浅谈混凝土结构屋顶加建轻钢结构设计

浅谈混凝土结构屋顶加建轻钢结构设计

张月慧

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摘要：混凝土结构顶层实施轻钢筋结构的加建，也就是在原有混凝土结构体系的基础之上，使用竖向传递构建的顶端，并通过对化学植筋方式的应用，使锚栓根能够与原有结构内部进行根植，同时将新建的轻型钢结构体系与原有的混凝土体系进行有效连接，从而形成一个结构整体。从建筑功能的角度来看，经过加建轻钢结构的建筑物，其具有更加灵活的布置空间，能够对居民的生活需求进行更加有效的满足；从结构的角度来看，通过加建轻钢结构，建筑原有的受力性能发生了一定程度的变化，一般来说，该结构的竖向作用计算以及水平方向的地震作用计算变化相对较为明显。

关键词：混凝土结构；屋顶；轻钢结构；设计

根据当前我国多高层建筑的情况来看，其主要应用的结构为钢筋混凝土结构，并且其具有良好的抗震性能，所以应用范围越来越广泛。与此同时，随着我国经济水平的不断提升，建筑功能越来越多元化和人性化，所以对于当前所具有的混凝土建筑功能，也就提出了越来越高的要求。需要以原有建筑屋面为基础进行相应的加层工作，特别是在既有混凝土结构屋面上对轻钢结构进行加建。这一类建筑能够对混凝土结构存在的不足之处进行有效弥补，并能够对室内风格要求进行更加灵活的落实，从而能够更加有效的对现代化的建筑物设计标准进行满足，不仅能够实现建筑物使用效率的提升，还能够强化其安全性，可见混凝土结构屋顶加建轻钢结构设计工作对于我国建筑行业的发展能够起到重要的推动作用。

一、混凝土结构屋面加建轻钢结构设计现状

当前建筑顶层加建轻钢结构，对于建筑受力性能已经产生了一定程度的改变，属于超限结构的范围之内，所以在开展设计工作的过程中，不仅应该针对新建轻钢结构自身开展新型的计算工作，还应针对原有结构树立性能进行计算，所以总体计算难度相对较大。当前可用的设计方法主要以新建轻钢结构设计计算结果为基础，同时对设计经验进行应用，以能够对原有结构进行相应的把控或是处理，以促使加建轻钢结构的需求能够做到良好满足。

二、混凝土结构屋面加建轻钢结构设计注意问题

（一）对建筑物的抗震设计进行重视

以建筑物的抗震等级为基础，实施顶层加建钢结构的设计工作。在不同地域之中对不同用途的建筑物来说，其所具有的抗震等级各不相同，并且新建钢结构能够对已有结构体系的抗震性能产生重要的影响，所以对于这一类型建筑物的抗震计算工作来说，有必要进行相应的强化，并且其抗震构造措施，同样需要进一步加强。实施顶层加建轻钢结构施工之后，结构整体的刚度、质量以及周期均会发生大幅度的变化，所以不仅需要对新建结构进行相应的抗震设计，对于原有的结构，同样需要进行科学、合理、规范的抗震设计工作[2]。

（二）注意对温度进行有效控制

一般来说，原有结构顶层的温度相对较高，开展设计工作的过程中，易对其温度控制工作进行忽视，也就会导致顶层加建的轻钢结构受到温度因素的影响，并出现墙壁破裂等不良情况，同时其保温性能也会在一定程度上下降。所以，需要对钢结构的温度进行严格的控制，尽可能避免温度应力导致钢结构受到不利影响。

（三）对基础承重进行负荷设计工作

因为加建轻钢结构自身所存在的重量能够导致已有的基础承载负担增加，所以在开展设计工作的过程中，为了避免安全隐患发生，必须促使整体建筑的基础负荷小于原有结构基础设计的承载力，也就需要对原有结构图纸中的配筋要求以及设计尺寸等级进行相应的计算，以对其中的承载力进行复核。若存在承载力不足的情况，则在开展加建工作之前，需要首先进行相应的加固处理工作[3]。

（四）针对梁提出的要求

因为新建结构与原有结构之间的关系相对较为特殊，所以要求原有梁的截面宽度在200mm以上，高宽比在1:4以上，钢筋应与相关规定完全符合，同时促使量的高度得到提升，以强化整体的抗震性，在对梁上柱进行设计时，要求梁中线能够与钢柱的中线进行重叠，并实现双向的布置设计，同时强化新建钢梁的强度、高度以及稳定性的计算工作，对于钢梁截面，则应首选“工”字形截面或是“H”形截面。

（五）对于柱提出的要求

以原有柱子为基础，对钢柱进行新建的过程中，要求原有混凝土柱子截面的宽度以及高度均在300mm以上，圆柱的直径应在350mm以上，截面的短边与长边比应在1:3以下，同时，将柱子单侧纵向钢筋的配筋率控制在0.2%以上。进行新建的过程中，要求原有与新建两根柱子的外形以及中心均能够重合，且应以实际情况为基础，对等截面或变截面的柱子进行相应应用，同时注意对柱截面的强度、高度以及稳定性进行计算。

（六）开展连接设计工作的要求

根据相关设计要求，对钢柱柱脚进行设计，主要可以分为两个类型，分别为铰接和刚接。对于无吊车轻钢结构来说，一般应采用铰接柱脚。通过化学植筋的应用，钢柱可以与原有的混凝土柱进行有效连接，在此过程中，化学植筋所起到的作用即为铰接作用，其所扮演的角色，则为柱脚锚栓，而在混凝土柱之中，锚栓的埋置深度可以实现不同的拉力作用，从而能够对柱子与混凝土之间的粘结力进行有效传递。钢柱与钢梁二者之间的连接则属于刚性连接，进行连接的接点处存坡口焊，主要用于对下翼缘板以及钢柱翼缘进行连接，并且钢梁腹板与钢柱翼缘之间所应用摩擦型高强螺栓，能够实现的是栓焊刚性连接；与此同时，通过对梁端焊接端板以及柱翼缘穿螺栓进行连接，可以对梁柱连接进行应用。对刚性连接进行应用，在

“人”字形屋脊处，钢梁能够与常规的梁端焊接端板进行连接，并通过对其上的高强螺栓进行应用，实现对于屋脊的刚接处理工作[5]。

结束语：

一直以来，在高层建筑工程建设的过程中，安全问题均能够受到广泛关注。在当代建筑行业中，混凝土结构屋顶加建轻钢结构已经得到越来越广泛的应用，其不仅能够促使建筑整体的抗震能力得到增强，还能够为居民的生活和工作提供更加良好的空间环境。以此为基础，为了促使钢结构的安全性能够得到保障，有必要对其中的设计问题进行强化，要求相关工作人员能够对抗震设计、温度、承重、梁、柱以及连接工作进行重视，以保障工程建设的质量能够不断得到提升，进而保障居民的安全以及推动我国建筑行业得到良好发展。

参考文献：

[1]杜秀丽.混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构设计探讨[J].商品与质量,2020,(3):281.

[2]潘秀珍,刘婉莹,杨水成, 等.外包钢节点用于混凝土框架-轻钢增层复合结构的整体抗震性能分析[J].工业建筑,2018,48(9):152-160.

[3]贾穗子,曹万林,任乐乐.装配式轻钢框架-带暗支撑轻墙体组合结构抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2018,39(11):48-57.