加层设计方法（共7篇）
加层设计方法 篇1
在以往的城市住宅工程建设过程中,主要的建筑形式为底层建筑,然而在这种高度较低的建筑工程中,往往存在着空间利用率第、设防标准低等问题。所以对这些建筑进行加层改造的必要性确实存在,通过加层的方式可以改善房屋结构、完善使用功能。建筑顶部钢结构加层设计具有很多优点,安全性也比较好,相对经济,所以得到有效的推广。但是从实际情况来看,这种方式还存在一些问题,一般只是对加层的部分进行详细的设计,但是借助钢结构对建筑加层之后,建筑结构中整体的周期、质量和刚度等都出现了很大变化,只是对建筑加层的部分进行详细的分析就缺乏安全性,还要分析建筑物整体的结构,确保整个建筑的质量。
1 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比较快,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以满足直接加层和改造,或者在加固与处理后能够直接进行加层和改造的建筑。比如,清华大学的主楼建成于上世纪五十年代,为了使主楼建筑的面积得到增加,满足学校和学生使用的需要,实现对立面的造型进行优化目的,就直接在原有建筑的上部增设两层,一些部位则增加了三层。
(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,或者建筑使用的功能出现了变化,需要改变建筑原来平面和结构的设置以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)外套结构跳跃加层和改进方法。这一加层和改造的方法主要是指建筑原来的结构之外,增设一些外套结构,加层和改造后的荷载能够借助外套结构向基础传递,这一方法主要适用在原来的建筑与新建的加层间没有承重的关系,外套结构把原来建筑围在内部,外套结构的基础能够以原来建筑结构为基础,还可以在原来建筑基础外重新进行布置,进而使加层的荷载传递给原来建筑的不利作用得到有效的避免,主要在需要对原来建筑结构承重的结构以及适用的要求进行改变的房屋内使用。
2 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要接近或者重合,这样能够有效的降低在地震的作用下出现的扭转现象,如果加层的层数不断增多,需要对竖向的位置进行关注,不能存在薄弱的部位,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,还可以分为无侧移框架和有侧移框架两种形式。
(2)多层顶部钢结构加层柱脚节点的设计。上文说到,柱脚一般有铰接与刚接两种不同的形式,其中,铰接形式的柱脚只受到来自水平的脚力与轴向的压力,而刚接形式的柱脚不同,不仅会受到来自水平的脚力与轴向的压力影响,还会受到由加层传递的弯矩的影响。经过计算可以得出,对刚接形式的柱脚来说,如果其只有风荷载,没有屋面的活载,加层结构基础的设计就会有很大的偏心距。在实际的过程内,柱脚一直都存在锚栓的预紧力,借助有限元模型进行分析可以得出,存在的预紧力能够使柱脚的抗剪承载力得到提高。在对柱脚进设计时,抗剪的条件也需要满足相应的要求,在具体设计的过程中,需要同时对锚栓的拉应力与混凝土的压应力增加等进行全面的考虑。
(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,在开始加层前需要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,这样能够防止出现隐患,避免在出现地震时发生严重后果。下部的结构如果是砖混结构,对加层进行计算时需要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。下部的结构如果为钢筋混凝土框架的结构,主要使用外部粘刚加固法、预应力加固法以及加大界面加固法等。
3 建筑抗震性能影响的因素
(1)不同的夹层层数产生的影响。建筑的层数如果增加,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。如果存在侧移钢框架的加层,底部框架柱的层轴力、剪力以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则会降低,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,刚度会有很大的变化,很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,就很可能出现震害,所以在进行设计时,需要对新、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,加层钢框架在增设了柱间的支撑后,结构层的轴力会增加,钢框架的加层中,不同的层间剪力则会降低,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,层间的位移角变化比较均匀,而且第五层没有出现薄弱层,这说明加层钢框架结构设置纵向和横向柱间支撑,能够使钢结构的加层增大,层间的位移角减低。
(3)不同的阻尼比产生的影响。原来建筑结构框架的阻尼比为0.05,钢框架结构的阻尼比是0.02,经加层后,结构的阻尼比在0.02-0.05间,根据不同加层,其阻尼比也出现了变化。随加层的楼层增加,建筑整体的结构周期也在增加,层间的位移角和底层层间的剪力没有太大的变化,第五层层间的位移角和层轴力有较大的增加。阻尼比增加,层轴力、剪力和层间的位移角都降低,因此对加层进行设计时,需要和原来建筑结构的减震耗能设计相结合,对加层的结构和侧向的刚度比等进行科学的调整。
4 结语
综上所述,对既有建筑的顶部采取钢结构加层设计具有重要的意义,需要引起相关人员的重视,不断对其进行改进和完善,切实发挥出加层的作用,提高建筑质量,促进整个行业的发展。
摘要：建筑行业在国民经济中占据重要地位,和人们的生活有紧密的联系,进入新世纪以来,建筑行业也获得了很大发展,人们对其质量要求也不断提高。建筑的顶部钢结构加层设计对整个建筑工程的质量都有很大影响,其下部的结构一般是砌体的结构或者钢筋混凝土框架结构,属于新组成的复合式结构。这种技术应用的范围不断扩大,施工比较便利,自重也比较轻,受到地震的影响比较小,本文主要对既有建筑顶部钢结构夹层的结构设计方法进行详细的分析,以便促进建筑质量的提高。
关键词：建筑,顶部,钢结构加层,结构设计,方法
参考文献
[1]王国忠.浅谈建筑顶部钢结构加层的架构设计[J].房地产导刊,2014(35).
