摘 要：改革開放以來，經濟得到了較快速度的發(fā)展，城市的功能性向多方位發(fā)展，各項建設規(guī)模和速度都得到了較大的提升，城市發(fā)生著日新月異的變化，城市進入了發(fā)展的快車道，城市的人口不斷激增，導致原有的城市建筑無論數(shù)量還是使用功能上都無法滿足現(xiàn)在使用的需求。在此情況下在原有住宅基礎上進行加層倒不失為一種好辦法，既能緩解供需緊張的矛盾，又比較經濟。文章介紹了鋼結構躍層加層及其特點，并對工程實例進行了具體的分析。

關鍵詞：鋼結構；躍層；加層技術

前言

經濟的快速發(fā)展，帶動了人們物質文化生活水平的提高，人們已不滿足于原有的居住環(huán)境，對建筑的需求量有了更多的要求。以前的建筑多以低層為主，雖然經過了幾十年的使用，但其基礎還比較牢固，如果直接進行拆除，對于我國這樣的發(fā)展中國家來講，會造成經濟上的巨大浪費，因此對這些舊的建筑可以進行抗震加固改造等方面的施工，在舊建筑的基礎上增加層數(shù)，已緩解城市用地緊張及對建筑需求量增長的需求，這種技術性的改造是符合我國發(fā)展的，對我國的發(fā)展將起到明顯的促進作用。

1 何謂鋼結構躍層加層及其特點

1.1 何謂鋼結構躍層加層技術

所謂躍層加層指在不觸動原有結構物及其基礎的前提下，通過外側框架柱的支承并躍過原有結構物，在其上增加若干層新建筑物的技術（如圖1所示）。

躍層加層技術是在不改變房屋原有結構的基礎上，通過加增外套框架而進行加層，而不增加原有房屋的負荷，這樣的技術適應于加層較多的改造。通過在原有建筑的外層加設框架，但是框架的荷載是直接作用在地基上的，不但能減輕對建筑的荷載，還能增強建筑的強度。這種方法比較經濟實用，不會占用太多的土地，節(jié)省成本，并且能縮短工期，在現(xiàn)有的城市建筑比較密集的情況下比較適合，并且這種技術已經在現(xiàn)實中有所應用。

1.2 鋼結構躍層加層技術的特點

目前我國加層改造的工程實例較多，在這些例子當中，出于對結構自身重量、抗震性能及施工方面的考慮，其結構體系大多采用鋼結構體系，鋼結構體系的諸多優(yōu)點也確實適用于直接加層改造工程，但現(xiàn)在的躍層加層技術是否也適用于鋼結構體系？答案是肯定的，因為鋼結構體系具有鋼筋混凝土結構所無法比擬的優(yōu)勢，下面對鋼結構體系在躍層加層中應用所具有的優(yōu)勢進行分析：

1.2.1 重量輕。鋼結構相比于其他的建筑材料，重量上比較輕，對建筑進行加層之后，不會增加建筑的荷載，同時還承擔了一部分上部結構對建筑產生的作用力，減輕了地基的荷載。

1.2.2 良好的抗震性能。因為鋼結構本身具有很強的彈塑性，在遇到強烈震動的情況下，可以吸收很大的能量，減輕震動對建筑結構造成的傷害，增強了建筑的抗震性能。

1.2.3 施工方便。利用鋼結構進行施工，操作安裝工藝比較簡單，只需要在廠家將鋼結構的基本構造做出，然后在施工現(xiàn)場進行組裝即可。在操作的過程中，不需要進行腳手架的安裝也不需要大面積施工場地，操作手段簡單。鋼結構加層不會受到原有建筑平面的限制，并且工期短，能夠在短時間內創(chuàng)造出巨大的效益。

1.2.4 鋼結構躍層施工時，可以對新老建筑的外層統(tǒng)一裝修，增強建筑的美觀性，施工簡便的方式將會在建筑市場中具有更加廣闊的空間。

2 工程實例設計分析

2.1 工程概況

某建筑是在五十年代建成的內廊式多層磚混結構房屋。房屋共5層，總長77m，寬12·86m，高17·48m。建造時未考慮8度抗震，經過40多年的使用，現(xiàn)需要進行抗震加固。甲方與開發(fā)商計劃在對原結構抗震加固的基礎上，在其上增加5層鋼結構框架，層高3·6m，柱距6·6m，共13榀。鋼框架跨度13·76m，首層高18·03m，總高度為36·03m。焊接H型鋼梁、柱，縱橫向剛接，采用Q345鋼材。各節(jié)點全部采用焊接，樓板采用壓型鋼板組合樓蓋。該地區(qū)基本風壓0·45kN/m2，樓蓋恒載3·5kN/m2，房間活荷載2·0kN/m2，走廊活荷載2·5kN/m2，屋面活荷載0·5kN/m2，外墻體自重1·0kN/m2，內墻體自重0·3kN/m2；Ⅱ類場地，8度抗震設防；剛架柱與基礎為剛接。

2.2 工程計算分析

2.2.1 本工程亦利用有限元分析軟件Ansys完成，計算模型為平面結構。

2.2.2 分別采用分離式和整體式外套框架躍層加層結構進行計算并加以比較。本文計算暫時未考慮外套框架與舊房橫墻共同工作的潛在作用，計算簡圖如圖2。

按《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》（JGJ99-98）有關規(guī)定取以下三種工況組合：

工況一：1·2恒荷載+1·4活荷載

工況二：1·2恒荷載+1·4×0·85（活荷載+風荷載）

工況三：1·2自重+1·3地震作用

2.3 計算結果

通過計算分析，可以得到以下結論：

（1）由于本工程躍層層數(shù)較高，結構設計主要是由剛度和穩(wěn)定性起控制作用。

（2）整體式躍層加層方案通過系梁的連接雖然加強了底層框架的整體剛度，減小了框架梁、柱的截面尺寸，但是由于框架柱的計算長度系數(shù)同橫梁的線剛度之和與柱子的線剛度之和的比值有關，因此，為了確?？蚣苤姆€(wěn)定性，就必定要提高橫梁的線剛度，造成系梁截面尺寸過大，用鋼量反而比分離式躍層加層方案用鋼量高，但它有一個好處就是可以和舊房的加固改造結合起來，提高舊房的抗側移能力。

2.4 基礎方案選擇

鑒于新增層數(shù)較多，建議采用分離式基礎，施工場所狹窄，打樁施工工作面欠小，因此，決定采用錨桿靜壓技術進行樁基施工。

3 結論

通過以上在鋼結構躍層加層技術的分析及實例可以看出，在原結構上加少量層數(shù)時，這時的結構主要是由強度來進行控制，用鋼量具有很好的性價比；當躍層層數(shù)較高時，對結構設計起主要控制作用的則時剛度和穩(wěn)定性，這時用鋼量則不合理。因此在對躍層加層進行結構設計時，需要考慮原結構層數(shù)和加層的層數(shù)，只有層數(shù)達到一個最佳點時，結構設計者才能做到一個最優(yōu)化的方案。

參考文獻

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