淺談輕鋼結(jié)構(gòu)在房屋增層改造中的應(yīng)用研究

Word版本，下載可自由編輯淺談輕鋼結(jié)構(gòu)在房屋增層改造中的應(yīng)用研究參照建造抗震設(shè)計規(guī)范和建造荷載規(guī)范利用對上部結(jié)構(gòu)作為附加荷載的可行性分析，分析整體計算樓層的底部水平地震力和把加層部分作為附加荷載乘以放大系數(shù)來計算樓層的底部水平地震力，當兩者相等或臨近時，即可確定放大系數(shù)，從而提出簡化計算辦法

近年來，隨著經(jīng)濟的進展，城市工業(yè)化和商業(yè)化的快速進展，人們對建造的需求量也迅猛增長。同時，隨著國家經(jīng)濟的快速增長，社會的不斷長進，工程建設(shè)項目也逐年增多，特殊是住所商業(yè)化的迅猛進展及房地產(chǎn)開發(fā)商追求高的商業(yè)利潤，寸土寸金的商業(yè)理念已根深蒂固，從而原有些建造規(guī)模己經(jīng)不能滿足社會進展的需求，也不能滿足房地產(chǎn)開發(fā)商的利益需求。加之政府大力對城市的面貌舉行美化，特殊對于臨街的建造舉行平改坡以達到美化城市的目的。從而就對建造設(shè)計在有限的空間里發(fā)揮其最大經(jīng)濟效益并同時達到美化城市面貌的目的，提出了更高的要求。因此，從地域性和經(jīng)濟性等方面綜合考慮，在設(shè)計的建造物上增強一層或數(shù)層，不失為一種經(jīng)濟、快捷并能緩解目前供需沖突及滿足開發(fā)商利益的一種好辦法。

從當前國內(nèi)加層改造的工程實例來看，很大部分直接加層改造的工程均采納的是鋼結(jié)構(gòu)體系，這主要是通過了鋼結(jié)構(gòu)自重輕、抗震性能好和施工便利等特點。

1.與一般的鋼筋混凝土加層結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)加層技術(shù)具有如下特點[4]：

(1)分量輕。鋼結(jié)構(gòu)分量輕，同種結(jié)構(gòu)形式下相比，鋼結(jié)構(gòu)加層僅為混凝土結(jié)構(gòu)分量的1/2～2/3，減輕了結(jié)構(gòu)自重，同時也減小了上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)的作用力，降低了基礎(chǔ)及其加固的工作量。

(2)良好的抗震性能。鋼結(jié)構(gòu)強度高，可以減輕加層結(jié)構(gòu)的分量，從而減輕結(jié)構(gòu)所受的地震作用；而且鋼材的延性好，加層在地震作用下具有很大的彈塑性變形能力，能汲取大量的能量，從而保證了結(jié)構(gòu)的抗震平安性。

(3)施工便利，鋼構(gòu)件工廠加工制作，現(xiàn)場拼接安裝。構(gòu)件銜接工藝容易，形式靈便，且大部分是干作業(yè)，易于各工種交錯作業(yè)和現(xiàn)場施工管理。

(4)鋼結(jié)構(gòu)加層工程施工速度快、工期短，便于業(yè)主盡早投入使用，制造效益。

(5)鋼結(jié)構(gòu)加層可以做到新老建造物外側(cè)統(tǒng)一裝修，保證加層建造立面風格與原有立面全都，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。

2.鋼結(jié)構(gòu)房屋加層改造的對象[4]

在挑選改造對象時，更應(yīng)著重于其平安性設(shè)計，滿足下列條件的房屋可舉行改造：

(1)經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟分析，加層改造房屋的造價低于新建房屋造價；

(2)3～4層磚混結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)房屋；

(3)房屋結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好，未因基礎(chǔ)不勻稱下沉、地震和其他人為因素引起裂縫；

(4)加層改造后房屋高度，應(yīng)滿足房屋對日照的要求；

(5)需要舉行加固或抗震加固的房屋，應(yīng)結(jié)合舊房加固改造舉行加層設(shè)計。

輕鋼加層技術(shù)即通過輕型鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計房屋的頂層增強樓層。目前，國內(nèi)對磚混結(jié)構(gòu)、混凝土框架結(jié)構(gòu)等采納輕鋼加層的設(shè)計舉行了多方面的討論，主要從結(jié)構(gòu)計劃、抗震設(shè)計、地震作用影響等方面舉行討論。

(1)底部剪力放大系數(shù)計算法，即考慮鞭稍效應(yīng)，按底部剪力計算出的地震力乘以放大系數(shù)β，這種計算按直線振動忽視振型組合，計算出的結(jié)果存在較大誤差。