[2]李东良,孙英磊.建筑顶部钢结构加层的架构设计分析[J].城市建筑,2015(15).
[3]缪效东.既有建筑结构顶部钢结构加层抗震性能分析[D].西南交通大学,2012.
加层设计方法 篇2
2014年10月28日凌晨, 广东省韶关市曲江区白土镇中乡村委会城口新村黄某家, 被人入室盗窃, 被盗现金50000元及一枚女式黄金戒指, 共损失价值约为人民币52300元。经技术员现场勘查, 现场为乡镇街道与农村结合部, 受害者的房屋位于四通八达的巷道内, 屋后是一片菜地, 位于一楼被盗的房间窗户正对着这片菜地。经初步排查, 可以排除从门进入的可能性, 打开勘查灯对该窗户玻璃的仔细观察, 发现玻璃外侧有若干灰尘形成的加层指印, 根据指印形成的方向系从外侧推开玻璃的动作推断, 该处就为作案出入口位置, 且该指印应该就为犯罪嫌疑人所留。因现场环境所限, 且灰尘指印不好直接处理, 所以便将整块玻璃从窗户卸下带回。
2 检验器材及试剂
2.1 检材情况
该窗户为普通铝合金边框窗户, 手印类型为灰尘。虽客体为光滑表面, 但因为是加层的灰尘指印, 所以常规的磁性粉末、“502”熏现等方法均不能使用, 像这种情况用任何化学的方法处理, 基本都可能会破坏指印;我们应遵守“先无损后有损”原则, 在灯光的配合下直接用拍照的方法将其固定, 但应在什么环境下, 如何打灯拍照的效果最佳呢?现将处理过程报告如下:
2.2 器材和环境
暗室一间, 无暗室的话应关好门窗, 拉上窗帘、遮光布等, 尽量营造出黑暗的环境;Nikon D7000照相机一台;三脚架一个;多波段光源一台;平面足迹勘查灯一台。
3 检验、拍照
把整块玻璃带入暗室, 竖直与地面呈90度角固定 (注:该系列指印留于玻璃外侧, 笔者把留有指印的一侧称为正面) 。首先在客体背面打白光呈45度角, 照机固定在三角架上置于背面与客体水平高度呈90度垂直拍照固定;然后将相机调整到客体正面水平高度呈90度垂直, 光源位置不变拍照固定;再把整块玻璃平放于地面, 正面朝上, 用平面足迹勘查灯呈0度角平行照射, 最后拍照固定。
4 结论与体会
对三种方式处理的结果进行比较 (见图1—图3)
笔者发现对于客体表面上加层或减层的灰尘指印, 由于指印类型特殊, 灰尘易脱落变形, 本身极易受到外部环境干扰, 如用化学方法去处理, 更是对指印会造成不可挽回的破坏。在无损照相方法中, 相机与光源反侧及客体光源平置照相法, 用合理的配光角度, 反差弱的纹线整体呈连贯状态, 效果较为理想。
通过上述方法, 成功地提取到了玻璃外侧的指印, 达到了很好的条件输入到指纹二级点进行比对。
为抛砖引玉, 笔者认为, 运用以上方法应注意以下几点:
a.该类型指印极易受到破坏, 应对其与客体尽量做到整体提取, 尽快拿到合适的环境进行照相固定。
b.多尝试几种光源、配光的角度、正反面的照射, 以求达到最佳的处理效果。
c.选择较小光圈 (一般为F9) 拍摄, 增加景深, 降低玻璃表面粘附杂质、尘灰带来的对焦不便现象产生。
参考文献
[1]魏晨光等.数字图像在刑事技术中的应用[J].刑事技术, 2004.
[2]管廷明等.数字图像技术在痕迹检验中的应用[J].刑事技术, 2003.
[3]荆亚雄.浅谈数码相机在刑事照相中的运用[J].刑事技术, 2001.
