某高层建筑屋顶增层结构设计方案

吴楠

摘 要：为了能够最大程度发挥建筑的实用性，相关人员在设计时要让结构承载能力的系统不发生变化的情况下，以某写字楼作为例子，从而提出屋顶增层结构的设计方案。相关人员将增层结构前后结构所承受的能力做出了详细的比较，并且对相应的部件进行了复核验算，可以得知该方案可以实施，进而提出合理化建议。

关键词：高层建筑；增层；生根

经济发展的脚步不断的加快，随着高层建筑也在大量的建造，因此对施工品质也带来了更高的要求。为了能够最大程度发挥建筑的实用性，相关人员在设计时要让结构承载能力的系统不发生变化的情况下，以某地区20层写字楼作为例，提出合理化建议。

1 工程概况

某写字楼是地下2层，地上22层。建筑用地面积6897m2，该工程总建筑面积是61232.6m2（其中包含地下19523.1m2，地上41709.5m2），檐口高度75.91m。由于功能的相关要求，现在要在该建筑标高74.16m处增层，在主体结构上在多加两层，并且中心部分要向上再延伸一层，其中第1层建筑层高是4.95m、及其屋顶的高度是79.23m；第2层建筑楼层总体高度是4.92m、标高是88.10m；中心部分的标高是3.74m，屋顶的高度是91.02m。在新增加的层墙等相关混凝土的强度等级是C40。

该写字楼以前的结构形式为现浇钢筋混凝土框架的结构方式，并且主体体系是具有A级高度的建筑，所具备的安全等级是二级，其中预防地震所设有的类别是丙类，该结构形式使用最长时间不能超过50年。建筑场地属于Ⅲ类。标准层平面是52m×42m矩形，中心部分大概是28m×15m，只有在塔楼的外面才有相应的框架柱，并且长边有8根柱，短边有6根柱。

2 增层结构方案

该写字楼新增的两层是利用相关混凝土结构的方式建造的，从而确保能够让原有结构所具有的特性处于一致的状态。相关单位为了减少刚度出现突变的现象，就应当和建筑人员做好恰当的交流，并且在保持原来的结构上在延伸一层，直到增加的层数完成以后，还要保持以往的结构形态。

相关人员在对第一层加层时所设计的方法大致体现在以下内容：层高是4.95m，屋顶标高是79.23m。相关人员应当对新增混凝土柱设置79.1m左右的标高，并且柱截面尺寸和相关柱子要保持相邻的状态；在混凝土里面的梁所设计的尺寸是600mm（宽）×1500mm（高）；相关人员要在筒体转角处设置适当的角柱，设计的尺寸是950mm×850mm。在该写字楼中相关单位使用的是钢筋混凝土楼板的结构方式建造的。相关人员在对第一层加层时所设计的方法大致体现在以下内容：层高为8.7m，屋顶标高是88.1m，其中相应的混凝土柱上升到88.1m标高处，并且下层筒体的相应角柱都上升到了88.2m标高处。相关人员还对筒体顶部和筒之间要设置出恰当的顶梁，采取600mm×1500mm的截面尺寸。在该写字楼中，通过采取钢筋混凝土的结构形式，而且相应的楼面通常是使用钢梁。相关人员在对局部筒体向上延伸一直到标高91.26m，层高是3.65m，并且将楼面采取的是钢筋混凝土梁板的形式来建造的。

3 加层前后结构整体性能参数对比

为了能够更进一步对增层前后结构的有关功能进行合理的分析，从宏观的角度出发，对相应的计算指标做出了详细的比较。

3.1 总质量

3.2 结构自振周期

原结构与加层后结构的前3个结构自振周期对比见表2。由表2可知：原结构和加层结构的第一扭转自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.3.5条对A级高度高层建筑不应大于0.9的要求。

3.3 地上结构基底剪重比

本工程地下室顶板可作为地上结构的嵌固端，取地上结构底层的剪力及剪重比进行对比可知：原结构和加层后结构的X向与Y向剪重比均满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第5.2.5条不小于3.2%的规定。

3.4 相邻层抗侧刚度比、抗剪承载力比

原结构与加层后结构的层抗侧刚度比最小值（楼层刚度采用高规建议方法，按地震剪力除以地震层间位移确定。该比值为下层层刚度与上层层刚度的比值）、层抗剪承载力比最小值可以得知：原结构和加层后结构的X向与Y向层刚度比、X向与Y向层抗剪承载力比均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.4.2条和第4.4.3条的规定，无薄弱层出现。

3.5 轴压比

原结构与加层后结构的地下4层和地上1层墙、柱的最大轴压均满足规范要求。

3.6 层间位移角及扭转位移比

多遇地震作用下，原结构与加层后结构的最大层间位移角可知：原结构和加层后结构的X向与Y向最大层间位移角均满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第5.5.1条对框架-核心筒规定的1800限值。考虑质量偶然偏心的两个方向水平地震分别作用下，原结构与加层后结构楼层扭转位移比可知：原结构和加层后结构的X向与Y向最大位移与层平均位移的比值及最大层间位移与平均层间位移的比值均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.3.5条规定的1.5的限值。

3.7 小结

（1）相关单位在对结构实行加层以后，与没有实施加层之前的结构品质进行详细的比较，明显的看出结构品质得以提升，在加层以后总体品质提高了一倍以上；因为结构的相关参数都在一定程度上提高，会让加层以后的时间有所增加，从原来的1.52秒逐渐增加到1.82毛，这种情况属于合理范围。（2）新加层部分的结构受力体系仍为框架-核心筒，与原结构体系的一致性良好。加层后屋顶结构标高为90.85m，仍满足8度抗震设防地区A级高度钢筋混凝土高层建筑最大适用高度100m的要求。（3）加层后结构的重要计算指标（包括：层剪重比、楼层刚度比、层间位移角、位移比、层抗剪承载力比、墙柱轴压比）均能满足相应规范要求。（4）加层后的框架柱、框架梁、主要混凝土墙体的承载力均基本满足规范要求，仅少数连梁有抗剪截面不足的超限信息显示，可通过局部小范围加固补强进行处理。

4 增层结构施工注意事项

（1）在浇注新混凝土时，原混凝土表面应凿毛，清除干净后，适当湿润，并新涮一层界面剂，以确保新旧混凝土形成一体。（2）施工时，应采取确保施工质量和施工安全的措施。在剔除原有结构前必须对可能影响到的原结构（包括梁、板）進行可靠支护，并对新设支护的下方主体支承结构进行复核验算。（3）梁板开洞、锚筋及灌浆、加固，需要由有一定经验的专业施工队伍完成。孔洞宜采用机械钻孔，事先应探测原钢筋位置以免对原结构造成损伤。如无特殊说明，剔凿混凝土时，原结构中钢筋不得切断。

结束语

通过以上内容的论述，可以得知：相关单位在对结构实行加层以后，与没有实施加层之前的结构品质进行详细的比较，明显的看出结构品质得以提升；因为结构高度以及品质都有所提高，可以看出使用增层结构这种设计手段有着显著的效果，因此相关单位在对高层屋顶进行设计时，采取增层结构的方案能够在一定程度上提高结构品质，从而给建筑行业做出贡献。

参考文献

[1]徐元刚.带有筏板基础的高层建筑增层优化的设计研究[D].西安建筑科技大学，2010.

[2]楼永革.加层技术在房屋建筑结构中的应用[J].科技致富向导，2010（17）.