輕鋼結(jié)構(gòu)加層構(gòu)造設(shè)計(jì)要求探討

鄧家勤

摘 要 輕鋼結(jié)構(gòu)加層，是當(dāng)前較為常見的施工項(xiàng)目。由于其具有實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，在建筑行業(yè)得到了較為廣泛的運(yùn)用。文章將對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)加層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)的探討，包括建筑設(shè)計(jì)的要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求等各方面。

關(guān)鍵詞 輕鋼結(jié)構(gòu)；建筑設(shè)計(jì)要求；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

隨著城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，城市發(fā)展越來越迅速，人口日益增多，這就直接造成了城市建設(shè)用地日趨緊張。輕鋼結(jié)構(gòu)作為建筑結(jié)構(gòu)的一種形式，在建筑領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，而在建筑用地日趨緊張的背景下，鋼結(jié)構(gòu)建筑的加層改造，已經(jīng)成為一項(xiàng)新興的且具有廣泛應(yīng)用前景的產(chǎn)業(yè)。而輕鋼加層結(jié)構(gòu)的房屋施工周期短，工程造價(jià)低，對(duì)原用戶干擾較小等特點(diǎn)，使這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。房屋加層后必然增加了原有地基、基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)的荷載，而加層部分承重結(jié)構(gòu)采用輕鋼結(jié)構(gòu)，因此，在設(shè)計(jì)上必須要采用科學(xué)的方案，才能保證建筑的安全和性能。

1.建筑設(shè)計(jì)要求

一般而言，輕鋼結(jié)構(gòu)加層就是直接在舊房主體結(jié)構(gòu)上直接加高，在完成加層之后，所有的荷載都由舊房基礎(chǔ)、墻、柱等承擔(dān)的形式。由于增加的建筑的載荷，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮到建筑的安全性，也就是在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要注意加層部分對(duì)原建筑物的影響，形象的說，就是要“錦上添花”，而不可“畫蛇添足”。具體地講要注意以下幾個(gè)方面：

（1）平面布置。對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)加層而言，設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要保證平面圖上軸線的標(biāo)注、分格大小盡可能的與原圖一致。比如說，房間的隔墻需要盡可能的落在原建筑物的梁的位置。，又如對(duì)一切如廁所、開水間、空調(diào)機(jī)房等，有上、下水管道的房間，就需要盡可能的保持在同一平面位置，同時(shí)還需要盡量減少管路的敷設(shè)，防止一切不必要的滲漏事件。

（2）立面及外裝修。從實(shí)際的工程來看，輕鋼結(jié)構(gòu)加層的特點(diǎn)，要求其必須對(duì)立面及外裝修有充分的重視。具體來說，就是要保證立面和外裝修與原建筑相呼應(yīng)，在加層的檐高設(shè)計(jì)要求上，不僅要滿足室內(nèi)凈空要求，同時(shí)還必須滿足城市規(guī)劃部門對(duì)城市規(guī)劃限高的要求。此外，立面造型和外裝修也需要盡可能的與原建筑保持一致，假如原建筑有貼面磚、帶形鋁合金窗，那么加層也盡量要有，如果需要把原來的貼面磚剔除掉，那就需要對(duì)整個(gè)立面進(jìn)行重新裝修，以保證加層后的效果更好。

（3）材料選擇。為了保證加層的質(zhì)量，就需要對(duì)加層材料的選擇進(jìn)行嚴(yán)格的控制，必須要優(yōu)先選用輕質(zhì)材料，比如說外墻采用泰柏板、吊頂一般采用石膏板、吸音板等輕質(zhì)材料、內(nèi)墻采用輕鋼龍骨石膏板、防火墻采用加氣混凝土塊。

從當(dāng)前的建筑市場(chǎng)上看，隔熱保溫夾心板和彩色壓型鋼板，是當(dāng)前輕質(zhì)屋面材料使用較多的。隔熱保溫夾心板的主要特點(diǎn)是集承重、防水、保溫、裝飾于一體，從實(shí)用性和觀賞性來看，都是一種比較理想的屋面材料，其設(shè)計(jì)坡度應(yīng)在l／20（含）以上。因?yàn)閵A心板的心材的燃燒性能等級(jí)較低，無法滿足構(gòu)件耐火時(shí)間的要求，所以在防火要求較高的建筑中，是不能使用的。

