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  • 既有建筑轻钢增层结构的设计与应用

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2020-04-19

    钢结构加层是目前逐渐普及的建筑加层改造形式。与混凝土结构相比,它在技术、经济和安全方面具有明显的优势。 摘要:介绍了轻钢加层结构的研究现状和发展优势,并对轻钢加层结构在现有建筑中的设计和应用提出了一些看法。

    关键词:既有建筑加层改造抗震性能计算模型

    我国既有建筑加层改造的发展与应用

    我国对既有建筑加层改造的研究相对较早。既有建筑加层改造工程的代表是1915年上海工艺美术服务部旧楼改造。该改造工程是中国最早的既有建筑加层改造工程之一,也是[1]既有建筑加层改造工程最多的建筑之一 第一个两层钢筋混凝土框架结构已连续改造三次,逐步在四层、五层和六层的新建筑结构上加层,改造任务将于1949年完成。 本项目的实践为我国加层改造的理论研究和工程实践以及未来[的加层改造工程留下了宝贵的实践经验和技术资料2,3] 此后,我国的房屋加层改造技术发展十分缓慢。直到20世纪70年代,我国的房屋加层改造技术发展迅速,全国各地纷纷开始加层改造实践。 对现有建筑进行加层改造后,不仅外观和装饰典雅,而且风格新颖,立面分布均匀,具有时代感。 在全国开展的建筑增层工程实践中,涌现出一批建筑设计和结构设计独特、优秀、有代表性的工程,其中一些增层工程统计见表1.1。

    表1.1部分增层工程实例

    序号工程名称原建筑增层建筑

    1保定电力学校综合楼4层砖混1层门式刚架结构

    2北京京西宾馆2层框架1层钢框架

    3新乡百货大楼4层4层组合网架

    4郑州黄金大厦局部楼层3层框架3层钢框架

    5郑州大学食堂2层框架1层刚架

    6保定电力学校学生宿舍4层砖混1层门式刚架结构

    7华北电力学院教学楼4层砖混1层门式刚架结构

    8哈尔滨海燕宾馆学生宿舍星级宾馆

    9北京城建集团办公楼6层框架 增加到12层

    10郑州金波7层框架2层钢框架

    11南京大学图书馆7层框架1层钢框架+1层零售钢框架

    12上海徐家汇区精神卫生中心5层框架2层轻钢

    13河南荥阳市女子监狱3层框架2层钢框架

    14漯河食品厂6层框架和3层钢框架

    现有建筑轻钢整体结构优势

    钢结构加层是一种形式 目前房屋加固改造逐渐普及,在技术、经济、安全上比混凝土结构有明显优势:

    (1)钢结构建筑采用先进的设计加工技术和大规模生产方式,可大幅降低成本 同时,安装简单快捷,节约了大量施工成本,有效缩短了工期。 使企业或开发商能够更快投产并生效,有效缩短建设周期。

    (2)钢结构有多种形式的加层。大楼内的空房间宽敞,能更好地满足大楼大空间和灵活分隔的要求。还可以灵活铺设各种工业管道,保持原有结构布局不变,与周围环境协调良好。

    (3)由于钢构件强度高,截面尺寸小,钢结构加层可充分利用空,可用面积比钢筋混凝土住宅楼高约5% ~ 8%,从而提高建筑空,缓解当前住房短缺,充分利用城市空,有效保护耕地

    (4)钢结构加层的使用不影响施工中旧房的正常使用,避免了因施工造成旧房停工造成的经济损失。

    (5)重量轻与传统钢筋混凝土结构相比,钢结构房屋的重量仅为钢筋混凝土建筑结构的1/2 ~ 1/3 充分利用旧房地基在长期荷载下承载力的增长值,在不需要地基处理或稍加处理的情况下实现房屋的直接增层,经济效益非常明显。

    (6)增加钢结构楼层不需要购买新的土地,节约了土地面积,大大节约了征地费、拆迁费,降低了居民搬迁安置费。

    (7)抗震性能良好。与混凝土结构相比,钢结构重量轻,延性好。它能很好地吸收地震能量,有效地减小地震力,从而保证房屋结构的安全性。

    (8)与混凝土结构施工相比,钢结构施工在施工过程中基本无建筑垃圾,施工过程中噪声污染轻微,基本不影响周围居民的生活和工作 同时,钢结构建筑易于拆卸和回收,可重复使用,完全符合国家对建筑环保节能的要求和理念。

    因此,采用钢结构加层技术对旧房进行加层改造具有很好的综合优势,有利于整个社会和国家的可持续发展。 从中国国情来看是必要的,从技术和经济来看是可行的,优于传统的钢筋混凝土结构。 随着加层技术在我国建筑加层改造中的应用,相关技术问题的研究越来越受到工程界的重视。 “中国建筑加固技术研究高级教授协会全国委员会”和“中国建筑工程标准化协会建筑鉴定与加固技术标准委员会”等学术机构相继成立,使得加固改造项目的经验交流和学术研究日益活跃。