旧房加层设计的探讨 篇3
关键词：旧层加层,抗震鉴定,抗震设计
1、目前各地采用的方法
1.1主张按加层后的房屋总层数和总高度, 用建筑抗震鉴定标准的要求对旧房屋部分进行加层抗震鉴定和抗震设计:对新建部分 (加层加高部分) 进行抗震设计。其理由是:适当放宽加层房屋的抗震要求, 尽量减少加层房屋的加固工作量, 以利于降低造价, 及加层施工尽量不影响旧房的使用。
1.2主张对旧房部分用建筑抗震鉴定标准的要求进行加层抗震鉴定和抗震设计, 对新建房部分用建筑抗震设计规范的要求进行抗震设计。其理由是:旧房已成事实, 完全按建筑抗震设计规范的要求进行加固困难较大, 故对其适当放宽。而新房部分按建筑抗震设计规范的要求进行设计无困难, 故不放宽。
1.3主张对旧房部分用建筑抗震设计规范的要求进行加层抗震鉴定和抗震设计, 对新房部分用建筑抗震设计规范的要求进行抗震设计, 其理由是:使加层房屋新旧两部分抗震能力相匹配。
1.4主张对旧房部分用建筑抗震设计规范的要求进行加层抗震鉴定和抗震计算, 提高一度采取抗震构造措施, 对新建部分用建筑抗震设计规范的要求进行抗震设计。其理由是:考虑旧房屋抗震不利因素较多, 故对其采取加强措施。
1.5主张以建筑抗震设计规范为主, 参照建筑抗震鉴定标准的要求, 对加层房屋进行抗震鉴定和抗震设计, 其理由是:采用两种标准结合使用比较现实合理。
1.6主张对旧房区别对待, 当旧房为按新建筑抗震设计规范设计时, 此时应对加层新旧两部分均严格按照新建筑抗震设计规范的要求进行抗震鉴定和抗震设计, 当旧房为按旧建筑抗震设计规范设计时, 对加层房屋新旧两部分也可按旧抗震设计规范要求进行抗震鉴定和抗震设计。其理由是:这样可使加层房屋新旧两部分的抗震能力保持一致, 比较经济合理。
2、存在的问题
上述六种意见, 各有一定的道理, 但也均存在问题, 值得进一步研究探讨。
方法一存在的主要问题是:对新建房屋都要求按现行国家标准建筑抗震设计规范进行设计, 而加层房屋由新房和旧房两部分组成, 即使是对旧房进行抗震加固也比新建房屋抗震能力差, 如若采用比建筑抗震设计规范低的标准 (抗震鉴定标准) 对加层房屋进行抗震鉴定和抗震设计, 则显然房屋的抗震能力更差, 故不宜采用此法。
方法二存在的主要问题是:对加层房屋的新旧两部分采用不同的设计标准, 尤其是对旧房屋部分采用较低的设计标准不够合理, 造成加层房屋抗震能力上强下弱, 对抗震很不利。
方法三存在的主要问题是:虽然比较科学合理, 得不够全面, 如若采用分离式加层结构方案, 此方法就不适用, 对与外套结构完全分离的旧房没有必要按建筑抗震设计规范的标准进行抗震鉴定和抗震设计。
方法四存在的主要问题是:对旧房部分按抗震设计规范的要求提高一度采取构造措施, 标准偏高且对旧房来说难以满足要求, 加大了加层设计施工的难度, 提高了房屋加层造价。
方法五存在的主要问题是:规定的太原则, 具体执行起来困难太大。
方法六存在的主要问题是;造成加层房屋采用的抗震鉴定标准和抗震设计规范不统一, 使一部分加层房屋达不到现行国家建筑抗震设计规范的要求。
3、建议
首先应当明确指导思想, 即对加层房屋的抗震要求应比新建房屋更严一些好, 还是放宽一些好, 还是不严不宽好?此问题解决后, 本文所讨论的问题也就比较容易解决了。笔者认为:对加层房屋采用的抗震鉴定和设计标准不应低于对新房屋采用的标准, 也不宜采用比新建房屋更严的标准, 建议采用与新建房屋相同的标准。
加层房屋虽也有一些有利的因素, 但不利因素更多, 如旧房屋部分已使用多年, 新旧部分连接整体性较差, 对加层时加固的房屋不宜采用比新建房屋低的设计标准。若采用比新建房屋高的设计标准, 则需要更多的投资, 加大了加层房屋加固的工程量和施工难度, 难于执行。采用与新建房屋相同的设计标准符合我国国情, 比较经济合理, 安全度也有保证, 比较合适。根据调查, 我国已有加层房屋多数是这样做的, 我国正式出版的有关旧房改造 (含加层) 的专著也均主张按现行设计规范的标准进行设计和计算。既然对旧房的承载能力应按设计规范的标准进行设计验算, 对旧房的抗震鉴定 (包括抗震横墙间距、构造柱、圈梁设置、房屋总高度、总层数限值、高宽比限值、局部尺寸限值等) 也应以抗震设计规范为标准。
加层设计方法 篇4
1 直接采用下部原有结构阻尼比的方法
该方法认为加层后的结构中轻钢加层的层数较少, 下部原有结构不管是砌体结构还是钢筋混凝土结构都仍为加层后的主体结构, 所以此方法一般取加层后新结构的总体阻尼比为0.05。这种方法虽然比较简单直接, 但是直接采用下部原有结构的阻尼比来计算加层后结构的地震反应, 会使计算的结构地震力偏低, 忽略顶部加层结构的“鞭梢”效应, 给结构设计带来安全隐患。
2 采用折算阻尼比的方法
