摘要：钢结构加层是将钢结构作为主受力骨架，与主体建筑结构连在一起，共同承担房屋荷载作用。本文阐述了建筑工程室内钢结构的加层设计。
关键词：建筑工程；室内钢结构；加层设计
钢结构室内加层技术具有受力清晰、构造简单、自重轻、强度高、延性好、布局灵活、干作业、对主体结构影响小、制造安装周期短，材料可回收利用，符合可持续发展的战略要求。因此，钢结构是室内加层结构的理想选择。
一、钢结构优点
1、空间大。利用钢材强度高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能合理分隔，灵活方便，创造开放式建筑。钢管或钢骨混凝土柱子充分合理利用了钢和混凝土的料特性，提高相应的强度来缩小截面，其抗压、抗侧弯强度，均比混凝土柱高1.5倍，增加了抗强震的能力，增大了有效空间。比起传统的结构，能更好的满足建筑上大开间、灵活分隔的要求，并可提高使用面积率5％～8％。
2、施工周期短。钢结构构件可实行工厂化生产，现场安装。工厂化生产致使施工周期缩短，是钢结构建筑一个较明显的优势。同时由于现场作业量小，对周围环境污染少。
3、抗震性能好。由于钢结构与传统的混凝土结构相比较，具有重量轻、强度高、抗震性能好等优点。适合于活荷载占总荷载比例较小结构，更适合于大跨度空间结构、高耸构筑物并适合在软土地基上建造。这一优点钢结构明显好于普通钢筋混凝土结构。
4、可循环利用。钢结构及其配套技术的相应部件，绝大部分可工厂化制作，实现产品化。钢结构住宅的材料，具有可再生利用性、可改造性。
二、钢结构加层的重要作用
在社会经济快速发展下，我国钢结构产业的发展得到了有力的推动，因此，房屋加固加层行业也逐渐发展起来，房屋加固加层是对既有的房屋进行加固改造加层。在改革开放前，我国大部分房屋都是低层建筑，这些建筑的抗震设防等级较低，不仅对人们的生活造成了一定的安全隐患，同时这些既有的建筑也无法满足社会发展需求。因此，对已有的建筑物进行加层加固改造是完善建筑功能的一种重要途径。房屋加层改造技术不仅能有效缓解城市建设用地紧张的问题，同时也能提高既有建筑的安全性和稳定性。
三、建筑结构钢结构加层和改造的方案
1、直接加层和改造方法。这一方法主要以原来建筑为基础，实施加层与改造，不使原来建筑承重系统和平面的布置得到改变，这一方法施工的速度较快，施工相对简单便利。主要使用在原来承重的结构和地基承载力形变能力可满足直接加层和改造，或在加固与处理后能直接进行加层和改造的建筑。
2、使荷载的传递得到改变的加层和改造方法。这种方法主要是原来建筑承重结构无法实现加层的要求，或建筑使用的功能出现了变化，需改变建筑原来平面和结构的设置及传递荷载的途径等进行加层和改造。这种方法适用在原来建筑墙体的结构具备一定的承载力时，对原来建筑部分的墙体和局部位置进行加固和处理，以便切实满足建筑加层和改造的需求。
3、外套结构跃层加层与改造法。即在原结构外增设外套结构（框架-剪力墙或框架等），使加层与改造后的荷载通过外套结构传给基础的加层与改造方法。该方法可使原有房屋与加层新建的建筑物间不存在承重关系，原有房屋被包在外套结构内，外套结构的柱基可利用原结构加固后的基础，也可在原有基础外部重新布置，这样避免了加层部分的荷载传到原有房屋的不利影响。适用于需改变原房屋平面布置或改变使用功能要求、原承重结构及地基难以承受过大的加层与改造后荷载的房屋。
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四、既有建筑顶部钢结构加层设计方法
1、建筑钢结构加层结构的形式。建筑结构合理加层的方案需要追求对结构进行布置规则的一致性，而且抗侧的刚度和质量也要均匀对称，刚度和质量的中心需接近或重合，这样能有效降低在地震的作用下出现的扭转现象，若加层的层数不断增多，需对竖向的位置进行关注，不能存在薄弱部位，进而提升加层结构设计抗侧的刚度。直接加层方案有平面和空间两种不同的结构形式，其中，平面的结构主要有门式钢架和平面的排架等不同形式，空间结构主要以钢框架为典型，加层钢柱的柱脚则主要是铰接和刚接两种不同的形式。根据加层的层数进行分类，主要有单层和多层两种形式，其中，单层主要借助门式钢架的结构，而多层则主要借助钢框架结构。多层的钢框架结构加层根据是否存在柱间的支撑，还可分为无侧移框架和有侧移框架两种形式。
