混凝土框架顶层加建钢结构设计研究

曾祥华

（广州天丰电力工程设计有限公司广东广州510000）

摘要：本文中笔者对混凝土框架的顶层加建结构进行了分析研究，结合实际情况从多个角度分析整个框架结构的设计要点，旨在通过此次分析研究推动框架整体结构的优化设计。

关键词：混凝土框架；顶层加建；结构设计

引言

目前，我国大部分建筑都是通过钢筋混凝土框架结构所搭建的，尤其是在高层建筑当中，一般都会在顶层设计钢结构来进行进一步的加固优化。从而最大限度地提升建筑物的稳定性。现阶段经过建筑行业的深入探究，对钢结构加固方式的优缺点也作出了深入的探析，在下文中笔者将基于此对混凝土框架顶层钢结构的设计要素进行详细分析。

一、混凝土框架和钢结构框架的本质区别

我国在钢结构加建的领域当中尚处于发展阶段，技术发展仍有着非常大的提升空间，在城市化进程逐渐深入的背景之下，加建钢结构的设计工作成为了业内人士关注的重点。若想实现技术上的提升，那么就需要对混凝土框架和钢结构框架的性质有一个准确的认知。混凝土框架和钢结构框架在建筑原理上存在着很大的不同，一般来说混凝土的框架自重量比较大，并且具有很强的刚度，震害性质较为显著，其构建的建筑具有非常优质的密封性，能够很好地抵御外部环境的侵蚀；而钢结构的框架的自重相较于混凝土结构来说较小，但其具有较强的延展能力，耐高温性和密封性都相对较差，并且受到外部环境的侵蚀影响较大，因此不适用于做建筑物的总体框架。从力学角度上来看，混凝土结构和钢架结构都是以传统力学原理作为基础，并通过相应的公式进行受力计算，进而使其达到建筑物所规定的建筑标准。在抗震设计的过程中，二者都需要添加符合相应标准的防震体系，使结构维持稳定。对于建筑物来说，地震是造成建筑物结构损害的主要因素，混凝土结构由于其自重比较大，在面对地震时其损害表现主要为裂痕和局部的塌陷，而钢结构在地震的作用下会发生整体结构的扭曲变形。因此，相关部门及工作人员在进行设计建造时，要充分把握两种结构之间的关系，以钢筋混凝土结构作为主体，充分发挥钢架结构的辅助作用，进而提升建筑整体的稳定性。

二、混凝土框架顶层加建钢结构的设计要点

目前，我国在钢结构加建的领域当中尚处于发展阶段，技术发展仍有着非常大的提升空间，在城市化进程逐渐深入的背景之下，加建钢结构的设计工作成为业内人士关注的重点

2.1楼板设计要点

在建筑物楼板的设计工作中可以结合实际情况，采用多种方式来进行处理，目前主要应用的加固技术方式为混凝土现浇筑技术，这样能够有效提升钢结构楼板的稳定性和安全性，同时在钢结构楼板的选择上，为了防止混凝土所给予的外部压力对钢板造成损坏，我们可以使用延展性好和自重小的轻型钢板或是花纹钢板。在屋顶钢板的设计上，出于对建筑物自身重量的考虑，在设计建造工作中可以采用轻钢屋盖，从而减少建筑物的整体重量，并且如果成本和建筑环境比较符合的话，我们还可以采用组合型楼板进行屋顶设计，这样能够更好地提升压型钢板和浇筑混凝土的契合度，进而提升结构的整体稳定性。现阶段在建筑技术选取的过程中，一般都会采用复合型的技术进行设计，经过实践研究证实，通过压型钢板和浇筑混凝土技术结合的方式具有非常强的弹性，可以根据施工工程的实际情况来确定具体的技术结合程度，实时保证技术的安全性。

