荀士佐，楊 武

1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院，北京 100013

2.北方-漢沙楊建筑工程設(shè)計(jì)有限公司，北京 100089

1 工程概況

如圖1 所示，某三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)辦公樓（②-⑧/B-L 軸），基礎(chǔ)形式為鋼筋混凝土獨(dú)基，各層樓板均為預(yù)應(yīng)力空心樓板，梁柱均為現(xiàn)澆。工程在2000 竣工并投入使用，經(jīng)過(guò)專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，結(jié)構(gòu)安全。

因?yàn)閱挝粩U(kuò)編，原建筑房間數(shù)量不夠，需要在原建筑上加層，方案為直接在③-⑧/B-L 軸部位增加二層鋼結(jié)構(gòu)，使建筑的層數(shù)由三層變成五層，增設(shè)的樓板改為鋼筋混凝土的樓板，建筑的屋面采用130mm 的彩鋼板，加層部分的外墻裝飾選擇玻璃幕墻。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

2 結(jié)構(gòu)分析

由于該辦公樓的加層采用鋼結(jié)構(gòu)，所以建立模型和具體的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)采用鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)軟件-STS，同時(shí)采用有限元分析軟件SATWE 進(jìn)行結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算和分析。承受的荷載嚴(yán)格按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009--2012)進(jìn)行取值。當(dāng)?shù)氐膱?chǎng)地類別按照規(guī)范取III 類，設(shè)計(jì)的地震分組是第一組，當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度查規(guī)范為6 度，基本加速度是0.5g，建筑的抗震設(shè)防類別是丙類。對(duì)于舊有建筑的加層設(shè)計(jì)，除了要對(duì)建筑的承載能力和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)以外，還必須要考慮地基和基礎(chǔ)的強(qiáng)度是否滿足規(guī)范的要求。

2.1 建模計(jì)算的簡(jiǎn)化

建立模型：

1）對(duì)于原有建筑的1-3 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)必須按照實(shí)際的使用情況進(jìn)行布置，包括現(xiàn)有的各種荷載，加層部分則按照鋼框架結(jié)構(gòu)建模，填充墻不用考慮；

2）由于樓梯的剛度很小，在進(jìn)行加層設(shè)計(jì)的時(shí)候，沒有考慮樓梯間的剛度，建模的時(shí)候按照假定的厚度等于零的樓板上去布置樓梯的荷載；

3）對(duì)于原有建筑和鋼結(jié)構(gòu)的連接問(wèn)題，由于原來(lái)的屋頂處的鋼筋混凝土的柱子頂部配筋很密，采用植筋這種通行的做法比較困難，考慮實(shí)際情況，采用了鋼結(jié)構(gòu)柱子下部鉸接在原混凝土柱子上。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)部分，鋼柱和鋼梁之間采用剛接的方式，鋼主梁和鋼次梁之間采用鉸接的的方式；

4）鋼結(jié)構(gòu)加層的地震驗(yàn)算，還是采用底部剪力放大計(jì)算法。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算

由于本設(shè)計(jì)是在舊建筑的構(gòu)件上直接加層，而舊建筑是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，加層是鋼結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致最終結(jié)構(gòu)體系會(huì)出現(xiàn)變化，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重和剛度比上部的鋼結(jié)構(gòu)大很多，最終的結(jié)構(gòu)是混合結(jié)構(gòu)的體系，上柔下剛，連接處出現(xiàn)了剛度的變化，為了解決這一問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)的兩端必須增設(shè)一定的柱間支撐，目的是增加整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

