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加層輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，不只進(jìn)行輕型鋼結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計(jì)，還應(yīng)考慮因加層所引起原建筑物構(gòu)件內(nèi)力變化，以及使用功能變化。本文論述了加層輕型鋼結(jié)構(gòu)對屋頂板、承重結(jié)構(gòu)、地基及基礎(chǔ)、抗震設(shè)計(jì)、消防通道及消防設(shè)施、施工荷載等項(xiàng)校核；同時(shí)對原建筑物結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀評估、履行建筑設(shè)計(jì)審批程序、設(shè)計(jì)任務(wù)委托等問題提出見解?！?br /> [關(guān)鍵詞]　加層輕鋼結(jié)構(gòu)　　整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　　消防設(shè)施校核　　結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀評估　　設(shè)計(jì)審批程序

    當(dāng)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(jié)構(gòu)，以擴(kuò)大原建筑物的使用面積，在新疆地區(qū)加層輕型鋼結(jié)構(gòu)為數(shù)不少，個(gè)別建設(shè)單位認(rèn)為輕型鋼結(jié)構(gòu)較輕，在原建筑物上加層輕型鋼結(jié)構(gòu)不會對安全產(chǎn)生影響，這種認(rèn)識不全面也無根據(jù)，是否有影響必須經(jīng)過具體設(shè)計(jì)才能有科學(xué)判斷。
    所謂輕型鋼結(jié)構(gòu)是相對重型鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)而言，并不等于沒有重量，其影響程度除取決于增加輕型鋼結(jié)構(gòu)層數(shù)及使用功能外，還取決于原建筑物層數(shù)、結(jié)構(gòu)形式、建造年限、原建筑物功能、周圍環(huán)境影響等因素。
    總之，很難概括什么結(jié)構(gòu)可以加層，什么結(jié)構(gòu)不可加層，只能對具體工程做具體建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、消防設(shè)計(jì)、設(shè)備負(fù)荷設(shè)計(jì)，遵照相關(guān)規(guī)范或規(guī)程將加層與原建筑做為整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。
    任何一個(gè)建筑物都關(guān)系到人身安全和財(cái)產(chǎn)安全，對加層輕型鋼結(jié)構(gòu)要慎重，避免造成不必要的損失，我們認(rèn)為所有加層輕型鋼結(jié)構(gòu)工程必須認(rèn)真進(jìn)行以下各種校核。
    1 建筑物結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀評定
    首先了解建造年限、結(jié)構(gòu)外觀風(fēng)化程度、基礎(chǔ)堿蝕程度，尤其是磚混結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀要認(rèn)真的逐條軸線進(jìn)行檢查，特別是新疆地區(qū)，地下水硫酸鹽成份含量較高，對建筑物有較強(qiáng)腐蝕性，不僅對原建筑物地上墻體有腐蝕性，對地下基礎(chǔ)也有較強(qiáng)腐蝕性，一定要認(rèn)真做出全面評定，判定原建筑承載能力削弱程度。不僅外觀檢查要做定性評定，混凝土結(jié)構(gòu)還要對板、梁、柱混凝土實(shí)際標(biāo)號進(jìn)行檢測，做出定量評定，給結(jié)構(gòu)校核提供實(shí)際的材料強(qiáng)度依據(jù)。
    2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qū)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(xiàn)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?nèi)，原來不上人屋頂板變?yōu)闃菍影?，原建筑物屋頂板承載能力一般不能滿足樓層板使用要求。如果加層后做為會議室、圖書閱覽室、文娛活動室之類的用途，原屋頂板承載能力可能相差甚遠(yuǎn)。此外還應(yīng)詳細(xì)了解加層輕型鋼結(jié)構(gòu)的施工方案，屋頂是否
    有較重堆載的可能，應(yīng)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(jié)構(gòu)承載能力校核
