轻钢结构加层构造设计要求探讨

邓家勤

摘 要 轻钢结构加层，是当前较为常见的施工项目。由于其具有实用、经济的特点，在建筑行业得到了较为广泛的运用。文章将对轻钢结构加层结构的设计进行相关的探讨，包括建筑设计的要求和结构设计的要求等各方面。

关键词 轻钢结构；建筑设计要求；结构设计要求

随着城市化进程的进一步加快，城市发展越来越迅速，人口日益增多，这就直接造成了城市建设用地日趋紧张。轻钢结构作为建筑结构的一种形式，在建筑领域得到了广泛的运用，而在建筑用地日趋紧张的背景下，钢结构建筑的加层改造，已经成为一项新兴的且具有广泛应用前景的产业。而轻钢加层结构的房屋施工周期短，工程造价低，对原用户干扰较小等特点，使这项技术已经得到了广泛的应用。房屋加层后必然增加了原有地基、基础及结构的荷载，而加层部分承重结构采用轻钢结构，因此，在设计上必须要采用科学的方案，才能保证建筑的安全和性能。

1.建筑设计要求

一般而言，轻钢结构加层就是直接在旧房主体结构上直接加高，在完成加层之后，所有的荷载都由旧房基础、墙、柱等承担的形式。由于增加的建筑的载荷，因此在设计时必须要考虑到建筑的安全性，也就是在进行建筑设计时，要注意加层部分对原建筑物的影响，形象的说，就是要“锦上添花”，而不可“画蛇添足”。具体地讲要注意以下几个方面：

（1）平面布置。对轻钢结构加层而言，设计师进行设计时，首先要保证平面图上轴线的标注、分格大小尽可能的与原图一致。比如说，房间的隔墙需要尽可能的落在原建筑物的梁的位置。，又如对一切如厕所、开水间、空调机房等，有上、下水管道的房间，就需要尽可能的保持在同一平面位置，同时还需要尽量减少管路的敷设，防止一切不必要的渗漏事件。

（2）立面及外装修。从实际的工程来看，轻钢结构加层的特点，要求其必须对立面及外装修有充分的重视。具体来说，就是要保证立面和外装修与原建筑相呼应，在加层的檐高设计要求上，不仅要满足室内净空要求，同时还必须满足城市规划部门对城市规划限高的要求。此外，立面造型和外装修也需要尽可能的与原建筑保持一致，假如原建筑有贴面砖、带形铝合金窗，那么加层也尽量要有，如果需要把原来的贴面砖剔除掉，那就需要对整个立面进行重新装修，以保证加层后的效果更好。

（3）材料选择。为了保证加层的质量，就需要对加层材料的选择进行严格的控制，必须要优先选用轻质材料，比如说外墙采用泰柏板、吊顶一般采用石膏板、吸音板等轻质材料、内墙采用轻钢龙骨石膏板、防火墙采用加气混凝土块。

从当前的建筑市场上看，隔热保温夹心板和彩色压型钢板，是当前轻质屋面材料使用较多的。隔热保温夹心板的主要特点是集承重、防水、保温、装饰于一体，从实用性和观赏性来看，都是一种比较理想的屋面材料，其设计坡度应在l／20（含）以上。因为夹心板的心材的燃烧性能等级较低，无法满足构件耐火时间的要求，所以在防火要求较高的建筑中，是不能使用的。

压型金属板屋面的保温分为两种，即上保温和下保温。

所谓的上保温屋面，主要是指保温材料在压型钢板上面。他的一个鲜明的特点就是需另做防水层。从材料的选择上看，保温材料通常选择加气混凝土、聚苯混凝土、陶粒混凝土等相对轻质材料，而防水通常会采用三元乙丙等卷材。总体来说看，这种屋面形式较传统材料相对较轻，同时对形成异型屋面也是比较适合的。

下保温则是指保温材料在压型板下面，压型钢板充当防水层。从使用效果上看，，只要构造上处理好了，这种防水层是比较有效、耐久的。通常情况下，保温层铺设在檩条和屋面板之间，当然由于结构和需要的不同，也有保温直接做在吊顶板上的。如果是后者，那压型钢板下表面不做保温，等于管道在保温层之外，在寒冷地区这种办法不太适合。总体而言，加层的特点是使加层的痕迹越少越好，应有天衣无缝、巧夺天工之妙。

