淺談?shì)p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?shì)p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(jì)規(guī)范和建造荷載規(guī)范利用對(duì)上部結(jié)構(gòu)作為附加荷載的可行性分析，分析整體計(jì)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(lái)計(jì)算樓層的底部水平地震力，當(dāng)兩者相等或臨近時(shí)，即可確定放大系數(shù)，從而提出簡(jiǎn)化計(jì)算辦法

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，城市工業(yè)化和商業(yè)化的快速進(jìn)展，人們對(duì)建造的需求量也迅猛增長(zhǎng)。同時(shí)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，社會(huì)的不斷長(zhǎng)進(jìn)，工程建設(shè)項(xiàng)目也逐年增多，特殊是住所商業(yè)化的迅猛進(jìn)展及房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商追求高的商業(yè)利潤(rùn)，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(huì)進(jìn)展的需求，也不能滿足房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商的利益需求。加之政府大力對(duì)城市的面貌舉行美化，特殊對(duì)于臨街的建造舉行平改坡以達(dá)到美化城市的目的。從而就對(duì)建造設(shè)計(jì)在有限的空間里發(fā)揮其最大經(jīng)濟(jì)效益并同時(shí)達(dá)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(jì)性等方面綜合考慮，在設(shè)計(jì)的建造物上增強(qiáng)一層或數(shù)層，不失為一種經(jīng)濟(jì)、快捷并能緩解目前供需沖突及滿足開(kāi)發(fā)商利益的一種好辦法。

從當(dāng)前國(guó)內(nèi)加層改造的工程實(shí)例來(lái)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(guò)了鋼結(jié)構(gòu)自重輕、抗震性能好和施工便利等特點(diǎn)。

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(diǎn)[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(shí)也減小了上部結(jié)構(gòu)對(duì)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(qiáng)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(chǎng)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(cuò)作業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)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(fēng)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(duì)象[4]

在挑選改造對(duì)象時(shí)，更應(yīng)著重于其平安性設(shè)計(jì)，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(jì)分析，加層改造房屋的造價(jià)低于新建房屋造價(jià)；

(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(duì)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(jì)。

輕鋼加層技術(shù)即通過(guò)輕型鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)房屋的頂層增強(qiáng)樓層。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)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(jì)舉行了多方面的討論，主要從結(jié)構(gòu)計(jì)劃、抗震設(shè)計(jì)、地震作用影響等方面舉行討論。

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

(2)振型分解反應(yīng)譜法，計(jì)算是采納集中質(zhì)量法，對(duì)結(jié)構(gòu)舉行離散化，囫圇結(jié)構(gòu)考慮前2～3個(gè)振型計(jì)算，該辦法較全面考慮了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、地面加速度作用、近、遠(yuǎn)震等因素，與底部剪力法比較有較高的計(jì)算精度，為滿足工程設(shè)計(jì)精度提供了參考。加層結(jié)構(gòu)計(jì)劃分為平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，平面結(jié)構(gòu)有門(mén)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(duì)于砌體結(jié)構(gòu)的加層結(jié)構(gòu)形式，對(duì)門(mén)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(duì)下部結(jié)構(gòu)帶來(lái)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(dòng)。因此采納底部剪力法舉行設(shè)計(jì)時(shí)，普通可將計(jì)算得到的水平地震力乘以動(dòng)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(shí)定及其對(duì)地震反應(yīng)的影響:許多地震觀測(cè)資料表明，當(dāng)建造物阻尼較小時(shí)，阻尼的變化，甚至是很極小的變化，都會(huì)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(duì)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(duì)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(guó)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(guó)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(jì)算時(shí)，需考慮阻尼的影響，應(yīng)對(duì)抗震規(guī)范中的地震反應(yīng)譜舉行相應(yīng)的修正，使計(jì)算結(jié)果更精確、更臨近實(shí)際。工程實(shí)例計(jì)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(jì)算時(shí)，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(diǎn)無(wú)數(shù)，但它在詳細(xì)工程中仍然存在不少問(wèn)題。

(1)加層前未對(duì)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(dāng)前許多人認(rèn)為只要是輕鋼結(jié)構(gòu)，就可以任憑加層，這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，導(dǎo)致的后果也是嚴(yán)峻的。

原有建造物在其使用壽命內(nèi)因?yàn)榈卣?、濕度、風(fēng)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(jì)劃前，首先要弄清該建造物的增層可行性程度，要對(duì)建造物做全面的平安鑒定，包括對(duì)建造的地基承載力和承重構(gòu)件的驗(yàn)算。一個(gè)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(jìng)有多大。應(yīng)由專業(yè)人員在對(duì)原設(shè)計(jì)舉行審核驗(yàn)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(guò)全面的鑒定與綜合分析，認(rèn)為確有可能時(shí)，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(guó)內(nèi)的討論工作，主要以詳細(xì)的工程實(shí)例為背景，因?yàn)楝F(xiàn)行《建造抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB50023-95)考慮到房屋加層的狀況比較復(fù)雜，對(duì)此問(wèn)題未做明文規(guī)定，僅在條文說(shuō)明中做了簡(jiǎn)要說(shuō)明，致使地震區(qū)房屋加層的抗震設(shè)計(jì)和鑒定至今仍無(wú)章可循，各地在舉行房屋加層設(shè)計(jì)時(shí)所采納的標(biāo)準(zhǔn)很不全都，沒(méi)有系統(tǒng)的此類建造的地震資料及實(shí)驗(yàn)資料可供參考，而且抗震設(shè)