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【摘要】当前社会的经济技术飞速发展，许多已建建筑物已渐渐不能适应社会发展的需要，需要进行改造甚至扩建。
【关键词】钢结构加层；设计；探讨
【中图分类号】TU392.2【文献标识码】A【文章编号】1005-1074(2009)05-0248-01
当前社会的经济技术飞速发展，许多已建建筑物已渐渐不能适应社会发展的需要，需要进行改造甚至扩建。但城市中的用地越来越紧张，且用地成本高昂。于是，在原建筑物上加层，以扩大建筑物的使用面积，成为了一种相对经济又可行的选择。
1加层结构设计所涉及的内容比较多，但最重要的有以下几项
1.1对原建筑屋面板承载能力的校核由于除了屋顶花园等特殊情况外，屋面的活荷载一般都小于改造后房间的楼面活荷载。如果，改造前后的活荷载差值太大，不足以用拆除原屋面保温防水层等卸荷方式来抵消，则原屋面板很可能不满足设计要求，需要重新设计加固。
1.2上部结构承载能力校核由于不论原建筑是砖混结构或是混凝土结构，加层房屋的荷载最终还是要通过原建筑的柱、墙等承重结构承担。而加层的结构如果荷载过大，如锅炉房，舞厅等，容易超过原建筑物柱或墙的承载能力，所以必须进行认真复核，保证安全。
1.3抗震设计校核由于加层使建筑物高度、总质量、自震周期等参数改变，加层后在地震力作用下建筑物的位移及构件的内力势必发生变化，且极有可能超过允许值。简单的将加层结构单独计算，将原建筑物屋面看成是地面，忽略原建筑物顶部在地震力作用下的位移，及其对加层结构的影响，则计算结果将偏不安全。
1.4地基及基础校核由于加层后，建筑的总质量增加。造成基础的反力增加，及基底反力不均。可能引起原基础的承载力不足，及建筑的不均匀沉降。
2从使用的结构材料来分，一般的加层结构可分成以下两类。
2.1钢筋混凝土结构加层加层楼盖采用钢筋混凝土框架形式，加层部分的柱钢筋采用植筋的方式植入原有建筑物的柱内，其它梁、板、柱按一般框架结构做法施工。这种方法施工简便，新旧结构能协调工作。缺点是自重大，原有建筑柱和基础的承载力验算较难满足。此外，新旧结构的连接节点较难处理。
2.2钢结构加层方式加层主体承重结构采用刚架或钢框架结构，屋面板采用压型钢板、钢板或混凝土板。加层部分的钢柱脚通过植入原混凝土柱顶的钢筋或化学锚栓与原结构连接。由于钢结构的自重相对混凝土结构轻，新加层结构的柱底内力比较小，容易满足承载力要求。此外，钢柱脚可做成铰接，所以植入原结构内的钢筋或化学锚栓比较少，施工比较方便。而且钢结构构件大部分都在工厂加工后再运至工地组装，施工质量有保证，遇到在高层建筑上加层时，这点尤为重要。钢结构加层的缺点是，造价相对较高，且新老建筑的结构整体性较差。
3工程实例
某大厦共23层，框架剪力墙结构，基础为桩基础。大厦标准层平面尺寸为27mX24m，到22层时，大厦长方向两边各缩进4.0m，宽度方向各缩进6.8m。建设方要求在21层的屋面一角增加一锅炉房。锅炉房共2层，一层为架空层层高2.2米（用来检修屋面上的管线），二层层高4.2米。
设计时起先考虑采用钢筋混凝土框架结构，尽量利用原建筑屋面的柱头起框架柱。故锅炉房的平面柱网轴线尺寸定为4.0mX6.8m，锅炉房四角各立一框架柱（其中一根利用原建筑柱）。但由于建设方考虑大厦位于市中心，且高度较高，所以商品混凝土运输困难，而如果现场搅拌，则影响大厦的正常运作。所以要求尽量减少混凝土用量。而且，由于原柱顶的钢筋较密集，大量植钢筋施工难度较大。综合考虑了场地的特殊性和施工难度，决定加层采用钢框架结构，钢柱与钢梁均与原框架柱铰接。每个柱脚下植入两根锚栓，钢梁与原柱子连接处植化学螺栓。这样既大大减轻了加层结构的自重，并且新老结构连接处的节点施工难度也大大降低。同时考虑到地震力作用时，错层钢筋混凝土楼板平面内刚度对大楼的不利影响，故楼板采用钢平台板的做法。即采用4mm厚花纹钢板，板下焊加劲肋，板上浇筑30mm厚细石混凝土面层。屋面原考虑使用彩钢屋面板，但考虑到大楼顶部风荷载较大，而彩钢板的耐久性相对较差。一旦彩钢板出现局部锈蚀或遇上台风等恶劣天气，屋面板容易被大风撕裂吹下大厦，相当危险。所以，最后参考大型屋面板的安装方法。即先用槽钢焊接成大小不等的长方形钢框子，一般为2~3米长，1~2米宽。然后，把4mm厚花纹钢板（板下焊加劲肋）焊接至钢框上，形成钢屋面板框。然后将屋面板框的三个角分别焊接至钢梁上。屋面板框间的缝隙用防水油膏填实，钢板上再做建筑的防水保温层。这样既减弱了楼板的平面内刚度，又进一步的减轻了结构自重。
最后，经验算，结构承载力满足要求。只是在钢梁与原混凝土柱连接处，混凝土柱需要包裹碳纤维，以满足抗震规范柱端钢筋加密的要求。
通过对加层结构设计所涉及内容的分析，并且对比了钢筋混凝土结构加层与钢结构加层方式的优缺点，再通过工程实例，探讨了在特定环境下，既满足结构承载力要求，又能减少对周围环境影响、降低施工难度的一种比较合理的高层建筑物加层设计方法。
