混凝土结构屋顶加建轻钢结构设计探索

胡志明岳钰杰范志燕

(1甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050；2甘肃西苑勘察规划设计有限公司，甘肃 庆阳 745000)

混凝土结构屋顶加建轻钢结构设计探索

胡志明1岳钰杰2范志燕2

(1甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050；2甘肃西苑勘察规划设计有限公司，甘肃 庆阳 745000)

建筑业中关于建筑的功能要求日新月异，一种新形式的结构体系应用而生，即混凝土结构屋面加建轻钢结构的结构体系。本文就该类结构体系的产生、现状、设计中需要注意的问题及要求加以探讨。提出关于混凝土结构屋面加建轻钢结构这类问题的基本要求，为今后该类问题在实际工程中的设计提供一定的参考依据。

混凝土结构；屋顶；轻钢结构；设计；要求

1 引 言

我国现有多高层结构大多采用钢筋混凝土结构，该结构体系以其较好的抗震性能备受青睐。然而建筑的功能要求近年来已不像过去较为单一，房屋功能越来越趋于多样化，人性化。建筑已非只有单一用途，因此，对既有的混凝土建筑功能提出了更高的要求。在原有建筑屋面加层的工程实例已层出不穷，而其中尤为突出的就是在既有混凝土结构屋面加建轻钢结构的工程。该类建筑可以弥补原有混凝土结构中建筑使用过程中的不足，在新建结构中提供较为开阔且自由灵活布置的室内分割要求。正如产科医院门诊综合楼中，产科手术室的扩建问题，因原有建筑室内分割较小，重新利用不便，故较为理想的方案便是在原有建筑屋面加建具有大空间的轻钢结构体系；再如酒店建筑，在大空间宴会厅的扩建方案中，由于其独特的功能要求，原有结构根本无法满足扩建的需要，故在原有建筑屋面加建具有大空间的轻钢结构应用而生。

混凝土结构顶层加建轻钢结构使得顶层的空间布置更加灵活多变，既满足了现代化的建筑物设计标准，使建筑物尽其用，又符合安全性的结构设计需要。它的实现是现代建筑业发展的新标杆，也是现代建筑的必然要求，该新型结构体系的发展对于我国的建筑业有着举足轻重的作用[1]。

2 混凝土结构屋面加建轻钢结构设计现状

混凝土结构顶层加建轻钢筋结构是在原有混凝土结构体系的基础上，于竖向传力构件（墙、柱）的顶端通过化学植筋的方法将锚栓根植于原有结构内部，将新建的轻型钢结构体系（门式刚架）通过已有化学植筋与原混凝土体系连接成整体的结构体系。从建筑功能角度出发，该建筑能够使建筑物的布置空间更加灵活，使得建筑更贴近生活，设计更能符合人的需求；从结构角度出发，该建筑将会使原有结构的受力性能发生变化，具体而言表现在结构的竖向作用计算以及水平方向的地震作用计算当中[2,3]。

由于在现有建筑顶层加建轻钢结构对已有建筑受力性能产生改变，属超限结构，故设计时既要求新建轻钢结构满足自身计算，又要对原有结构受力性能加以计算分析，使得该加层结构体系计算产生难度。现有设计方法中大多根据新建钢结构设计计算结果结合已有设计经验对原有结构进行分析把控或加固处理，以满足加建的要求。

3 混凝土结构屋面加建轻钢结构设计注意问题

3.1 注意建筑物的抗震设计

根据建筑物的抗震等级来对建筑物的顶层加建钢结构进行设计，不同用途的建筑物和不同地域的建筑物的抗震等级都是不同的。同时，新建钢结构对已有结构体系的抗震性能产生的影响不容忽视，故而对该类建筑物的抗震计算及抗震构造措施要加强。顶层加建轻钢结构后，结构的整体、质量、刚度与周期都会反生很大变化，故不仅要对新建结构做抗震设计，仍需对原有结构按照现行抗震设计规范做抗震设计。