壓型金屬板屋面的保溫分為兩種，即上保溫和下保溫。

所謂的上保溫屋面，主要是指保溫材料在壓型鋼板上面。他的一個(gè)鮮明的特點(diǎn)就是需另做防水層。從材料的選擇上看，保溫材料通常選擇加氣混凝土、聚苯混凝土、陶粒混凝土等相對(duì)輕質(zhì)材料，而防水通常會(huì)采用三元乙丙等卷材?？傮w來說看，這種屋面形式較傳統(tǒng)材料相對(duì)較輕，同時(shí)對(duì)形成異型屋面也是比較適合的。

下保溫則是指保溫材料在壓型板下面，壓型鋼板充當(dāng)防水層。從使用效果上看，，只要構(gòu)造上處理好了，這種防水層是比較有效、耐久的。通常情況下，保溫層鋪設(shè)在檁條和屋面板之間，當(dāng)然由于結(jié)構(gòu)和需要的不同，也有保溫直接做在吊頂板上的。如果是后者，那壓型鋼板下表面不做保溫，等于管道在保溫層之外，在寒冷地區(qū)這種辦法不太適合。總體而言，加層的特點(diǎn)是使加層的痕跡越少越好，應(yīng)有天衣無縫、巧奪天工之妙。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

一般來說，直接增層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分兩個(gè)部分，加層部分和原結(jié)構(gòu)驗(yàn)算部分。

2.1 查明現(xiàn)狀是改造工程的最重要的環(huán)節(jié)

如果設(shè)計(jì)或者施工單位對(duì)在原始資料不熟悉，基本情況不清，那就必須尋找對(duì)策，一般而言加層工程必須從查明現(xiàn)狀入手：

（1）在建設(shè)單位支持下，從檔案中搜集有利用價(jià)值的圖紙；

（2）訪問原設(shè)計(jì)單位、施工人員及基建當(dāng)事人獲得一些口頭線索；

（3）組織對(duì)舊建筑物的平、立、剖現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪掌握第一手資料；

（4）組織對(duì)現(xiàn)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)考察，證實(shí)地基無明顯下沉，結(jié)構(gòu)無明顯位移，構(gòu)件基本完好。

一般來說，最簡(jiǎn)易、直接的方法，就是充分利用如設(shè)計(jì)圖、竣工圖、原始記錄等舊建筑物現(xiàn)存的技術(shù)資料，不過如果收集到的資料不詳，那就需要通過現(xiàn)場(chǎng)查勘觀察、測(cè)量勘探、試驗(yàn)等對(duì)現(xiàn)有建筑進(jìn)行鑒定，再取得足夠的資料后再研究具體實(shí)施方案。

對(duì)設(shè)計(jì)而言，挖掘原結(jié)構(gòu)潛力是研究實(shí)施方案首先應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)，一般來說新立結(jié)構(gòu)支承體系的前提是，在采取改變結(jié)構(gòu)支承狀態(tài)，將超負(fù)荷構(gòu)件之內(nèi)應(yīng)力轉(zhuǎn)移到有潛力的構(gòu)件上的情況下，當(dāng)然，也可以將強(qiáng)度不足的構(gòu)件如基礎(chǔ)、梁、柱、板進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)增層擴(kuò)建方案整體結(jié)構(gòu)合理、潛力利用最充分、最經(jīng)濟(jì)易行的效果。由于增層工程需要在原建筑物上增加活荷載、靜荷載，不過我們可設(shè)法減至最低限度。比如說加載，我們可人為調(diào)整房間功能將活荷載大的增層房間移至首層或者其他部位。對(duì)靜荷載，可將非增層部分的砌體先換成輕質(zhì)砌體，以抵消新增的靜載，即“先減后加”。

2.2 加層部分的結(jié)構(gòu)布置

在加層結(jié)構(gòu)的布置的設(shè)計(jì)上，必須要有明確的計(jì)算模型，合理的傳力路線，可靠可行的構(gòu)造措施。同時(shí)，還必須要保證有合理的剛度和強(qiáng)度分布，嚴(yán)防豎向剛度突變。尤其是要格外注意不能下剛上柔，以避免產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或者塑性變形集中。