2.结构设计要求

一般来说，直接增层的结构设计分两个部分，加层部分和原结构验算部分。

2.1 查明现状是改造工程的最重要的环节

如果设计或者施工单位对在原始资料不熟悉，基本情况不清，那就必须寻找对策，一般而言加层工程必须从查明现状入手：

（1）在建设单位支持下，从档案中搜集有利用价值的图纸；

（2）访问原设计单位、施工人员及基建当事人获得一些口头线索；

（3）组织对旧建筑物的平、立、剖现场测绘掌握第一手资料；

（4）组织对现结构现场考察，证实地基无明显下沉，结构无明显位移，构件基本完好。

一般来说，最简易、直接的方法，就是充分利用如设计图、竣工图、原始记录等旧建筑物现存的技术资料，不过如果收集到的资料不详，那就需要通过现场查勘观察、测量勘探、试验等对现有建筑进行鉴定，再取得足够的资料后再研究具体实施方案。

对设计而言，挖掘原结构潜力是研究实施方案首先应该关注的重点，一般来说新立结构支承体系的前提是，在采取改变结构支承状态，将超负荷构件之内应力转移到有潜力的构件上的情况下，当然，也可以将强度不足的构件如基础、梁、柱、板进行局部补强，这样可以实现增层扩建方案整体结构合理、潜力利用最充分、最经济易行的效果。由于增层工程需要在原建筑物上增加活荷载、静荷载，不过我们可设法减至最低限度。比如说加载，我们可人为调整房间功能将活荷载大的增层房间移至首层或者其他部位。对静荷载，可将非增层部分的砌体先换成轻质砌体，以抵消新增的静载，即“先减后加”。

2.2 加层部分的结构布置

在加层结构的布置的设计上，必须要有明确的计算模型，合理的传力路线，可靠可行的构造措施。同时，还必须要保证有合理的刚度和强度分布，严防竖向刚度突变。尤其是要格外注意不能下刚上柔，以避免产生过大的应力集中或者塑性变形集中。

在设计师，一定要保证柱网布置与原结构一致，如果有特殊需要，不能落到原结构柱上时，那就需要放到主梁上。不过，就需要对该主梁需进行更严格的计算，如果无法满足要求，那就需要进一步的采取提前加固措施，具体来说，就是要从结构布置角度出发，设置多道抗震防线，以防止部分结构构件破坏导致整个结构丧失抗震能力。

2.3 钢框架与原结构的联结

在设计时，钢框架与原结构的连接通常是按铰接处理。尽管实际情况为弹性嵌固，不过从力学角度来看，这种弹性嵌固结点对按铰接计算的框架更为安全的，当然，由于目前对弹性嵌固的程度系数的确定，尚未有一个有效的办法。所以，通常仍按铰接计算。因为加层设计的柱脚是与原结构的主要联接，所以，设计人员一定要充分考虑原结构的复杂情况，也就是一定要保证设计方案的适应性和可操作性。对加层结构而言，柱脚至关重要，从构造上，要尽可能的保证牢固一些，刚性强一些。所以，完成钢结构安装后，需要沿墙打一道圈梁，这道圈梁可以增加柱脚的稳定性及刚度，另外也可以防止雨水落地时飞溅到轻质墙体上。

2.4 原结构验算

对加层设计而言，原结构验算是必不可少的一个环节。进行原结构验算，首先得查看原结构图纸，掌握该楼施工情况，包括原施工单位工人素质、变更和洽商情况等待，如果有需要的话，还应对原结构的强度进行检测。假如原结构及加层设计是同一个设计人员进行的，那可以参考原计算书的情况。然而，通常来说，加层都是若干年以后的事情，设计也不一定是同一个人。与此同时，设计计算书保密的，外借的可能性不大，所以，原结构通常就由加层设计的结构工程师根据图纸和现行规范来完成。

在施工期间，不要轻易对结构设计进行修改，所有工地的变更必须征得结构工程师的同意。如果经过相关的计算，发现原结构的某些部位或者地基需进行加固的，就需要根据工程的需要重新设计加固方案。结构加固的办法多种多样，如粘贴钢板、增加构件断面，或者是在构件跨中增加支撑，减小计算跨度。

3.结语

轻钢加层结构设计是对原建筑结构进行的加工，对整个建筑的承载力和结构都有直接的影响，对建筑的稳定性和使用性能也有直接的影响，因此设计人员需要对原建筑工程进行细致的了解，并根据需要确定科学有效的设计方案，保证设计的合理性。

参考文献：

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[2] 何林，肖承波，吴体. 某工程加层部分的安全性鉴定[J]. 四川建筑科学研究，2003（02）

[3] 郭士雄，李国强. 钢结构设计中对ANSYS的二次开发[J]. 四川建筑科学研究，2005（02）.