此方法是以结构中具有不同阻尼比构件的刚度为权重算出的整体结构的折算阻尼比。这种方法相对来说也较明了宜采用, 但是和第一种方法有类似的弊端。采用折算阻尼比计算加层结构的地震反应, 会相应的低估结构的动力响应, 也会使顶部加层结构的“鞭梢”效应比实际减小, 同样存在结构设计安全性不足的问题。
3 采用瑞雷阻尼法确定的方法
瑞雷阻尼理论主要用于多自由度体系, 它是假定结构体系的阻尼矩阵[C]为质量矩阵[M]和刚度矩阵[K]的线性组合, 即:
[C]=a[M]+b[K] (1)
其中, a, b均为常数, a为质量阻尼系数, b为刚度阻尼系数。它们是根据结构参考振型的圆频率和阻尼比求出的:
其中, ω1, ω2均为两个参考振型的圆频率;ζ1, ζ2均为两个参考振型的阻尼比。
根据振型的正交条件, 可以确定振型阻尼比:
因为是通过任意两个振型计算结构的阻尼比, 所以这种方法没有很好的考虑阻尼随频率和振型的变化, 会在较大的频率范围内过大或过小估计了结构的阻尼特性, 会造成对结构抗震性能不合理的评价。
4 能量法
一种能量法是利用复阻尼理论[1]:认为阻尼应力与弹性应力Eε成正比, 而与变形速度ε同相, 所以可得复阻尼应力为irEε, 其中, r为阻尼系数。
设整个结构第j振型向量为[A]j, 则第j振型的阻尼力为:
F=irj[K][A]jqj (5)
其中, qj (j=1, 2, …, n) 为依赖于时间的简单变量, 称为振型坐标。
如结构按j振型振动一周, 结构耗能可用下式表达:
ΔW=∫T0[A]TjqjFdt=∫T0[A]Tj[K][A]jq2jirjdt (6)
对于轻钢加层的复合结构按j振型振动一周, 上部加层结构和下部原有结构分别耗能可表示如下:
ΔW上=∫T0[A]Tj2[K2][A]j2q2jir2dt (7)
ΔW下=∫T0[A]Tj1[K1][A]j1q2jir1dt (8)
其中, [K1], [K2]分别为下部原有结构、上部新加层结构的刚度矩阵;[A]j1, [A]j2分别为下部原有结构、上部新加层结构的振型向量;r1, r2分别为下部原有结构、上部新加层结构的阻尼系数。
由能量守恒定律ΔW=ΔW上+ΔW下得:
∫T0[A]Tj[K][A]jq2jirjdt=∫T0[A]Tj2[K2][A]j2q2jir2dt+∫T0[A]Tj1[K1][A]j1q2jir1dt (9)
分别写出相应的振型向量和刚度矩阵, 可以得出下式:
现在把阻尼系数rj换算成阻尼比ζj, 考虑到最不利的情况, 即发生共振时, ζj=rj/2。所以式 (10) 变为:
其中, ζ1为原结构阻尼比;ζ2为增层部分阻尼比, 这样根据公式与已知振型向量、刚度矩阵及上下结构的阻尼比, 即可求出加层后复合结构任意振型相对应的阻尼比。
还有一种是基于应变能的能量法来计算加层结构的阻尼比[2]:单自由度振动体系中, 具有粘性阻尼特性的阻尼比, 可以定义为谐振动中的耗散能和结构中储藏的应变能的比值:
其中, ED为结构的阻尼耗散能;Es为结构的应变能。
在多自由度体系中, 通过假定结构的变形与振型形状成比例、单元的阻尼与单元的刚度成比例, 可以得出单元的消散能和应变能的计算如下:
下部原有结构由于阻尼消耗的能量和应变能为:
ED (1, j) =2πζ1[A]Tj1[K1][A]j1 (13)
同理, 上部新加层结构由于阻尼消耗的能量和应变能为:
ED (2, j) =2πζ2[A]Tj2[K2][A]j2 (15)
其中, ED (1, j) , ED (2, j) 分别为下部原有结构, 上部新加层结构在第j振型下阻尼消散的能量;Es (1, j) , Es (2, j) 分别为下部原有结构, 上部新加层结构在第j振型下的应变能。
因为加层后的复合结构阻尼所消耗的能量为上部新加层结构和下部原有结构消耗能量之和, 为式 (13) 和式 (15) 相加, 所以复合结构的应变能为式 (13) 和式 (15) 相加。
组合后结构的阻尼比为:
其中, [A]Tj[K][A]j为结构整体应变能, 等于[A]Tj1[K1][A]j1+[A]Tj2[K2][A]j2。K为结构整体刚度。可以看到式 (17) 和式 (11) 两者是完全相同的, 这就说明两种确定轻钢加层结构阻尼比的能量法是殊途同归的, 相对于前面几种确定加层结构阻尼比的方法, 能量法相对来说考虑了结构的阻尼随频率和振型变化的特点, 能够较合理的估算出加层后复合结构的阻尼特性, 从而合理的估算出加层结构在地震作用下的动力响应, 避免了前面几种方法的一些缺陷。但是由于它是一种强迫解耦法, 也会存在一些误差, 相对来说可利用其来设计较为合理经济的结构。
5结语
对于采用了不同材料加层后的复合结构阻尼比确定的问题一直是工程界中尚未完全解决的问题, 前面所列举的方法具有各自的特点, 有的方法简单但是会造成很大误差, 有的方法理论相对精确但计算较复杂, 还未能广泛应用。
参考文献
[1]吕凤伟, 曹双寅, 宗钟凌.轻钢增层阻尼比确定的能量法[J].工程抗震与加固改造, 2008, 30 (5) :100-106.
