物上加層輕型鋼結構不會(huì )對安全產(chǎn)生影響，這種認識不全面也無(wú)根據，是否有影響必須經(jīng)過(guò)具體設計才能有科學(xué)判斷。
    所謂輕型鋼結構是相對重型鋼結構、鋼筋混凝土結構、磚混結構而言，并不等于沒(méi)有重量，其影響程度除取決于增加輕型鋼結構層數及使用功能外，還取決于原建筑物層數、結構形式、建造年限、原建筑物功能、周?chē)h(huán)境影響等因素。
    總之，很難概括什么結構可以加層，什么結構不可加層，只能對具體工程做具體建筑設計、結構設計、消防設計、設備負荷設計，遵照相關(guān)規范或規程將加層與原建筑做為整體進(jìn)行設計。
    任何一個(gè)建筑物都關(guān)系到人身安全和財產(chǎn)安全，對加層輕型鋼結構要慎重，避免造成不必要的損失，我們認為所有加層輕型鋼結構工程必須認真進(jìn)行以下各種校核。
    1 建筑物結構現狀評定
    首先了解建造年限、結構外觀(guān)風(fēng)化程度、基礎堿蝕程度，尤其是磚混結構現狀要認真的逐條軸線(xiàn)進(jìn)行檢查，特別是新疆地區，地下水硫酸鹽成份含量較高，對建筑物有較強腐蝕性，不僅對原建筑物地上墻體有腐蝕性，對地下基礎也有較強腐蝕性，一定要認真做出全面評定，判定原建筑承載能力削弱程度。不僅外觀(guān)檢查要做定性評定，混凝土結構還要對板、梁、柱混凝土實(shí)際標號進(jìn)行檢測，做出定量評定，給結構校核提供實(shí)際的材料強度依據。
    2 結構設計校核
    2.1 屋頂板承載能力校核
    原建筑物屋頂板只承受自重、保溫層、防水層等恒載，以及使用活荷載與雪載中較大的荷載。除屋頂花園、上人屋頂、高寒地區雪載外，一般雪荷載均小于不上人屋頂荷載，其屋頂予制板允許荷載等級一般低于樓層予制板允許荷載等級，現澆屋頂板其配筋量也低于樓層板。
    加層后將其屋頂變?yōu)槭覂?，原?lái)不上人屋頂板變?yōu)闃菍影?，原建筑物屋頂板承載能力一般不能滿(mǎn)足樓層板使用要求。如果加層后做為會(huì )議室、圖書(shū)閱覽室、文娛活動(dòng)室之類(lèi)的用途，原屋頂板承載能力可能相差甚遠。此外還應詳細了解加層輕型鋼結構的施工方案，屋頂是否
    有較重堆載的可能，應限制施工時(shí)較重堆載及沖擊荷載對屋頂板的影響。
    2.2 承重結構承載能力校核
    原建筑物不論是混凝土結構還是磚混結構，均沿柱網(wǎng)或軸線(xiàn)設置一定數量的柱子或墻體，其恒載、活載、風(fēng)載、地震荷載由原承重結構共同承擔，而加層輕型鋼結構，為發(fā)揮其結構優(yōu)點(diǎn)往往做成大柱網(wǎng)，甚至做成門(mén)式剛架結構，將加層的所有荷載由少量邊柱或外墻承擔，尤其在新疆高寒地區雪載、風(fēng)載都很大，有的地區抗震設防烈度也很高，加層后對原建筑物邊柱或外墻產(chǎn)生的內力超過(guò)原建筑物承載能力，所以必須進(jìn)行認真校核，保證結構安全。
    2.3 抗震設計校核
    由于加層使建筑物高度及總質(zhì)量增加，所以原建筑物的振型、周期都有相應改變，構件內力相應增加，應將加層部分與原建筑物做為一個(gè)整體建筑進(jìn)行抗震設計，有些設計單位簡(jiǎn)單的將加層輕型鋼結構單獨計算，而且邊界條件當做地面建筑，假定為固端，忽略了原建筑物頂部在地震力作用下的位移，影響上部加層鋼結構的內力，對于在高層鋼筋混凝土結構上加層輕型鋼結構，還應考慮剛度突變對構件內力的影響，尤其在抗震設防烈度較高地區加層輕型鋼結構的內力，必須要與原建筑整體計算。
    2.4 地基及基礎校核
    原建筑勘察深度、地基處理方案、基礎設計方案，是根據建筑物結構形式，建造層數確定的，當加層后增加原建筑物總高度及總質(zhì)量，即加大原基礎反力，首先應校核原基礎寬度和基礎配筋是否滿(mǎn)足建筑物加層后的基礎要求。有時(shí)基礎寬度和配筋雖然能滿(mǎn)足建筑物加層后的要求，但由于基礎壓力增大，對地基影響深度加深，有時(shí)會(huì )影響到基礎下面軟弱下臥層，有時(shí)持力層滿(mǎn)足要求，軟弱下臥層卻不滿(mǎn)足，尤其在沿海地區許多城市地質(zhì)上存在軟弱下臥層，應引起足夠重視。原建筑各軸線(xiàn)基礎寬度及配筋各不相同，其目的是使各基礎對地基產(chǎn)生的壓力接近，保證房屋均勻沉降，不至于使上部承重結構或建筑裝飾產(chǎn)生裂縫。
    當加層后可能導致原建筑物基底反力不均，使得沉降不均，可能使原建筑物承重結構或建筑裝飾產(chǎn)生裂縫，在沿海軟土地基區域更要引起重視。
    3 建筑設計校核
    消防通道設計是建筑消防設計的主要內容，直接關(guān)系到失火時(shí)建筑物內人員能否在短時(shí)間內順利撤離，保證建筑物內人員的生命安全，消防通道總寬度是根據建筑物層數、使用功能、使用人數，依據“建筑設計防火規范”或“高層民用建筑防火規范”設計確定。
