混凝土框架顶层加建钢结构设计探析

师 卉

(1.太原理工大学，山西 太原 030024; 2.大同煤炭职业技术学院，山西 大同 037003)

0 引言

大部分现代建筑物尤其是高层建筑顶层都会使用钢筋对混凝土框架结构进行加固，以提高建筑工程结构的稳定性与安全性。因此，一定要加强对混凝土框架顶层加建钢结构设计进行分析，促进现代建筑物建设的可持续发展。本文首先对混凝土框架顶层钢结构进行解释，其次分析加建工程在我国的发展现状，最后分析混凝土框架顶层加建钢结构设计的组成部分和设计过程应该注意的事项，希望可以对提升我国加建建筑的安全程度有所帮助。

1 混凝土框架顶层钢结构

混凝土框架顶层钢筋结构是一种空间结构，由楼板、梁、柱子和四种基础承载重量的构件四部分构成的。高层建筑喜欢采用混凝土框架顶层加建钢结构设计，混凝土框架顶层钢筋结构设计之所以能够被广泛的应用，主要是因为具有以下优点：一是能够节约用地，提高土地使用效率；二是钢结构自重较轻，对原结构造成的负荷影响小，防震能力强，不需再单独加固地基，降低施工成本，减少工程量，缩短工期；三是具有多样性，能够发挥空间优势；四是适用范围比较广。

2 我国加建钢结构工程的现状

我国技术人员长期从事新建结构设计，对旧房修缮加固现场和技术时间不够，经验不足的现状，与世界先进国家相比我国加建工程设计技术存在着一定的差距。房屋改造与修缮工程是指房屋从建成到报废的全过程中，对房屋进行的维修或改造等活动，混凝土框架顶层加建钢结构设计为房屋修建和修缮工程提供了必要的技术支持。随着科学技术水平的不断提高，我国加建工程发展迅速，各地都开展了一些旧房挖潜、改造、加建等工程。部分省市甚至将旧房改造工程列入城市规划项目中，并出台一系列的规章制度。有科技技术的支持，加上国家政策的推动，相信加建工程在我国有很大的发展空间。

3 混凝土框架顶层加建钢结构设计的组成部分

3.1 楼板设计

目前一般都是选用浇灌技术对楼板进行设计，并进行钢结构施工，这种方法不仅可以有效的提升建筑结构整体的牢固性、稳定性和安全性，还可以根据工程的实际情况，灵活处理出现的问题，保证施工的顺利进行，确保建筑工程的整体施工质量。此外，进行楼板设计时，通常选用的是花纹钢板或轻型楼板来加建多层，从而减小新增荷载对已有混凝土结构的影响。同时大部分都是选择轻钢屋盖作为屋面，将其自重减小。如若条件许可，可采用组合楼盖，即压型钢板加混凝土现浇，以切实提升整体建筑结构的稳固性与安全性。

3.2 梁设计

梁设计环节不仅需要结合国际设计标准，还要兼顾实际设计情况，制定合理、科学的钢构设计。在设计的时候注意以下几点：首先，要保证梁的截面宽度要大于200 mm，宽度与高度之间的比值不能大于4。其次，梁设计要合理选择钢筋材料，保证梁结构具有较强的硬度和抗震能力。最后，在扁梁设计环节，一定进行严格的计算与设计，保证其结构的合理性与科学性，采用双向布置结构，保证梁中线和柱中线二者之间要重合，增强建筑工程整体结构的稳定性。

3.3 柱设计

柱设计环节，必须保证柱的截面要符合设计标准，才可以保证柱设计的合理性与科学性，增强钢结构的稳定性，需要严格遵照以下要求进行设计：通常情况下，柱截面的宽度与高度不能小于300 mm，直径必须大于350 mm，截面短边与长边的比值要小于3，柱纵向钢筋配比要大于0.2%等。此外，对于后加建的钢柱脚可通过化学螺栓将其植到混凝土中，并且设置抗剪键。在具体项目中也存在埋入式柱脚，需要和混凝土一同浇筑。