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[3]刘昱, 高小旺, 张涛.基于SAP2000的轻钢加层结构的抗震性能分析[J].工程抗震与加固改造, 2008, 30 (6) :100-102.
[4]赵干荣, 金旭, 张建明.阻尼计算方法对轻钢增层结构地震反应的影响[J].四川省建筑科学研究, 2009, 35 (2) :168-171.
[5]田慧, 王依群.混凝土房屋钢结构加层抗震分析[J].天津建设科技, 2009, 2 (2) :23-25.
[6]骆甜.轻钢加层结构的地震反应分析与研究[D].合肥:合肥工业大学硕士学位论文, 2007.
钢结构市场加层设计 篇5
重庆市巴南区某综合市场, 原建筑为单层建筑, 钢框架结构, 平面为三角形 (见图1) 。该建筑未封墙, 为开敞式建筑, 功能为综合市场。因建设方业务需求, 拟将该建筑改建为三层, 功能仍为综合市场。改建工程在建时, 仍需保证一部分使用空间, 即边施工、边使用。这为设计和施工都带来了不小的难题。
1 方案确定
原建筑屋面为轻钢屋面, H型钢钢梁, 屋面材料为C型檩条和0.426 mm单层波形钢板。檐口柱顶标高7.1 m, H型钢和柱顶铰接。
建设方需要尽快恢复使用功能, 尽量减小由于改扩建为商户带来的影响, 要求改建时需要保证至少一半面积可以使用。因钢结构施工速度快, 故改建结构仍需采用钢框架结构。综合考虑, 将原有顶盖保留, 用作改建后建筑的屋顶, 同时也可利用现有材料, 减少浪费。改建后一层层高4.5 m, 二层层高3.9 m。可将二层钢梁安装完毕后, 将屋盖整体提升, 再安装三层钢梁。待二层楼面施工完毕后, 一层空间便几乎可全部利用, 现有功能便可尽快恢复。
原结构有钢柱共7根 (见图1) , 采用D351x9焊接钢管, 钢材排号Q345。增加层数后考虑楼面梁的合理跨度, 柱数量需增加, 原有柱保留。钢柱和基础施工时无需占用太多操作面, 且施工2层楼面采用钢梁, 压型钢板组合楼板结构形式, 钢板直接作为混凝土楼板的底模, 在安装过程中均无需占用过多操作面。故本方案能保证施工时底层留有足够的使用面积, 且施工方有实施的可能性。
经以上论证, 该方案可行。但因安装过程中现场需使用, 所以需注意施工安全, 应由施工单位作好专项安全方案设计。
2 初步设计
(1) 重庆市巴南区抗震设防烈度为6度, 设计基本地震加速度:0.5 g, 设计地震分组:第II组。以稍密卵石作为持力层, 地基承载力特征值为200 kPa, 基础底标高为-1.550 m。
(2) 本工程设计所遵循的标准、规范、规程为:《建筑结构可靠度设计统一标准》 (GB50068-2001) ;《建筑结构荷载规范》 (2008版) ; (GB50009-2001) ;《钢结构设计规范》 (GB50017-2003) ;《建筑抗震设防分类标准》 (GB50223-2008) ;《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2008) 。
(3) 扩建后建筑为3层:1层层高4.5 m, 2层层高3.9 m, 3层层高3.9 m (从3层楼面至檐口处柱顶) 。
楼面荷载按商场考虑, 3.5 kN/m2, 楼面采用压型钢板组合楼板, 混凝土楼板厚度100 mm, 楼面梁典型尺寸约500 mm高, 最高为750 mm。
(4) 柱网设置的原则。1) 保留原有钢柱;2) 新增钢柱的设置密度以楼面梁的合理跨度为原则, 保证钢梁跨度7～9 m, 个别梁跨度12.6m;3) 新增的柱需卸去原有柱的部分荷载, 以保证原有柱在增加两层后仍有足够的承载力;4) 新增的柱需卸去原有柱的部分荷载, 使其能保证原有基础和地基的承载力。
本工程设计所采用的计算程序:1) 建模:采用中国建筑科学研究院编制的《钢结构CAD软件-STS》 (2008年4月版) ;2) 结构整体计算分析:采用中国建筑科学研究院编制的《多层及高层建筑结构空间有限元分析与计算软件-SATWE》 (2008年4月版)
本工程采用的主要结构材料:柱、梁:Q345;组合楼板:Q235钢板, C25混凝土;钢筋:CRB550。柱网经反复试算后确定如图2。
3 施工图设计
3.1 楼板