2.2钢结构柱设计要点

钢结构顶层加建结构柱的建造技术主要有两种，一是钻孔连接法，即使用过渡钢板将其放入到建筑本身的混凝土柱头钻孔当中，之后使用锚固钢筋进行焊接工作，从而将锚固和钢结构柱进行连接。这种方式能够提升施工效率，在很大程度上提升施工的可操作性，但是缺点是稳定程度不够，钢结构柱的耐久度也较差。因此我们可以通过适当的改进措施来进行加固处理，目前比较常用的方法是将钢柱内部的钢筋进行加热，之后通过底板的开孔来进行与底板的焊接。随后利用细骨料混凝土进行找平。但这种方式也有一定的缺点，会造成建筑的整体抗震性能下降，因此在施工过程中要根据地理环境酌情采用；二是U型箍连接法，这种方式的基本原理是通过钢柱下半部分的U型箍来连接钢柱和底板，这种方式的稳定性和耐久性都非常好，但只适用于小型建筑当中，在大型建筑物当中的应用空间不是非常广。

另外需要注意的是，钢结构柱在建设的过程中，需要根据建筑物的性质和加建的具体细则来制定柱脚的连接方法。例如一个建筑的混凝土结构为5层，其中加建钢结构为两层，两种结构之间的连通方式为结构式大底盘，利用抗震缝作为单体结构当中的区隔部分。通过对地区抗震设防烈度的要求，工作人员可以采用混凝土外包式柱脚进行设计，通过相应的结构设计软件来进行模型的计算，以此得知柱脚受到内力变形的情况，柱脚的抗形变承载力公式为来进行计算。

同时还要注重把握截面设计的要点，一般情况下，柱截面的宽度和高度要保证大于300mm，柱直径要保证大于350mm，还需要计算截面短边和长边的比值，通常情况下其比值不能大于3，柱纵向的钢筋配比必须保证在0.2%以上。这些参数的把控对钢结构梁的设计来说尤为重要，只有严格参照标准才能够使钢结构柱发挥其最大的作用，为工程施工提供稳定的安全保障。

2.3梁设计要点

在进行梁设计的工作当中，要将建设标准与实际建设情况进行有机结合并灵活运用。从具体参数上来看，梁的截面宽度要保证大于200mm，宽度与高度之间的比值应低于4，另外在梁设计的过程当中需要钢筋的支撑作用，这样能够有效保证钢结构梁的稳定性，因此在钢筋的选择上要注重对材料的考察和比例的选择，使整个钢结构梁具有符合标准的稳定性和安全性。另外在扁梁的设计当中也要注意梁中线和柱中线的契合问题，在设计过程中要采用双向性布置结构，通过结构模型对扁梁的参数进行相关的计算，从而维持整个建筑工程的稳定。

2.4其他设计要点

从宏观角度上来看，混凝土框架顶层的加建钢结构设计需要对基础承重构件的合理程度进行综合判断。并且在施工现场对设计工作中出现的问题进行及时调整。一般情况下，建筑设计过程当中不会考量混凝土框架对加建钢结构的承载强度，鉴于这种情况，在加建钢结构的设计工作中就需要对混凝土框架和加建钢结构进行整合分析，充分利用建筑模型的评估作用来判定加建钢结构设计的合理性。防止加建钢结构对建筑的混凝土框架造成实质性的影响。如果在模型计算的过程中发现问题，那么就需要对加建钢结构的设计方案进行适当调整，如果在加建钢结构缺少改动空间的情况下，可以与建筑主体设计人员进行充分沟通后对混凝土框架进行加固，最终实现建筑的整体稳定。

结语

合理使用混凝土框架加建钢结构对于建筑稳定性的提升有着重大的帮助，因此在加建钢结构的设计工作中要充分把握设计要点，从整体和细节两方面入手，以科学合理的设计工作来指导施工工作，实现建筑的经济效益最大化。本文中笔者通过实际分析，对混凝土结构和钢架结构的性质进行了比对分析，并据此提出了顶层加建钢结构的设计要点，望相关部门及工作人员能够结合实际情况，进行有效应用。

参考文献：

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