3.4 基础承载重量构件设计

基础承载重量构件一定要结合建筑负荷能力、结构形式和施工状况等进行设计，保证设计质量。如果发现设计中有不合理、不符合要求的地方，要及时根据实际情况进行修改，保证建筑工程整体的施工质量。

4 混凝土框架顶层加建钢结构设计中需注意的事项

4.1 建筑物的抗震设计

建筑物的抗震等级与其用途与所处的地域有很大的关系，顶层加建钢结构进行设计要根据建筑物实际抗震等级进行设计。例如在地震多发地、公共区建筑物和居民住宅等人口密集地的建筑就要加强其抗震等级的设计，以保护人民的生命和财产安全；相反非地震多发地的建筑物，抗震等级设计就相对弱一些。

4.2 结合实际计算楼板开洞的面积

楼板的开洞设计必须经过专业的计算，楼板的开洞不超过顶层总面积的30%，如果楼板开洞面积在超过30%以上的，我们可以将楼板洞口边缘节点设计成弹性节点，保证楼板的设计符合实际情况，提高混凝土框架顶层加建的钢结构质量。

4.3 混凝土框架顶层设计需要控制好温度

很多人在混凝土框架顶层设计只注重对抗震措施的设计，而忽视了顶层的温度控制。如果没有控制好温度，会使得顶层加建的钢结构受到破坏，出现顶层室内墙壁破裂的状况，轻则破坏室内的保温效果，重则缩短建筑物的使用寿命，甚至发生坍塌事件，严重威胁人们生命和财产安全。

4.4 基础承载重量构件的负荷设计

每一个建筑的基础承载物重量都有一定的标准，一定要符合实际情况，基础承载物重量的构件不能超过基础设计的负荷，保证其能够承受整体建筑物的负荷，否则就会让建筑物存在着安全隐患，破坏建筑物的安全性。

4.5 顶层平面图设计计算要科学

顶层平面设计的计算必须是科学的、合理的。在平面图的设计时要对空间的布置和设计中的钢结构的每一项工程，例如：柱子之间的长宽、直径设计的平面设计、梁、柱子和基础构件设计都要进行精准的计算，不能出现数据上的计算错误或者计算数据不精的情况，给整个顶层加建钢结构的工程造成经济损失或者给今后住户留下安全隐患，威胁人的生命安全。

5 结语

安全问题一直是高层建筑工程建设过程中人们最为关注的话题。加建钢结构设计在现代建筑行业中得到了广泛的应用，推动了建筑行业的快速发展。它能够增强整体建筑的抗震性能力、灵活性和整体性，为人们的生活与工作提供了安全的空间环境，为保障居民的财产与生命安全做出了巨大的贡献。为了确保工程的安全，除了在建筑设计过程中要遵循框架设计的原则外，还要严格选取施工材料，选择经过专业培训的施工队伍进行施工，同时在建设过程中还要做好必要的监督检查，保证工程建设质量，才能保证用户的安全，促进建筑事业的健康可持续发展。

参考文献：

[1] 郭海臣.混凝土框架顶层加建钢结构设计探析[J].建材与装饰,2017(44):94.

[2] 郭志毅.混凝土框架顶层加建钢结构设计探析[J].山西建筑,2015,41(16):23-24.

[3] 钟运秋.混凝土框架顶层加建钢结构设计探析[J].有色金属文摘,2015,30(1):34-35.

[4] 岳中天.混凝土框架顶层加建钢结构质量和方法的探析[J].低碳地产,2016,2(11)：76.

[5] 孟艳平.预应力混凝土框架结构结构顶层边柱设计研究[J].城市建设理论研究(电子版),2013(26)：88.

[6] 刘俊生.钢结构设计在混凝土框架顶层加建的分析[J].工程技术(全文版)，2013(8)：7.