    建筑物加層后，首先是使用人數增多，應校核原建筑物消防通道寬度及布置是否滿(mǎn)足加層后的要求，如果是加層后改變了原建筑物使用功能，應以新的功能標準進(jìn)行校核，比如原建筑物是倉庫或辦公樓，加層后變?yōu)閵蕵?lè )場(chǎng)所或會(huì )議室，原建筑物是非易燃品倉庫加層后變?yōu)橐兹计穫}庫，原建筑物耐火等級可能不滿(mǎn)足新的功能要求。有時(shí)原建筑物加層后，因建筑物總高度增加，可能由多層建筑變?yōu)楦邔咏ㄖ?，消防設計使用的規范也不同，由“建筑設計防火規范”設計，改用“高層民用建筑防火規范”校核，這是一項十分重要的校核項目。
    4 消防設施校核
    當加層后建筑物總面積加大，總高度增高應校核原消防設施是否滿(mǎn)足加層后建筑物的要求，比如原消防管道直徑，消防泵揚程，消防儲水池容量等，必須認真校核，是關(guān)系到人身生命和財產(chǎn)安全的大事。
    5 施工校核
    在原建筑物上加層輕型鋼結構，施工時(shí)遵守的原則就是：不能因加層施工而降低原建筑物所有構件或墻體的安全度。為此，除對加層輕型鋼結構及原建筑物進(jìn)行全面設計與校核外，還應對原建筑物進(jìn)行施工設計與校核，比如加層輕型鋼結構在原建筑物上的錨固必然要對原建筑物剔鑿，放置埋件或錨栓，磚混結構剔鑿后，對原建筑物屋面梁的支座長(cháng)度有影響，梁的錨固鋼筋被暴露，受拉鋼筋錨固長(cháng)度減少。尤其是鋼筋混凝土框架梁和柱為剛接，當剔鑿后梁和柱變?yōu)殂q接，加大了梁的跨中彎矩，受力狀態(tài)發(fā)生變化，必須進(jìn)行校核。加層后原來(lái)的屋頂變?yōu)闃菍?，樓梯要接建，接建樓梯時(shí)必然要揭開(kāi)原屋頂的部分屋面板，接建樓梯的錨固對原建筑物的影響，一定要慎重校核，保證結構安全。
    6 履行建筑設計審批程序
    由于原建筑物層數增加，首先應交消防部門(mén)審核消防通道和消防設施，其次是規劃部門(mén)審核加層后與周?chē)ㄖ镏g的間距是否滿(mǎn)足規劃間距要求，是否會(huì )因加層使前樓對后樓遮擋，影響后樓采光，尤其周?chē)巧唐贩?，因前樓加高改為了業(yè)主購房時(shí)周?chē)h(huán)境，通常是不允許的，有時(shí)加層后可能不存在遮擋和采光問(wèn)題，但加層后可能改變了建筑物的功能，比如原建筑物為辦公樓，加層后做為娛樂(lè )場(chǎng)所，因晚上活動(dòng)時(shí)間較長(cháng)，干擾周?chē)用?，可能引起糾紛。所以建設單位擬在原建筑物上加層輕型鋼結構必須經(jīng)過(guò)審批程序，設計單位最好是初步設計審批后再進(jìn)行施工圖設計。
    7 設計任務(wù)委托
    要取得以上校核項目的原始資料，最好委托建筑物原設計單位設計，只有原設計單位，才能擁有原建筑物的地勘資料、計算資料、全套施工圖紙以及施工中變更資料。對于建造年限較久，且原始資料已丟失的建筑物，如果盲目的、毫無(wú)根據的加層會(huì )給整體建筑物留下極大安全隱患。對于建設單位可能不了解設計程序，對盲目加層帶來(lái)的不良后果估計不足，所以設計人員必須嚴把設計關(guān)，對將來(lái)使用者人身安全及財產(chǎn)安全負責。
    工作中經(jīng)常遇到，擬加層輕型鋼結構的建設單位委托輕型鋼結構專(zhuān)項設計資質(zhì)的單位設計，我們認為輕型鋼結構專(zhuān)項資質(zhì)設計單位難以勝任，首先很難取得校核所需全套資料。也沒(méi)有多專(zhuān)業(yè)綜合設計能力，更不具備建筑、設備、消防的設計資質(zhì)。只顧加層輕型鋼結構本身的結構設計，不做全面校核則不能保證建筑物整體安全。
    8 結語(yǔ)
    不論是建設單位、設計單位、施工單位、消防及建設審批機構應各負其責，在保證建筑物及人身安全的前題下做好加層輕型鋼結構工程每一環(huán)節，有科學(xué)依據的擴大建筑面積。
    以上所提校核及相關(guān)問(wèn)題可能有不妥之處，愿與業(yè)內人士共同探討，使加層輕型鋼結構工程更加科學(xué)與安全。
    參考文獻
    1.GB　50009－2001　　　　　　建筑結構荷載規范
    2.GB　50007－2002　　　　　　建筑地基基礎設計規范
    3.GB　50011－2001　　　　　　建筑抗震設計規范
    4.GB　50003－2001　　　　　　砌體結構設計規范
    5.GBJ16－87（2001年版）　　　建筑設計防火規范
    6.GBJ50045－95（2001年版）　高層民用建筑防火規范
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