如前所述，采用底部剪力系數(shù)放大法計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)加層部分的地震效應(yīng)和風(fēng)荷載效應(yīng)。鋼結(jié)構(gòu)和下部的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度變化很大，上柔下剛，所以在軟件中發(fā)現(xiàn)高階陣型對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的影響很大，會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間的振動(dòng)周期不一樣，鋼結(jié)構(gòu)的振動(dòng)加速度會(huì)大于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。導(dǎo)致出現(xiàn)了很明顯的鞭梢效應(yīng)。如果按照底部剪力法對(duì)抗震進(jìn)行驗(yàn)算，其要求各個(gè)樓層按照一個(gè)自由度設(shè)計(jì)，但是假設(shè)的直線振型往往會(huì)忽略高階振型的影響因素，本結(jié)構(gòu)上下部分的質(zhì)量和剛度變化很大，必須要考慮高階振型的影響，所以按照底部剪力法進(jìn)行驗(yàn)算的時(shí)候必須要乘以一個(gè)動(dòng)力放大系數(shù)。這樣符合實(shí)際情況，能夠很好的滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。

3 新舊結(jié)構(gòu)之間的連接

3.1 混凝土框架柱與鋼柱的連接

對(duì)于本工程而言，鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)之間的連接，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題是原有結(jié)構(gòu)柱子和新加層的鋼柱之間的連接，為了保證結(jié)構(gòu)的安全，連接必須穩(wěn)定，才能保證傳力。

鋼結(jié)構(gòu)加層部分的柱子、梁、和支撐全部都是強(qiáng)度是Q345 的H 型鋼，如前所述，加層鋼結(jié)構(gòu)中的鋼柱與下部鋼筋混凝土框架柱之間是采用鉸接的形式，這樣，柱腳部分受力合理，只承受軸心力和水平剪力。水平方向的剪力是靠底板與混凝土基礎(chǔ)之間的摩阻力提供。本工程在鋼柱底部設(shè)置了墊板和加勁肋，通過(guò)植筋的方式與鋼筋混凝土柱頂連接。如圖2 所示。

圖2 柱腳節(jié)點(diǎn)

3.2 樓板與鋼梁的連接

本結(jié)構(gòu)中樓板與鋼梁的連接相對(duì)比較簡(jiǎn)單，不用按照組合梁的方式連接，只需要做構(gòu)造連接，不用設(shè)抗剪鍵，樓板與鋼梁之間依靠平頭焊接錨栓連接

本工程中混凝土板與鋼梁的連接不考慮組合梁的作用，僅做構(gòu)造連接，不需要設(shè)置抗剪鍵，混凝土板與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)用平頭焊接錨栓連接。

4 結(jié)論

本工程對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加層的設(shè)計(jì)，得出了重要的結(jié)論。新舊結(jié)構(gòu)之間的連接方式是其設(shè)計(jì)中必須要注意的重點(diǎn)，通過(guò)可靠的構(gòu)造措施，來(lái)保證新舊構(gòu)件之間的連接，使其能夠共同工作，同時(shí)在施工的過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制施工的質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)的安全。

加層鋼結(jié)構(gòu)與原有混凝土結(jié)構(gòu)的剛度相差較大，須重點(diǎn)考慮地震作用效應(yīng)的影響，加強(qiáng)支撐體系。在既有結(jié)構(gòu)加層中，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)受力體系的改變，加層后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)圖必須與實(shí)際結(jié)構(gòu)及構(gòu)造相符，應(yīng)有明確的傳力路線、合理的計(jì)算方法和可靠的構(gòu)造措施。

加層設(shè)計(jì)中要盡量減少對(duì)原有建筑物結(jié)構(gòu)、裝飾的破環(huán)。設(shè)計(jì)需要與施工密切配合，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整設(shè)計(jì)。同時(shí)要注意采用合理的施工技術(shù)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工管理，以達(dá)到最大程度的保護(hù)原結(jié)構(gòu)。

鋼結(jié)構(gòu)加層施工，無(wú)需腳手架及大面積施工場(chǎng)地，在鋼構(gòu)件加工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接安裝，施工比較方便。

[1]朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)答及分析.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009，1.

[2]胡國(guó)璽.淺議輕鋼結(jié)構(gòu)加層中的若干問(wèn)題.山西建筑，2007，10.

[3]李錦普.多高層混凝土結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)加層設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題的研究.建筑技術(shù)，2011，10.