钢结构设计在混凝土框架顶层加建的分析

钢结构设计在混凝土框架顶层加建的分析

傅绍英

昆钢集团设计院有限公司650300

摘要：在建筑工程中加建钢结构可使建筑整体抗震性有效提升，也可使建筑空间布置的灵活性大幅度增加，成为我国建筑行业中的重要工程之一。本文对钢结构与混凝土框架进行对比，对钢结构加建的优劣式进行简要论述，并从楼板设计、梁设计、柱设计及基础承载重量构件设计等方面混凝土框架顶层加建钢结构设计进行论述，提升建筑物整体的安全性、抗震性能及整体性，为人们的财产与生命安全提供有效保障。

关键词：钢结构设计；混凝土框架；顶层加建

随着人们审美水平的提升，对于建筑的要求不仅是耐用、安全，同时对于其美观性也提出了更高的要求。在混凝土框架顶层加建过程中应用钢结构，可使建筑物的实用性、整体性以及美观性得到最大提升，在实际建筑施工中得到较为广泛的应用。本文对钢结构技术的优劣势进行分析，并对混凝土框架顶层加建中实施钢结构设计的方法进行论述。

一、钢结构及混凝土框架的对比

（一）钢结构及混凝土框架相同点

钢结构与混凝土框架二者的区分，对于混凝土框架顶层加建钢结构目标的实现具有重要意义。钢结构具有良好延性，且自重较小，但是耐火性、密闭性较差，易受到外界因素的侵蚀影响；混凝土框架具有较大的自重、刚度，震害较为明显，但是，具有良好的整体性与密闭性[1]。混凝土框架与钢结构二者均是利用传统力学、数学公式计算受力大小；在抗震设计过程中需设置多道防御体系，使建筑物结构的牢固性、整体性得到最大保障。在管理方面无论采用混凝土框架或者钢结构，管理人员均需要具有较强的专业素质，掌握相应的专业技能，对施工过程中存在的隐患、风险、质量问题进行有效预防与及时处理，从而保障建筑施工的顺利实施。

（二）钢结构及混凝土框架的不同点

除了上述钢结构与混凝土框架二者之间的相同处，也存在一些较为明显的差异：一是材质差异：钢结构是由钢构件连接组成，具有较小的自重，混凝土框架则是应用钢筋与混凝土共同构建，导致混凝土框架自重大。二是震害结局：在地震作用下，采用钢结构的建筑物常出现失稳、变形及扭曲等情况，整体性较差；采用混凝土框架结构的建筑物震害后，主要表现为墙体裂缝，局部倒塌，只有少数建筑物出现整栋倒塌现象[2]；基于此，在建筑设计过程中需要对整体性进行充分考虑，使建筑物抗震性能显著提高。三是施工管理方面：在实际施工过程中对于具有相同施工面积的建筑物，采用钢结构施工速度与混凝土框架下明显更快，但是在现场施工过程中，采用混凝土框架施工一般是在现场进行支模浇筑，少数预件构件会工厂加工，但是，钢结构具有较多预件构件需要进行工厂加工后，运输至施工现场，并进行相应的安装、焊接。与此同时，从工程造价方面来讲，一般钢结构的工程造价较低，混凝土框架较高，由于不同施工地区的市场价格存在加大差异，因此，实际施工过程中需根据市场情况进行恰当选择。

二、钢结构加建的优劣势

（一）钢结构加建的优势

钢结构加建工程的具体优势：第一，应用钢结构可有效节约土地，使土地面积的使用效率显著提高，同时有效缩短建筑物建设工期；第二，由于钢结构具有较轻的自重，采用钢结构加建时，加建部分的荷载作用对于原有结构具有较小的影响效果，无需对地基进行单独加固处理，使工作量有效减少，缩短工期，使施工部分成本有效节约[3]；第三，钢结构的多样性较强，开展刚结构加建可使空间优势充分发挥，对原建筑结构的影响也会降至最低；第四，钢结构加建的适用范围较广，可应用房屋建筑、工业建筑等多种建筑物形式。

（二）钢结构加建的劣势

钢结构加建存在的劣势可总结为以下几点：第一，开展钢结构加建后，整体建筑结构会呈现上轻下重、上柔下刚的质量与刚度分布，致使加建后的建筑整体性大幅度降低，且抗震性能减弱；第二，由于钢结构的耐久性较差，加建时也需对防火、防腐等措施加以考虑，在一定程度上会增大建筑材料的应用量，同时也存在建筑材料的质量与成本问题。