压型钢板组合楼板设计原则为以钢板作为模板, 布置次梁时应尽量考虑不需增设底模支撑, 以节约地面使用面积。组合楼板用压型钢板型号为YXB75-230-690-1热镀锌钢板, 容许跨度为2.6 m。实际布置中基本上可以满足此要求。压型钢板组合楼板大样按05SG522图集施工。
3.2 钢梁
主梁为焊接H型钢。截面高度从300～750 mm不等。
3.3 梁柱节点
楼面梁柱节点一般采用刚接节点。节点大样见图3。
屋面梁柱节点保持原节点不变, 为铰接节点。这样可尽量保存现有材料。
4 施工注意事项
4.1 主要施工顺序
1) 开挖基础, 埋至猪脚螺栓;2) 为原有钢柱设置临时支架, 采用千斤顶提升屋面至设计高度;3) 接长原有钢柱 (如图4) , 立新增部分钢柱, 为原有钢柱焊接节点环 (如图3) ;4) 安装2层、3层钢梁;5) 卸下临时支撑;6) 铺装楼层压型钢板, 放置板支座钢筋;7) 浇筑各层楼板。
4.2 施工要点
(1) 为原有钢柱焊接节点环时必须对原钢柱卸荷, 否则因焊接加热过程使钢柱失去强度易发生安全事故。
(2) 钢柱及屋顶在提升过程中需控制各柱点提升速度, 减少不均匀提升对屋面梁、柱焊接节点造成的附加应力。
(3) 现场剖口焊缝应保证施工质量, 及时检测。
5 结语
钢结构具有改造容易的特点。但本工程不同于普通的在屋顶增加楼层的加层改造, 而是保留屋顶, 在屋顶以下增加楼层, 具有一定的特殊性。作为改造加固工程中的特例, 该工程对设计、施工人员均提出较为全面的要求。设计、施工时应对实施过程中的关键性节点充分考虑, 以保证安全为首要原则。
参考文献
[1]钢结构设计规范.GB50017-2003[S].北京:中国计划出版社出版, 2003.
[2]建筑抗震设计规范GB 50011-2008[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
房屋砖混结构加层加固设计 篇6
关键词：房屋砖混结构,加层加固设计
我国在20世纪七、八年代建造的房屋已经进入“中年期”, 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高, 很多旧房屋在使用功能上已不能满足现在的使用要求。限于国家财力, 将这部分房屋拆除重建的办法既不现实, 也不符合中国国情, 特别是在土地紧缺、地价昂贵、人口稠密的大中城市, 对旧房屋加层改造已逐渐成为改善建筑使用的重要途径。
1 概述
我国在五、六十年代兴建了大量的低层住宅、办公楼等建筑, 占去了大量的地皮, 建筑标准也低。随着城市人口的增长、生产的发展和人民生活水平的提高, 对房屋的需求量逐渐增加, 对房屋的使用标准逐步提高, 因此, 对这些层数较低, 使用标准不高而经鉴定不属于拆改危房的建筑, 在确保安全的条件下, 通过增层改造, 尽量扩大其使用面积, 提高使用标准, 无疑具有积极重要的意义。
笔者对住宅楼的加层改造设计中, 经过对原有建筑物的检验, 地质勘探资料的分析, 作了加雇方案的比较及经济分析, 最后采取了不加固地基, 不扩大基础, 直接加二层的方案。房屋加层改造后, 经二年多的使用表明, 加层方案台理, 明显地改善了房屋的使用条件, 具有较好的综合效益。
2 砖混结构房屋加层加固的工作程序
房屋建筑结构加层的工作大体可以按下列程序进行:加层可靠性鉴定→加层方案选择→层加固设计→施工组织设计→施工及沉降观测→验收→沉降观测。通过遵循规定的程序进行工作, 能够保证加层、加固、设计和施工的质量, 以达到房屋加层的预期效果。
3 房屋加层加固设计的方法
对房屋进行加层时, 首先需要对结构进行检测、鉴定。通过鉴定后, 适宜加层的应进行多方案比较, 选择最佳方案进行加层加固设计。砖混结构房屋加层的方法比较多, 目前常用的主要方法分别是:直接加层法、改变荷载传递加层法、外套结构加层法。
3.1 直接加层法
直接加层法是指在原有房屋上不改变结构承重体系和平面布置, 直接加层的方法。这种方法适用于原承重结构与地基基础的承载力和变形能满足加层的要求, 或者经过加固处理后即可直接加层的房屋。从国内大量的加层经验总结和技术经济效益来看, 这种方法加高的层数不宜超过3层;加1层技术经济效果不太明显, 所以加2～3层为好。房屋加层应建立在结构可靠的基础上。直接加层的原有房屋由于加层后荷载加大, 其地基基础、砖墙砌体、混凝土构件等应力应变都发生了新的变化, 只有经过承载力和正常使用状态的验算, 才能保证加层后的房屋安全、适用、耐久, 防止房屋倒塌、倾斜等工程事故, 达到加层的目的。
