混凝土框架顶层加建钢结构设计探析

混凝土框架顶层加建钢结构设计探析

张太炎

云南工程勘察设计院有限公司，云南 昆明 650051

摘要：近年来，经济快速发展，建筑行业发展迅速，建筑领域中建筑功能要求发展非常快，混凝土结构顶层加建钢结构的结构体系在这种情况下应运而生，这种模式的应用使得建筑顶层空间布置更加灵活多变，它的实现不仅是现代建筑业发展的崭新标杆，同时也满足了现代建筑发展的需求，这种新型结构体系的应用及发展对我国建筑业发展起到了至关重要的作用。基于此，本文从不同角度针对混凝土框架与钢结构对比、混凝土框架顶层加建钢结构设计的相关问题展开分析。

关键词：混凝土框架；顶层；加建钢结构；设计

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加建的特点

①优点，在建筑工程中对钢结构进行加建，可以在很大程度上解决占用土地的问题，节约土地资源，提高土地利用率，并能进一步缩短工程建设周期。由于建筑工程施工中，钢结构本身的重量一般都比较轻，所以可以在很大程度上减少建筑工程的工作量，同时还可节约建筑工程中一部分施工费用。由于钢结构本身的多样性很大，在建筑工程施工中可以充分利用钢结构空间的灵活性，从而进一步减少对原有建筑结构的影响。在建筑工程施工中，对钢结构的加建有着十分广泛的应用，不仅在住宅建筑中，还可对钢结构进行加建，既可在工业建筑中加建，也可对钢结构进行加建。②缺点，加建建筑物的工程完成后，整个建筑物的主要结构将变成刚度分布呈头轻脚轻的现象，这将极大地降低建筑物的整体质量，进一步降低建筑物的抗震能力，从而降低建筑物的安全。钢结构耐久性差是钢结构的一些致命缺陷，因此，在建筑施工过程中，必须充分考虑钢结构的防腐防火措施，以便在一定程度上增加建筑材料的使用量。在此期间，不仅要考虑原材料的来源和质量问题，而且还要考虑原材料的成本问题，这样可以进一步增加整个项目的资金预算。

2混凝土框架顶层加建钢结构设计

2.1楼板设计

在进行混凝土顶层加建钢结构楼板设计的时候，可以采用很多方式，目前最常用的是现浇灌技术，也是在楼板构建中相对较好的方式。这种方式的运用，可以有效提升楼板结构的安全性和稳定性，并且在施工的过程中，可以根据实际的工程情况，灵活调整和处理出现的问题，及时对发生的问题进行有效解决。在楼板设计时，在外部压力下产生结构问题，一般在加建的过程中，会采用花纹钢板或者轻型楼板，设计成轻钢屋盖的屋顶，减轻楼板构建的自身重量。条件允许的情况下，也可以进行设计组合型楼板，让现浇混凝土和压型钢板进行充分结合，保证整体结构的安全性和稳定性，为楼板设计的顺利施工提供了重要的保障，提高了整体建筑工程的施工质量。

2.2钢结构柱设计要点

钢构顶层加建结构柱的施工技术主要有两种：一种是钻孔连接法，即用过渡钢板将结构柱插入建筑的混凝土柱头，钻孔后再用锚固钢筋焊接，使锚固柱与钢结构柱连接。本发明可以提高施工效率，大大提高施工可操作性，但其缺点是稳定性差，柱体的耐久性能差。在这方面，我们可以采取适当的措施来加强。现在比较常用的方法是把钢柱内的钢筋加热，然后通过底板开洞焊接到底板上。然后用细集料混凝土调平。但是，这一方法也有其缺点，会导致建筑的整体抗震性能下降，因此在施工过程中应根据地理环境酌情采用。另一种是U形箍连接法，其基本原理是通过钢柱子下部的U形箍将钢柱子与底板连接，这种方法具有很好的稳定性和耐久性，但仅适用于小规模建筑，大型建筑的应用空间并不大。另外需注意的是，钢结构柱在施工过程中，需要根据建筑物的性质和附加的具体规定，制定柱脚的连接方式。如某建筑物的混凝土结构为5层，加建钢结构为2层，两个结构间采用大底盘式连接方式，采用抗震缝作为单体结构中的隔断。根据地区抗震设防烈度要求，可采用混凝土外包柱脚进行设计，并利用相应的结构设计软件进行模型计算，从而了解柱脚受内力变形的情况，计算出柱脚的抗形变承载力公式。与此同时也要注意把握截面设计的要点，一般柱子的截面宽度和高度保证大于300mm，柱子直径保证大于350mm，还需要计算截面短、长边比，一般情况下其比值不能大于3，柱子纵向的钢筋比例必须保证在0.2%以上。对于钢梁的设计而言，这些参数的控制尤为重要，只有严格参照标准，才能使钢结构柱发挥最大的作用，为工程施工提供稳定的安全保障。

2.3梁的设计

在梁设计过程中，通常情况下需要与国际设计标准、具体的现场设计情况现结合，制定出科学合理的钢结构设计要求：①必须确保梁截面宽度要在200mm以上，并且宽度、高度的比值不能超出4；②这部分设计中使用一些钢筋是不可避免的，在使用钢筋时也要注意一些规定，严格按照这些规定使用钢筋，可以确保梁结构的硬度、抗震性能符合要求，进而有效保证建筑整体结构的安全性与牢固性；③扁梁设计构成中，一定要确保梁的中线、柱中线重合在一起，并选择双向结构进行布置。此外，还要严格计算、设计扁梁，以确保其结构的科学合理性，不断增强建筑整体结构稳定性。

2.4承重构件设计

在进行混凝土框架顶层加建钢结构设计时，还应该对基础承重构件的合理性进行科学的考量，结合考量影响因素，对设计环境与实际的施工现场情况进行结合的方式，完善混凝土框架结构建筑的设计。遇到设计的问题，应该选择及时有效的方法来进行调整和修改，避免出现不合理的设计，让加建钢的整体结构设计的安全性和牢固性受到影响。所以，在实际的施工条件下，可能原来的混凝土框架加建钢结构设计，不会对加建钢结构的承载情况进行考虑，但是在进行加建钢结构设计的时候，就需要深入分析加建钢结构以及混凝土的框架结构，通过对构建建筑模型进行计算的方式，预判加建钢结构对整体混凝土框架的影响。在会对影响工程的要素进行确定的前提下，对设计方案进行适当调整和相对应修改，对可能遇到的风险进行有效避免，充分保证设计的合理性和科学性。在必要的条件下，可以选择适当的加固措施，加固混凝土框架结构，严格保证混凝土的框架结构以及顶层加建钢结构的稳定性和安全性，使设计混凝土框架顶层加建钢结构发挥出其最大的效用，使建筑的功能部分得到具体的运用。

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

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