【关键词】钢结构加层；设计；探讨
【中图分类号】TU392.2【文献标识码】A【文章编号】1005-1074(2009)05-0248-01
当前社会的经济技术飞速发展，许多已建建筑物已渐渐不能适应社会发展的需要，需要进行改造甚至扩建。但城市中的用地越来越紧张，且用地成本高昂。于是，在原建筑物上加层，以扩大建筑物的使用面积，成为了一种相对经济又可行的选择。
1加层结构设计所涉及的内容比较多，但最重要的有以下几项
1.1对原建筑屋面板承载能力的校核由于除了屋顶花园等特殊情况外，屋面的活荷载一般都小于改造后房间的楼面活荷载。如果，改造前后的活荷载差值太大，不足以用拆除原屋面保温防水层等卸荷方式来抵消，则原屋面板很可能不满足设计要求，需要重新设计加固。
1.2上部结构承载能力校核由于不论原建筑是砖混结构或是混凝土结构，加层房屋的荷载最终还是要通过原建筑的柱、墙等承重结构承担。而加层的结构如果荷载过大，如锅炉房，舞厅等，容易超过原建筑物柱或墙的承载能力，所以必须进行认真复核，保证安全。
1.3抗震设计校核由于加层使建筑物高度、总质量、自震周期等参数改变，加层后在地震力作用下建筑物的位移及构件的内力势必发生变化，且极有可能超过允许值。简单的将加层结构单独计算，将原建筑物屋面看成是地面，忽略原建筑物顶部在地震力作用下的位移，及其对加层结构的影响，则计算结果将偏不安全。
1.4地基及基础校核由于加层后，建筑的总质量增加。造成基础的反力增加，及基底反力不均。可能引起原基础的承载力不足，及建筑的不均匀沉降。
2从使用的结构材料来分，一般的加层结构可分成以下两类。
2.1钢筋混凝土结构加层加层楼盖采用钢筋混凝土框架形式，加层部分的柱钢筋采用植筋的方式植入原有建筑物的柱内，其它梁、板、柱按一般框架结构做法施工。这种方法施工简便，新旧结构能协调工作。缺点是自重大，原有建筑柱和基础的承载力验算较难满足。此外，新旧结构的连接节点较难处理。
2.2钢结构加层方式加层主体承重结构采用刚架或钢框架结构，屋面板采用压型钢板、钢板或混凝土板。加层部分的钢柱脚通过植入原混凝土柱顶的钢筋或化学锚栓与原结构连接。由于钢结构的自重相对混凝土结构轻，新加层结构的柱底内力比较小，容易满足承载力要求。此外，钢柱脚可做成铰接，所以植入原结构内的钢筋或化学锚栓比较少，施工比较方便。而且钢结构构件大部分都在工厂加工后再运至工地组装，施工质量有保证，遇到在高层建筑上加层时，这点尤为重要。钢结构加层的缺点是，造价相对较高，且新老建筑的结构整体性较差。
3工程实例
某大厦共23层，框架剪力墙结构，基础为桩基础。大厦标准层平面尺寸为27mX24m，到22层时，大厦长方向两边各缩进4.0m，宽度方向各缩进6.8m。建设方要求在21层的屋面一角增加一锅炉房。锅炉房共2层，一层为架空层层高2.2米（用来检修屋面上的管线），二层层高4.2米。
设计时起先考虑采用钢筋混凝土框架结构，尽量利用原建筑屋面的柱头起框架柱。故锅炉房的平面柱网轴线尺寸定为4.0mX6.8m，锅炉房四角各立一框架柱（其中一根利用原建筑柱）。但由于建设方考虑大厦位于市中心，且高度较高，所以商品混凝土运输困难，而如果现场搅拌，则影响大厦的正常运作。所以要求尽量减少混凝土用量。而且，由于原柱顶的钢筋较密集，大量植钢筋施工难度较大。综合考虑了场地的特殊性和施工难度，决定加层采用钢框架结构，钢柱与钢梁均与原框架柱铰接。每个柱脚下植入两根锚栓，钢梁与原柱子连接处植化学螺栓。这样既大大减轻了加层结构的自重，并且新老结构连接处的节点施工难度也大大降低。同时考虑到地震力作用时，错层钢筋混凝土楼板平面内刚度对大楼的不利影响，故楼板采用钢平台板的做法。即采用4mm厚花纹钢板，板下焊加劲肋，板上浇筑30mm厚细石混凝土面层。屋面原考虑使用彩钢屋面板，但考虑到大楼顶部风荷载较大，而彩钢板的耐久性相对较差。一旦彩钢板出现局部锈蚀或遇上台风等恶劣天气，屋面板容易被大风撕裂吹下大厦，相当危险。所以，最后参考大型屋面板的安装方法。即先用槽钢焊接成大小不等的长方形钢框子，一般为2~3米长，1~2米宽。然后，把4mm厚花纹钢板（板下焊加劲肋）焊接至钢框上，形成钢屋面板框。然后将屋面板框的三个角分别焊接至钢梁上。屋面板框间的缝隙用防水油膏填实，钢板上再做建筑的防水保温层。这样既减弱了楼板的平面内刚度，又进一步的减轻了结构自重。
最后，经验算，结构承载力满足要求。只是在钢梁与原混凝土柱连接处，混凝土柱需要包裹碳纤维，以满足抗震规范柱端钢筋加密的要求。
通过对加层结构设计所涉及内容的分析，并且对比了钢筋混凝土结构加层与钢结构加层方式的优缺点，再通过工程实例，探讨了在特定环境下，既满足结构承载力要求，又能减少对周围环境影响、降低施工难度的一种比较合理的高层建筑物加层设计方法。