    原建筑物不論是混凝土結(jié)構(gòu)還是磚混結(jié)構(gòu)，均沿柱網(wǎng)或軸線設(shè)置一定數(shù)量的柱子或墻體，其恒載、活載、風(fēng)載、地震荷載由原承重結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)，而加層輕型鋼結(jié)構(gòu)，為發(fā)揮其結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)往往做成大柱網(wǎng)，甚至做成門式剛架結(jié)構(gòu)，將加層的所有荷載由少量邊柱或外墻承擔(dān)，尤其在新疆高寒地區(qū)雪載、風(fēng)載都很大，有的地區(qū)抗震設(shè)防烈度也很高，加層后對原建筑物邊柱或外墻產(chǎn)生的內(nèi)力超過原建筑物承載能力，所以必須進(jìn)行認(rèn)真校核，保證結(jié)構(gòu)安全。
    2.3 抗震設(shè)計(jì)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(yīng)改變，構(gòu)件內(nèi)力相應(yīng)增加，應(yīng)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(shè)計(jì)，有些設(shè)計(jì)單位簡單的將加層輕型鋼結(jié)構(gòu)單獨(dú)計(jì)算，而且邊界條件當(dāng)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(jié)構(gòu)的內(nèi)力，對于在高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上加層輕型鋼結(jié)構(gòu)，還應(yīng)考慮剛度突變對構(gòu)件內(nèi)力的影響，尤其在抗震設(shè)防烈度較高地區(qū)加層輕型鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，必須要與原建筑整體計(jì)算。
    2.4 地基及基礎(chǔ)校核
    原建筑勘察深度、地基處理方案、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，是根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)形式，建造層數(shù)確定的，當(dāng)加層后增加原建筑物總高度及總質(zhì)量，即加大原基礎(chǔ)反力，首先應(yīng)校核原基礎(chǔ)寬度和基礎(chǔ)配筋是否滿足建筑物加層后的基礎(chǔ)要求。有時(shí)基礎(chǔ)寬度和配筋雖然能滿足建筑物加層后的要求，但由于基礎(chǔ)壓力增大，對地基影響深度加深，有時(shí)會影響到基礎(chǔ)下面軟弱下臥層，有時(shí)持力層滿足要求，軟弱下臥層卻不滿足，尤其在沿海地區(qū)許多城市地質(zhì)上存在軟弱下臥層，應(yīng)引起足夠重視。原建筑各軸線基礎(chǔ)寬度及配筋各不相同，其目的是使各基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)或建筑裝飾產(chǎn)生裂縫。
    當(dāng)加層后可能導(dǎo)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(jié)構(gòu)或建筑裝飾產(chǎn)生裂縫，在沿海軟土地基區(qū)域更要引起重視。
    3 建筑設(shè)計(jì)校核
    消防通道設(shè)計(jì)是建筑消防設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，直接關(guān)系到失火時(shí)建筑物內(nèi)人員能否在短時(shí)間內(nèi)順利撤離，保證建筑物內(nèi)人員的生命安全，消防通道總寬度是根據(jù)建筑物層數(shù)、使用功能、使用人數(shù)，依據(jù)“建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范”或“高層民用建筑防火規(guī)范”設(shè)計(jì)確定。
    建筑物加層后，首先是使用人數(shù)增多，應(yīng)校核原建筑物消防通道寬度及布置是否滿足加層后的要求，如果是加層后改變了原建筑物使用功能，應(yīng)以新的功能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核，比如原建筑物是倉庫或辦公樓，加層后變?yōu)閵蕵穲鏊驎h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(shè)計(jì)使用的規(guī)范也不同，由“建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范”設(shè)計(jì)，改用“高層民用建筑防火規(guī)范”校核，這是一項(xiàng)十分重要的校核項(xiàng)目。
    4 消防設(shè)施校核
    當(dāng)加層后建筑物總面積加大，總高度增高應(yīng)校核原消防設(shè)施是否滿足加層后建筑物的要求，比如原消防管道直徑，消防泵揚(yáng)程，消防儲水池容量等，必須認(rèn)真校核，是關(guān)系到人身生命和財(cái)產(chǎn)安全的大事。
    5 施工校核