3.2 改变荷载传递加层法
改变荷载传递加层法是指原房屋的基础及承重结构体系不能满足加层后承载力的要求, 或者由于房屋使用功能要求需要改变建筑平面布置, 相应需改变原房屋的结构布置及其荷载传递途径的加层方法。这种方法适用于原房屋墙体结构有承载潜力, 增设部分墙体、柱子, 或经局部加固处理即可满足加层要求的房屋, 这种方法加高的层数与直接加层法相同, 不宜超过3层。采用本方法加层时, 要求对地基基础和上部承重结构进行承载力和正常使用极限状态的验算, 原有房屋的砖砌体和混凝土强度设计值应根据实测确定, 这是因为原房屋的砖砌体和混凝土强度经长期使用后发生了变化, 应经实测确定其强度设计值, 可以使验算结果具有充分的依据。
3.3 外套结构加层法
外套结构加层法是指在原房屋外增设外套结构, 使加层的荷载通过外套结构传给基础的加层方法。这种方法适用于需改变原房屋平面布置, 原承重结构及地基基础难以承受过大的加层荷载, 用户搬迁困难, 加层施工时房屋不能停止使用, 并且设防烈度不超过8度, 场地类别为I, Ⅱ, Ⅲ类的房屋加层。外套结构底层柱不宜过高, 以保证结构的稳定性和抗震性能。我国已建成的采用外套结构加层的工程, 基本上可以分为两大类:a.外套结构与旧房完全脱开, 称为“分离式外套结构”;b.外套结构与旧房连成整体, 称为“整体式外套结构”。由于目前我国对外套结构加层尚未进行系统的试验研究, 整体式外套加层与旧房连在一起受力不明确, 没有清晰的计算简图、计算方法和构造措施, 所以规范不推荐使用, 仅规定可以使用分离式外套结构。
4 房屋加层加固设计的内容
4.1 地基基础的加固
已建房屋加层, 上部荷载增加使下部地基基础承受的荷载加大, 因此首先要验算地基承载力和原设计基础宽度及强度。地基承载力是加层设计中至关重要的问题, 其大小决定增加层数和上部结构方案的选择, 所以应首先弄清已建房屋现在的地基承载力。实践证明建成多年的原有旧房由于上部荷载的长期作用而使地基被压实, 地基固结, 含水量和孔隙比大幅度减小, 基础沉降基本完成, 地基趋于稳定, 所以地基承载力有一定提高。根据经验, 一般情况下其地基承载力可比原始承载力提高10%～50% 。在设计中一般取20%～30% 。加层前原房屋确定地基容许承载力后, 应对加层后原有房屋的地基承载力按规范中有关公式进行验算。原房屋直接加层后通过验算如果地基承载力不满足要求, 就需要对地基基础进行加固。地基加固的主要方法有挤密法和灌浆法。基础加固的方法一般可采用加大基础底面积加固法, 通常是在条形基础外包钢筋混凝土上进行加固。
4.2 墙体的加固
原有房屋墙体材料随着使用年限的增加而使强度和耐久性均有所降低, 所以在旧房增层改造时需验算墙体承载力。在确定墙体结构承载力时, 应根据实测材料强度等级按相应规范中的要求进行验算, 这样做是符合实际情况的, 而且也稳妥可靠。如经验算墙体承载力不足, 应采用以下方法进行加固, 如混凝土扶壁柱法、钢筋网水泥砂浆法加固砖墙、增大截面法加固砖柱、外包角钢加固砖柱。
4.3 混凝土构件的加固
混凝土构件是否需要加固, 应先进行结构可靠性鉴定确认。如需加固, 可对混凝土构件进行加固, 加固的基本方法有:增大截面加固法、粘贴钢板加固法、外加预应力加固法和外贴碳纤维布加固法等。
5 结语
某公共建筑加层改造设计探析 篇7
1995年交付使用的驻马店某酒店B楼，原先设计两层，是框架结构的餐饮用房。其满足以下要求：2356.99m2，的总建筑面积；层高是4.5m;1.8m的双面外廊宽度；8.1m×8.1m规格的柱网尺寸，外墙使用250厚的加气混凝土砌块，相对较大的内部空间，基础使用柱下独立基础。2009年4月，因为公司扩大规模，决定将本楼改造成三层，前两层都改造为客房，内墙都使用GRC板隔墙，新增层也为客房。450mm×450mm是原柱截面，结构平面布置图如图1。
1 原混凝土框架检测和鉴定
为了使结构更加贴近结构的实际现有情况，改建设计前,业主委托有关建筑质量监督检测单位对主体结构进行全面检测。抽样检测结果表明：梁柱混凝土强度符合原设计强度C25，梁柱钢筋配置符合原设计要求。现状结构外观情况：结构情况良好，混凝土构件无疏松，钢筋无外露，梁柱连接处无明显裂缝。
