蒲 靜

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100）

0 前言

隨著全球經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展，城市建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，增長(zhǎng)和擴(kuò)展城市用地成為必然要求。而且社會(huì)的發(fā)展也促使人們對(duì)建筑功能和居住條件要求的提高，住宅建筑需要較大的室內(nèi)活動(dòng)中心，商業(yè)建筑需要較大空間的會(huì)議室，而現(xiàn)有的低層和多層的建筑已不能滿足人們的需求。如何開(kāi)辟新的發(fā)展空間、地域范圍和保護(hù)環(huán)境已成為各大都市可持續(xù)發(fā)展的必然要求。在這些疑問(wèn)下出現(xiàn)在原有結(jié)構(gòu)上加鋼結(jié)構(gòu)這一加層方法，直接有效的解決了以上問(wèn)題。

1 加層方法

對(duì)于不同形式的既有建筑物，需要采用合適的方法來(lái)進(jìn)行加層改造。因?yàn)閷?duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者而言，既要保證設(shè)計(jì)的輕鋼加層結(jié)構(gòu)具有較高可靠性、安全性和抗震性能，并且要達(dá)到高性價(jià)比，避免鋼材的浪費(fèi)。輕鋼結(jié)構(gòu)加層方法主要可以分為三種方法，即直接加層法、改變荷載傳遞法和外套結(jié)構(gòu)加層法。

1.1 直接加層法

指在原建筑平面布置和原結(jié)構(gòu)承重體的系不改變的前提下，直接在原有建筑上加層的方法。但是這種加層方法要求原結(jié)構(gòu)擁有較多的承載力，因?yàn)榧訉拥娜炕虿糠趾奢d將由原建筑的基礎(chǔ)、梁和柱來(lái)承擔(dān)。所以使用這種加層方法的條件是原結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的承載力和變形必須滿足規(guī)范要求；或者是僅對(duì)局部進(jìn)行加固處理。直接加層具體包括以下四種情形：（1）原結(jié)構(gòu)不需要加固；（2）原結(jié)構(gòu)需要抗震加固；（3）原結(jié)構(gòu)需要承重強(qiáng)度加固；（4）原結(jié)構(gòu)需要抗震和強(qiáng)度加固。這種加層形式的優(yōu)點(diǎn)是工程造價(jià)較低、施工方便以及工期較短，但需注意加層結(jié)構(gòu)的層數(shù)一般不超過(guò)3層。

清華大學(xué)在2000年時(shí)，對(duì)建于50年代的主樓直接進(jìn)行加層，中間主體部分增加兩層，局部增加三層，加層后整體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 清華大學(xué)主樓加層后全景

1.2 改變荷載傳遞法

若原有建筑的基礎(chǔ)承載力或承重結(jié)構(gòu)不能滿足加層后的承載力要求，或因改變建筑使用功能而改變建筑平面和結(jié)構(gòu)布置，進(jìn)而使荷載傳遞途徑發(fā)生改變時(shí)，可以增設(shè)部分墻體、柱或進(jìn)行局部加固等方式來(lái)滿足房屋的加層要求。

1.3 外套結(jié)構(gòu)加層法

外套結(jié)構(gòu)加層法是在原有結(jié)構(gòu)外部新建一個(gè)獨(dú)立的承載基礎(chǔ)，將加層結(jié)構(gòu)的上部荷載通過(guò)合理構(gòu)件傳至新建基礎(chǔ)的加層改造方法。加層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)既可以與原有結(jié)構(gòu)公用，還可以獨(dú)立重新布置。此方法適用于在改變建筑的使用功能后，原有建筑結(jié)構(gòu)的承載力不能滿足加層后的荷載條件，需重新設(shè)置滿足上部加層結(jié)構(gòu)承載力的基礎(chǔ)。這種方式的加層層數(shù)、建筑造型不受約束；并且不受原有建筑不合理的平面和結(jié)構(gòu)的約束；解決了原有建筑結(jié)構(gòu)與加層部分之間使用壽命的差別。

2 加層結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

近幾年我國(guó)不斷加強(qiáng)對(duì)既有建筑的加層改造，加層數(shù)量不斷增大，加層適用范圍更大、更廣，新的加層工藝和材料不斷出現(xiàn)，而輕鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)使它在加層結(jié)構(gòu)中得到了很大的應(yīng)用。

(1) 良好的抗震性能【1】。鋼結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，延性好、強(qiáng)度高，在地震作用下其變形能力具有很大的彈塑性，這樣能吸收大量的能量，減輕結(jié)構(gòu)所受地震作用，保證了結(jié)構(gòu)安全性。

(2) 重量輕。鋼結(jié)構(gòu)加層部分相比同類混凝土結(jié)構(gòu)減輕了1/3～1/2的自重，降低了結(jié)構(gòu)重心，同時(shí)也減輕了上部加層結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的作用力，以及其加固的工作量。

(3) 新加層數(shù)不受限制，加層部分的建筑平面不受原建筑平面的限制。

(4) 施工方便，無(wú)需支架和大型施工機(jī)械，需要的施工場(chǎng)地較小，全部干作業(yè)施工。

(5) 施工周期短，綜合經(jīng)濟(jì)效益好。鋼構(gòu)件在工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接安裝，不受季節(jié)環(huán)境影響。

(6) 綠色環(huán)保。鋼材可拆卸，回收利用，符合國(guó)家環(huán)保政策、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以及土地資源政策。并且無(wú)噪聲、無(wú)污染。

(7) 鋼結(jié)構(gòu)加層可以做到加層整體結(jié)構(gòu)的外側(cè)統(tǒng)一裝修，增強(qiáng)建筑表現(xiàn)力。隨著近年來(lái)鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的優(yōu)勢(shì)不斷受到青睞，如使用方便舒適、造型優(yōu)美、平面布置靈活，使這種新形式的輕鋼結(jié)構(gòu)體系前景更加廣闊。

3 加層結(jié)構(gòu)的不足

輕鋼加層因具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用。但是輕鋼加層后，原有結(jié)構(gòu)自重和側(cè)向剛度比上部輕鋼加層結(jié)構(gòu)的大，建筑物成為了“下部重上部輕”，“下部剛上部柔”的質(zhì)量與剛度不均勻分布，具有突變的復(fù)合結(jié)構(gòu)體系。在水平荷載作用下，加層部分的鋼結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生明顯的鞭梢效應(yīng)【2】，加層結(jié)構(gòu)首層易產(chǎn)生薄弱層。這些都會(huì)影響到建筑物的整體協(xié)作抗震能力。原結(jié)構(gòu)與加層結(jié)構(gòu)的連接(即柱腳節(jié)點(diǎn))是保證加層部分的內(nèi)力能很好地傳遞到原結(jié)構(gòu)以及保證加層結(jié)構(gòu)整體受力性能的重要影響因素。而節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)傳力的關(guān)鍵部位，同時(shí)是結(jié)構(gòu)抗震的重要部位。輕鋼加層柱腳節(jié)點(diǎn)的特殊性，即此復(fù)合材料節(jié)點(diǎn)由混凝土和鋼材組成，對(duì)輕鋼加層復(fù)合結(jié)構(gòu)的整體性抗震性能有重要作用，所以一般對(duì)柱腳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固處理。而加固形式中，外包鋼加固強(qiáng)化節(jié)點(diǎn)具有優(yōu)于其它加固形式的特點(diǎn)。