(2)振型分解反應(yīng)譜法，計算是采納集中質(zhì)量法，對結(jié)構(gòu)舉行離散化，囫圇結(jié)構(gòu)考慮前2～3個振型計算，該辦法較全面考慮了結(jié)構(gòu)的動力特性、地面加速度作用、近、遠震等因素，與底部剪力法比較有較高的計算精度，為滿足工程設(shè)計精度提供了參考。加層結(jié)構(gòu)計劃分為平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，平面結(jié)構(gòu)有門式剛架和平面排架等結(jié)構(gòu)形式，空間結(jié)構(gòu)有鋼框架等結(jié)構(gòu)形式。目前對于砌體結(jié)構(gòu)的加層結(jié)構(gòu)形式，對門式剛架這種結(jié)構(gòu)形式討論的較多。

輕鋼加層可以有效地削減加層對下部結(jié)構(gòu)帶來的地震作用效應(yīng)。但值得注重的是：加層部分與下部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度有很大突變，產(chǎn)生了較為顯然的局部振動。因此采納底部剪力法舉行設(shè)計時，普通可將計算得到的水平地震力乘以動力放大系數(shù)β，其取值范圍2.0～2.5。

輕鋼加層房屋阻尼確實定及其對地震反應(yīng)的影響:許多地震觀測資料表明，當建造物阻尼較小時，阻尼的變化，甚至是很極小的變化，都會引起地震反應(yīng)譜較大的變化。阻尼越小，地震反應(yīng)譜值越大;阻尼愈大，地震反應(yīng)譜值愈小。

輕鋼結(jié)構(gòu)直接加層，上部加層結(jié)構(gòu)采納輕鋼結(jié)構(gòu)，其阻尼比ζ=0.02左右甚至更小，而原結(jié)構(gòu)普通為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或砌體結(jié)構(gòu)、對于普通常用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其阻尼比ζ=0.05左右；而對于多層砌體結(jié)構(gòu)，其阻尼比ζ=0.06左右，但兩者的地震反應(yīng)譜曲線相差不大，所以我國抗震規(guī)范中偏于平安地采納阻尼比ζ=0.05的地震加速度反應(yīng)譜曲線。因而輕鋼加層后房屋總體阻尼比應(yīng)在0.02和0.05之間。而此阻尼比范圍內(nèi)地震反應(yīng)譜曲線變化較大。我國抗震規(guī)范中的地震反應(yīng)譜曲線僅適用于阻尼比為0.05的結(jié)構(gòu)，因而在舉行輕鋼結(jié)構(gòu)直接加層房屋的抗震計算時，需考慮阻尼的影響，應(yīng)對抗震規(guī)范中的地震反應(yīng)譜舉行相應(yīng)的修正，使計算結(jié)果更精確、更臨近實際。工程實例計算分析表明，加層部分阻尼的影響使其所受的水平地震剪力增大，因而在加層房屋舉行抗震計算時，阻尼的修正是很須要的。在原結(jié)構(gòu)不變的狀況下，加層部分層數(shù)愈多，則囫圇加層房屋的阻尼比愈小，加層部分底部所受水平地震剪力愈大。

輕鋼加層在應(yīng)用中存在優(yōu)點無數(shù)，但它在詳細工程中仍然存在不少問題。

(1)加層前未對舊有結(jié)構(gòu)舉行平安鑒定

雖然輕鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)相比較，在自重上有很大的降低，但仍具有較大的質(zhì)量。當前許多人認為只要是輕鋼結(jié)構(gòu)，就可以任憑加層，這種觀點是錯誤的，導致的后果也是嚴峻的。

原有建造物在其使用壽命內(nèi)因為地震、濕度、風力、日照、雨水及各種有害介質(zhì)的侵蝕影響，不同程度地降低了建造物的平安度。在確定增層計劃前，首先要弄清該建造物的增層可行性程度，要對建造物做全面的平安鑒定，包括對建造的地基承載力和承重構(gòu)件的驗算。一個建造物能否加層，能加幾層，關(guān)鍵取決于該建造物是否有加層的潛力，潛力究競有多大。應(yīng)由專業(yè)人員在對原設(shè)計舉行審核驗算，并具體檢查鑒定該建造物的使用現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，經(jīng)過全面的鑒定與綜合分析，認為確有可能時，方可加層。

(2)在地震區(qū)采納鋼結(jié)構(gòu)直接加層這種結(jié)構(gòu)形式還缺乏足夠的參考資料

目前國內(nèi)的討論工作，主要以詳細的工程實例為背景，因為現(xiàn)行《建造抗震鑒定標準》(GB50023-95)考慮到房屋加層的狀況比較復(fù)雜，對此問題未做明文規(guī)定，僅在條文說明中做了簡要說明，致使地震區(qū)房屋加層的抗震設(shè)計和鑒定至今仍無章可循，各地在舉行房屋加層設(shè)計時所采納的標準很不全都，沒有系統(tǒng)的此類建造的地震資料及實驗資料可供參考，而且抗震設(shè)