2 结构复核计算和分析
加层部分材料特性：框架部分混凝土C25，外墙采用250mm加气混凝土砌块墙体，内墙均采用GRC轻质隔墙。
对于加层后的结构整体计算，工程使用的是中国建筑科学研究院编制的satwet三维空间结构计算软件，以便于了解加层加荷后的结构整体状况。注意：在计算的过程中，我们要依据要求把混凝土与钢筋的强度乘以0.9的折减系数。计算结构时，应想到的基础的设计有：设计使用期限是五十年，依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001,六度是抗震设防烈度，丙类是抗震设防类别，二级是机构的安全等级，设计地震分组是第一组，Ⅱ类是建筑场地类别，场地特征周期Tg=0.35s，设计基本加速度是0.05g，结果表明以下三点都没有满足设计的要求：(1)层间位移比；(2)自震周期；(3)底层柱轴压比。我们应对加层加荷后的建筑物的整体承载能力进行解决。
经过计算，原先建筑的地基基础和承载能力都可以达到要求，同时梁板也可以达到设计要求，然而，对于已经建成的建筑物来说，其部分框架柱以及梁柱节点的承载力都不能达到要求，同时轴压比大于规范的规定，因此应进行加固。
3 加固设计
汶川地震发生之后，专家通过调查并且认真分析，得出框架结构的损坏主要有以下几点情况：(1)填充墙剪切损坏；(2)柱端弯剪损坏；(3)角柱双向受弯和受剪以及扭转损坏。因此，对本房屋加固设计的主要目标是一方面要使房屋的承载能力提高，另一方面，要增强抗震的设计，降低自重，并且达到加固要求后使用期限是五十年。
3.1 框架柱加固（见图2）。
因为加层之后，荷载增大，柱截面相对会很小，导致底层柱轴压比都大于规定（除1、2轴线外）。同时原1、2层柱承载力都不够充足，因此对于加固原底层柱要使用双面加大截面法：每边加大150mm。不仅增强看承载能力而且达到轴压比的要求。强度是C30的外包混凝土，依据增加截面后再次计算配置纵筋，其上端放在框架梁中，下端使用结构胶放在基础中。新浇要设置同原柱箍筋焊接的U形箍，同时注意新浇混凝土要贴紧梁底，禁止出现间隙。见图2(a）。二层柱加固使用干式外包钢法。Q235B的角钢（其穿过楼板碰到钢筋时要焊接在一块），L75×6的四角角钢，300mm的连接缀板间距。见图2(b）。认真规范焊接质量，采用乳胶水填实钢材和混凝土构件之间部位。
3.2 梁柱节点加固（见图3）。
为了更好的满足框架结构的“强锚固强节点”设计要点，本次加固重点处理节点设计，更加注重抗震概念设计，所以对原框架节点进行加固。在节点区采用横穿钢筋，四角加焊角钢的方法加固。横穿钢筋与角钢焊接前应用夹具加紧，角钢穿过楼板遇到钢筋时应焊接在一起。
3.3 增加房屋刚度，增强耗能设计：
同时为了增加房屋刚度，将1、2轴线上柱做相同加固措施。并于2～3轴交B～C轴外弧中点上增设柱，截面及配筋同1(2）轴线上柱，柱下设置同2交D轴线上基础。
经过以上加固处理后再应用satwet三维空间结构计算软件对结构整体计算，均满足规范要求。同时增强了在结构构造方面的连接措施，而且提高了结构的抗震性能，使得结构体系具备坚固、耐久的特征。当前，本房屋已经进行了加固，而且在使用状况方面有很好的效果。
4 结论
该工程经过以上加固，经计算各构件都能达到现行规范要求的承载力及正常使用标准，且增加了房屋体量，并以旧貌换新颜，改善了临街建筑的效果。增加一层与重建相比能节约五十余万元人民币，并加层期间基本不影响营业，取得了显著的社会效益和经济效益。
摘要：通过对某公共建筑改造过程工程实例,阐述框架结构房屋改变使用功能后又加层改造的,采用多种加固措施对房屋进行加固改造,改善施工条件,加强房屋抗震性能,不仅满足了结构的受力要求,而且避免了加固期间停止营业带来的经济损失,节约了加固的费用,取得了良好的技术和经济效益。
关键词：改造,抗震设计,设计,节点区
参考文献
[1]周庆荣,季美玲.某在建框架结构房屋的改造设计与施工[J].混凝土与水泥制品,2006,63(3).
[2]GB50367-2006混凝土结构加固与修复[S].
[3]贾双寅,邱洪兴,王恒华.结构可靠性鉴定与加固技术[M].北京:中国水利水电出版社,2002.