三、钢结构设计在混凝土框建顶层加建的要点

（一）楼板设计要点

在混凝土框架顶层加建钢结构设计中对于楼板设计时，一般采用现浇灌技术，此种方法是目前楼板设计中常用且有效的浇灌技术。在钢结构加建施工施工过程中采用现浇灌技术，可使建筑结构整体稳定性、安全性、牢固性得到显著提升。与此同时，采用现浇灌技术也可根据施工现场出现的问题及时进行调整，处理较为灵活，可根据实际情况采用有效解决办法，使楼板设计与施工进程顺利开展，提高建筑工程整体施工质量。

（二）钢梁设计要点

钢梁是压弯构建，在刚规中钢梁强度与稳定进行验算时，需要对轴力项影响，截面构件的处理方法进行分析，采用门式刚规则时，对于钢梁的变截面构建的腹板屈曲后强度需加以考虑，同时分析轴力、弯矩、剪力共同作用下，计算钢梁的强度与稳定性，从而有效提高钢梁的强度与稳定性[4]。因此，在进行钢梁设计过程中需结合国际设计标准、实际设计情况，制定科学、合理的钢结构设计方法。首先，钢梁设计时截面宽度需保障高于200mm，高度与宽度二者比值要低于4。其次，要保障钢梁设计中使用的钢筋符合相关规定，并使钢梁结构的抗震性与硬度均得到保障，有效提升建筑工程整体的安全性、牢固性。最后，扁梁设计时要保障梁中线、柱中线重合，并采用双向布置结构，严格计算设计扁梁，使扁梁结构的合理性、科学性得到最大保障，提高建筑工程的整体机构稳定性[5]。

（三）柱设计要点

柱设计过程中要保障截面符合设计标准，一般情况下柱截面宽度、高度均需高于300mm，柱直径高于350mm，且截面长边与短边的比值低于3，柱纵向钢筋配比需要低于0.2%。在设计柱过程中需要严格遵守上述设计数据标准，使柱设计的合理性、科学性均得以保障，显著增强钢结构整体的稳定性，顺利完成建筑工程施工。

（四）基础承载重量构件设计要点

基础承载重量构件设计过程中，需要对工程施工过程中的诸多因素进行综合考虑，并结合建筑负荷、建筑结构形式以及实际施工地质环境与气候等因素，使基础设计合理性、科学性均得到最大保障[6]。针对基础承载重量构建设计与实际需求不相符，或者设计不合理时，均需要对不合理、不相符部分进行相应修改，使设计的科学性与合理性有效保障，进而保证建筑工程整体的施工质量大幅度提升。

四、混凝土框架顶层加建钢结构设计的注意事项

钢结构设计在混凝土框架顶层加建结构设计的注意事项：第一，抗震设计；在建筑施工前，抗震设计的实施具有重要意义。在混凝土框架顶层加建钢结构需要注意依据建筑抗震等级进行施工设计。第二，温度控制：目前，建筑行业对于混凝土框架顶层加建钢结构抗震设计越发重视，但是对于钢结构中温度的重要性缺乏了解，由于自然因素的侵害，室外加建的钢结构易出现墙壁破裂等现象。温度控制时需要保持室内温度的恒定性，时室内保温效果大幅度提升，同时也要使建筑物的使用寿命有效延长。第三，合理设计顶层平面图：混凝土框架顶层加建钢结构施工前，设计顶层平面设计图时，要综合考虑顶层空间大小及布置，精准测量所需物品与空间，对每一项钢结构都需细致安排，并进行精密的计算，时加建钢结构顺利实施，延长建筑物的使用寿命，保障人们的人身安全。

结束语

综上所述，高层建筑工程建设过程中，建筑物安全性一直是人们关注的的热点话题。随着钢结构加建在现代建筑行业中广泛应用，且在建筑工程中发挥着重要作用。混凝土框架顶层加建钢结构时，可使整体建筑的抗震性、整体性、灵活性大幅度增强。与此同时，在实际施工过程中，设计人员不仅需要根据相关规范进行参考，也需结合自身经验与相关数据进行综合性考虑，从而使钢结构设计在混凝土框架顶层加建过程中的整体性与安全性有效保障，在一定程度上可使居民的生命财产安全得到保障。

参考文献：

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吕清海.建筑结构设计中钢结构设计的重要性与策略探讨[J].江西建材，2017（17）：20-21.

文平军.建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点分析[J].江西建材，2014（23）：33-33.

张璋.建筑结构设计中钢结构设计重要性与策略探讨[J].低碳世界，2017（25）：203-204.

高向宇，徐帅，郭运勇等.单跨多层混凝土框架教学楼减震加固设计[J].北京工业大学学报，2015（4）：550-557.

[6]李艳艳，李明炀，苏恒博等.高强钢筋高韧性混凝土框架中节点抗震性能试验研究[J].土木建筑与环境工程，2017，39（1）：86-92.