3.2 注意温度的控制

原有结构顶层温度较高，设计中忽视顶层的温度控制往往会使得顶层加建的钢结构受到温度因素的破坏，顶层出现室内墙壁破裂的现象，影响室内的保温效果，缩短使用寿命，对钢结构温度应严格控制，减小温度应力对钢结构的影响。

3.3 基础承重的负荷设计

由于加建结构的自重，无形中增加了已有基础的承载负担，设计时整体建筑的基础负荷要低于原有结构基础设计承载力，避免安全隐患的发生。 可通过复核原有结构图纸中基础的设计尺寸、配筋要求等，将原结构以及加建结构总重按照现行规范要求施加于基础处，复核其承载力。若基础承载力不足时则需对其加固处理。

3.4 对梁的要求

考虑新建结构与原结构的特殊关系，原有梁的截面宽度不宜小于200mm、高和宽之间的比例不宜大于4；钢筋要保证其合乎规定，保障梁的刚度，增加抗震性。梁上柱的设计中，梁中线需要跟钢柱的中线重叠，且梁宜采用双向布置。新建钢梁应进行强度、刚度以及稳定性计算，钢梁截面优先选用H形或工字形截面。

3.5 对柱的要求

在原有柱子上新建钢柱时，原有混凝土柱子截面高度和宽度都不宜小于300mm、圆柱的直径要大于350mm、截面的长边和短边的比不宜大于3、柱子单侧纵向钢筋配筋率不宜小于0.2%。原有柱上新建钢柱时，需使两柱形心重合。新建钢柱可根据实际情况选用等截面柱或变截面柱，对无吊车的轻钢结构宜优先选用H形变截面柱，柱截面计算需满足强度、刚度以及稳定性相关要求，柱顶位移值需满足h/60的限值，h为柱高。

3.6 连接设计要求

钢柱柱脚可按要求设计为铰接和刚接两类，对无吊车轻钢结构以铰接柱脚为宜。钢柱可通过化学植筋与原有混凝土柱相连，化学植筋作为柱脚锚栓起铰接作用，锚栓在混凝土柱中的埋置深度应使锚栓的拉力通过其和混凝土之间的黏结力传递。钢柱与钢梁的连接为刚性连接，连接接点处钢梁上下翼缘板与钢柱翼缘采用坡口焊，钢梁腹板与钢柱翼缘采用摩擦型高强螺栓连接以形成栓焊刚性连接；梁柱连接也可采用梁端焊接端板与柱翼缘穿螺栓的形式连接。钢梁于人字形屋脊处连接节点采用刚性连接，连接采用常规的梁端焊接端板，通过端板间的高强螺栓上紧实现屋脊刚接。

4 结 语

在现有混凝土结构顶层加建钢结构，使整个建筑的灵活性加强，整体性也得到了提升，同时也是现代建筑发展的结果。设计中应充分考虑新建建筑以及原有建筑的计算及构造要求，随着建筑业的发展，该类结构体系的应用将会普遍存在于建筑物中。

[1]叶晓箐．顶层为门式刚架的多层框架钢结构设计简介 [J]．福建建筑 ．2009,(05)．

[2]毛少昭．浅谈高层建筑框架结构中梁柱节点的施工技术 [J]．中华民居 ．2010,(11)．

[3]戴连双．外包钢钢筋混凝土框架顶层边节点抗震性能试验研究[J]．中国西部科技．2011,(06)．

Design exploration of light steel structure build on the roof of concrete construction

The functional requirement of the construction of building with each passing day,a new form of structure system application,steel structure build on the roof of concrete construction system．In this paper, the status quo,problems and requirements that need to be paid attention to in the structure system design．Propose the basic requirement of this kind of problem that steel structure build on the roof of concrete construction,providing certain reference basis of this kind of problem in the actual engineering design for the future．

concrete structure；top floor；steel structure；design；requirements

TU375．4

B

1003-8965（2017）01-0091-01