2、加层柱脚节点构造。钢结构加层节点构造除柱脚节点构造较为复杂外，其余节点构造均为常规钢结构构造。由于钢结构加层柱底生根先天性不足，钢结构加层柱底按铰接处理，柱底主要产生竖向力和水平剪力，竖向力可直接传递至下部原混凝土框架柱；水平剪力却不能有效传递，因混凝土框架顶层柱节点区钢筋锚固复杂，不能凿开孔洞直接放置抗剪键，另外由于柱脚锚栓不能传递剪力。化学植筋所用锚固灌浆的性能，应满足《混凝土结构后锚固技术规程》，原有构件上打孔时，先用探测仪测出构件中钢筋的位置，并标在构件上，检查孔的位置是否会碰到钢筋，施工缝处理原则为：①将连接表面凿毛，露出原有钢筋，且不得小于1mm；②用钢刷将表面松动层清理干净，并用高压水冲洗表面；③刷1：1水泥浆一道，约3小时后浇混凝土振捣，2次凝固。
3、钢结构造成的下部结构加固。建筑顶部钢结构加层设计的难度一般都超过了建设新的房屋建筑，在开始加层前需对原来建筑设计和施工等具体情况进行详细的分析，并由相关单位给出建筑抗震性能鉴定的报告，然后在对是否加固进行决定，对腔骨加固和抗震加固进行选择，一般来说加层时都要进行加固，这样能防止出现隐患，避免在出现地震时发生严重后果。下部的结构若是砖混结构，对加层进行计算时需对原来建筑的承载力进行验算，并对加固的方式进行合理的选择。下部的结构若为钢筋混凝土框架的结构，主要使用外部粘刚加固法、预应力加固法及加大界面加固法等。
五、建筑抗震性能影响的因素
1、不同的夹层层数产生的影响。建筑的层数若增加，原来房屋的结构周期和刚度都会有很大的变化，这是借助侧移钢框架进行加层，整体结构的前八阶振型自振的周期会随加层的层数增加，周期也不断加长，而且第一振型的周期也会由一开始不断增加。若存在侧移钢框架的加层，底部框架柱的层轴力、剪力及最大的轴压比也会出现相应的变化，加层后整体结构的周期增长，水平地震的影响系数会降低，底部的剪力也稍微降低。加层钢框架与原来结构的顶层进行连接的部位，刚度会有很大变化，容易产生结构的薄弱层，加层与原来的结构由两种性能不同的材料组成，两者在遇到地震时动力的特性也不同，很可能出现震害，所以在进行设计时，需对新、旧结构的整体性进行强化。
2、有无侧移框架形式产生的影响。阶层有无侧移框架，其整体的结构振型基本相同，一阶振型会沿y轴进行平动，二阶振型为沿扭转振型，三阶振型则沿x轴平动。所以，加层钢框架在增设柱间的支撑后，结构层的轴力会增加，钢框架的加层中，不同的层间剪力会降低，原来结构中不同层间的剪力则加大，加层后底层的层间剪力也会比原来结构的底层剪力稍高。底层的层间位移角会随加层的层数增加而不断增加，由于设计了柱间支撑，层间的位移角变化较均匀，说明加层钢框架结构设置纵向和横向柱间支撑，能使钢结构的加层增大，层间的位移角减低。
六、结语
在建筑工程满足安全和舒适度的同时，在室内加层设置时，需满足建筑净空的要求，这就要求设计合理的室内加层结构形式，并选取合适的结构材料和结构构件截面，从而保证建筑功能最大限度的实现。
参考文献：
[1]邢杰.室内钢结构加层设计分析研究[J].建筑科学，2014（O1）：
[2]张玉.建筑工程室内钢结构加层设计探讨[J].江西建材，2016（01）.
[3]甘东伟.建筑工程室内钢结构加层设计探讨[J].建筑工程技术与设计，2016（27）.
论文作者:王钢
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/30
标签：结构论文; 钢结构论文; 建筑论文; 剪力论文; 框架论文; 荷载论文; 房屋论文; 《基层建设》2019年第6期论文;