在設(shè)計(jì)師，一定要保證柱網(wǎng)布置與原結(jié)構(gòu)一致，如果有特殊需要，不能落到原結(jié)構(gòu)柱上時(shí)，那就需要放到主梁上。不過，就需要對(duì)該主梁需進(jìn)行更嚴(yán)格的計(jì)算，如果無法滿足要求，那就需要進(jìn)一步的采取提前加固措施，具體來說，就是要從結(jié)構(gòu)布置角度出發(fā)，設(shè)置多道抗震防線，以防止部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力。

2.3 鋼框架與原結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)

在設(shè)計(jì)時(shí)，鋼框架與原結(jié)構(gòu)的連接通常是按鉸接處理。盡管實(shí)際情況為彈性嵌固，不過從力學(xué)角度來看，這種彈性嵌固結(jié)點(diǎn)對(duì)按鉸接計(jì)算的框架更為安全的，當(dāng)然，由于目前對(duì)彈性嵌固的程度系數(shù)的確定，尚未有一個(gè)有效的辦法。所以，通常仍按鉸接計(jì)算。因?yàn)榧訉釉O(shè)計(jì)的柱腳是與原結(jié)構(gòu)的主要聯(lián)接，所以，設(shè)計(jì)人員一定要充分考慮原結(jié)構(gòu)的復(fù)雜情況，也就是一定要保證設(shè)計(jì)方案的適應(yīng)性和可操作性。對(duì)加層結(jié)構(gòu)而言，柱腳至關(guān)重要，從構(gòu)造上，要盡可能的保證牢固一些，剛性強(qiáng)一些。所以，完成鋼結(jié)構(gòu)安裝后，需要沿墻打一道圈梁，這道圈梁可以增加柱腳的穩(wěn)定性及剛度，另外也可以防止雨水落地時(shí)飛濺到輕質(zhì)墻體上。

2.4 原結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

對(duì)加層設(shè)計(jì)而言，原結(jié)構(gòu)驗(yàn)算是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。進(jìn)行原結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，首先得查看原結(jié)構(gòu)圖紙，掌握該樓施工情況，包括原施工單位工人素質(zhì)、變更和洽商情況等待，如果有需要的話，還應(yīng)對(duì)原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。假如原結(jié)構(gòu)及加層設(shè)計(jì)是同一個(gè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行的，那可以參考原計(jì)算書的情況。然而，通常來說，加層都是若干年以后的事情，設(shè)計(jì)也不一定是同一個(gè)人。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算書保密的，外借的可能性不大，所以，原結(jié)構(gòu)通常就由加層設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)圖紙和現(xiàn)行規(guī)范來完成。

在施工期間，不要輕易對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，所有工地的變更必須征得結(jié)構(gòu)工程師的同意。如果經(jīng)過相關(guān)的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)的某些部位或者地基需進(jìn)行加固的，就需要根據(jù)工程的需要重新設(shè)計(jì)加固方案。結(jié)構(gòu)加固的辦法多種多樣，如粘貼鋼板、增加構(gòu)件斷面，或者是在構(gòu)件跨中增加支撐，減小計(jì)算跨度。

3.結(jié)語

輕鋼加層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是對(duì)原建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行的加工，對(duì)整個(gè)建筑的承載力和結(jié)構(gòu)都有直接的影響，對(duì)建筑的穩(wěn)定性和使用性能也有直接的影響，因此設(shè)計(jì)人員需要對(duì)原建筑工程進(jìn)行細(xì)致的了解，并根據(jù)需要確定科學(xué)有效的設(shè)計(jì)方案，保證設(shè)計(jì)的合理性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 盧曉明. 大型鋼結(jié)構(gòu)棧橋吊裝設(shè)計(jì)[J]. 工程與建設(shè)，2007（05）.

[2] 何林，肖承波，吳體. 某工程加層部分的安全性鑒定[J]. 四川建筑科學(xué)研究，2003（02）

[3] 郭士雄，李國(guó)強(qiáng). 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)ANSYS的二次開發(fā)[J]. 四川建筑科學(xué)研究，2005（02）.