    在原建筑物上加層輕型鋼結(jié)構(gòu)，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(gòu)件或墻體的安全度。為此，除對加層輕型鋼結(jié)構(gòu)及原建筑物進(jìn)行全面設(shè)計(jì)與校核外，還應(yīng)對原建筑物進(jìn)行施工設(shè)計(jì)與校核，比如加層輕型鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)剔鑿后，對原建筑物屋面梁的支座長度有影響，梁的錨固鋼筋被暴露，受拉鋼筋錨固長度減少。尤其是鋼筋混凝土框架梁和柱為剛接，當(dāng)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。加層后原來的屋頂變?yōu)闃菍?，樓梯要接建，接建樓梯時(shí)必然要揭開原屋頂?shù)牟糠治菝姘?，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(jié)構(gòu)安全。
    6 履行建筑設(shè)計(jì)審批程序
    由于原建筑物層數(shù)增加，首先應(yīng)交消防部門審核消防通道和消防設(shè)施，其次是規(guī)劃部門審核加層后與周圍建筑物之間的間距是否滿足規(guī)劃間距要求，是否會因加層使前樓對后樓遮擋，影響后樓采光，尤其周圍是商品房，因前樓加高改為了業(yè)主購房時(shí)周圍環(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，加層后做為娛樂場所，因晚上活動時(shí)間較長，干擾周圍居民，可能引起糾紛。所以建設(shè)單位擬在原建筑物上加層輕型鋼結(jié)構(gòu)必須經(jīng)過審批程序，設(shè)計(jì)單位最好是初步設(shè)計(jì)審批后再進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)。
    7 設(shè)計(jì)任務(wù)委托
    要取得以上校核項(xiàng)目的原始資料，最好委托建筑物原設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，只有原設(shè)計(jì)單位，才能擁有原建筑物的地勘資料、計(jì)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、毫無根據(jù)的加層會給整體建筑物留下極大安全隱患。對于建設(shè)單位可能不了解設(shè)計(jì)程序，對盲目加層帶來的不良后果估計(jì)不足，所以設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)把設(shè)計(jì)關(guān)，對將來使用者人身安全及財(cái)產(chǎn)安全負(fù)責(zé)。
    工作中經(jīng)常遇到，擬加層輕型鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)單位委托輕型鋼結(jié)構(gòu)專項(xiàng)設(shè)計(jì)資質(zhì)的單位設(shè)計(jì)，我們認(rèn)為輕型鋼結(jié)構(gòu)專項(xiàng)資質(zhì)設(shè)計(jì)單位難以勝任，首先很難取得校核所需全套資料。也沒有多專業(yè)綜合設(shè)計(jì)能力，更不具備建筑、設(shè)備、消防的設(shè)計(jì)資質(zhì)。只顧加層輕型鋼結(jié)構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不做全面校核則不能保證建筑物整體安全。
    8 結(jié)語
    不論是建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、消防及建設(shè)審批機(jī)構(gòu)應(yīng)各負(fù)其責(zé)，在保證建筑物及人身安全的前題下做好加層輕型鋼結(jié)構(gòu)工程每一環(huán)節(jié)，有科學(xué)依據(jù)的擴(kuò)大建筑面積。
    以上所提校核及相關(guān)問題可能有不妥之處，愿與業(yè)內(nèi)人士共同探討，使加層輕型鋼結(jié)構(gòu)工程更加科學(xué)與安全。
    參考文獻(xiàn)
    1.GB　50009－2001　　　　　　建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范
    2.GB　50007－2002　　　　　　建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范
    3.GB　50011－2001　　　　　　建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范
    4.GB　50003－2001　　　　　　砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范
    5.GBJ16－87（2001年版）　　　建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范
    6.GBJ50045－95（2001年版）　高層民用建筑防火規(guī)范
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