    国内相关技术规范包括:《现有建筑抗震鉴定与加固规程》 (DGJ08-81-2000)、《建筑抗震设计规范》 (GB-2001)、《建筑地基基础设计规范》 (GB2011)、《混凝土结构设计规范》 (GB2011)、《砌体结构设计规范》 (GB-2002-2002)、《钢结构设计规范》 (GB5003-2011)、《混凝土结构加固技术规范》(GB-2003-2010)

    目前,我国有33,360

    (1)元温温和何晓艳[5,6]为混凝土结构上部增加钢结构的代表性研究成果。以北京某医院住院楼加层为背景,分析了钢筋混凝土结构加层整体结构的计算方法,推导了整体结构等效阻尼比公式,并在下部14层钢筋混凝土结构和上部1层钢结构的实际工程中得到了很好的应用

    (2)吕凤味[7]分析了钢筋混凝土框架结构与钢结构的连接节点 与三种类型的叠层连接节点:相比,交错螺栓、根部和叠层节点被焊接,并且横截面根部和叠层节点增加 在拟静力试验和低周反复试验的基础上,提出了适用于混凝土框架结构体系的钢框架加层节点、抗震评估和设计方法。

    (3)王小平、李晓雨等[8,9]用能量法推导了轻钢加层建筑不同振型阻尼比的计算公式和地震反应谱的修正方法。工程实例计算分析表明,加层部分阻尼的影响增大了加层所受的水平地震剪力,因此在加层建筑物的抗震计算中,阻尼的修正是必要的。 在原有结构不变的情况下,增层部分层数越多,整个增层建筑的阻尼比越小,增层部分底部的水平地震剪力越大。

    (4)张涛、王元庆、石永胜、马建所[10]利用有限元软件ANSYS对顶层为两层纯钢框架的四层钢筋混凝土框架办公楼进行抗震性能分析。 计算表明,由于加层后结构周期的延长,整个框架底层剪力变化不大。 此外,加层设计时应进行抗震加固计算,整个结构的消能减震设计应根据实际工程需要进行。

    (5)王元庆、宋风、石永元、钱肖剑[11]通过建立空之间的三维有限元模型,分析了隔震技术跃层加层框架的动力特性。采用时程分析法对隔震结构及其对应的非隔震结构进行了地震反应分析,得出铅芯橡胶隔震支座能明显降低结构地震反应的结论。 橡胶隔震垫的水平刚度和阻尼对结构的地震反应有很大影响。

    (6)宋薛健、程鹤山、王菲[12]研究了在4层钢筋混凝土框架顶部增加不同层钢框架后结构抗震性能指标的变化规律。结果表明,层数越多,底层之间的剪力越小,这为被动抗震设计提供了新的思路。

    我国轻钢加层结构进一步研究存在的问题

    建筑轻钢加层结构在我国逐渐得到广泛应用,显示出良好的技术经济效益和社会效益 然而,目前的设计方法还不够完善,在进一步发展中还存在一些问题。房屋钢结构加层技术的研究主要体现在以下几个关键问题上:

    国内外对钢结构加层结构的破坏机理、抗震性能和抗震薄弱环节仍缺乏深入研究。 对于这种由混凝土结构和钢结构组成的混合结构的破坏机理和抗震性能还缺乏深入的理论研究。没有统一的标准只取决于一些相关的行业标准。

    (2)由于钢结构和混凝土结构的阻尼比不同,在实际工程设计中如何选择阻尼比还缺乏研究。 不同的设计师有不同的价值观,这些价值观令人困惑,也没有统一的规定。 因此,如何选择这种混合结构的阻尼比需要进一步研究。

    (3)钢结构加层后如何保证混凝土结构与钢结构的协同工作还需要进一步研究

    为了促进轻钢加层结构的进一步发展,有必要加大对其研究的投入。钢结构加层后,整个混合结构的整体质量、刚度、周期和阻尼比都发生了很大变化。对整个混合结构的整体抗震性能进行分析,总结规律。

    结论

    升级是一项既符合中国国情又符合现有经济技术条件的技术措施。 钢结构加层作为一种新型的加层技术,由于在加层过程中需要尽量减小对低层建筑和基础的影响,越来越受到工程界的青睐。 但是,由于对这种新型结构的工作性质、失效机理等关键技术问题缺乏深入研究,理论研究远远落后于工程应用,必须加大对其研究的投入。

    References

    [1]田辉。加层钢筋混凝土框架顶层钢结构抗震分析。[硕士学位论文]。天津:天津大学,2007

    [2]王小五。IJ国外城市技术管理的发展。住宅科技,1990,(3): 18 ~ 20

    [3]李伟。[特区既有建筑加层改造的技术经济分析。Xi安:Xi安建筑科技大学。2004

    [4]罗田。轻钢结构抗震分析与研究[。[硕士学位论文]。合肥工业大学,合肥:2007

    [5]袁张文,何晓艳。北京[医院建筑钢结构层设计。山西建筑,2008。34 (8) :103 ~ 104

    [6]成鹤山。现有钢筋混凝土框架顶部钢结构的应力分析[。[硕士学位论文]。郑州大学郑州:2009

    [7]吕凤味。混凝土框架节点顶部钢结构抗震性能试验研究。[博士论文】。南京东南大学:2009

    [8]王小平,李晓雨,等。阻尼对多层建筑地震响应的影响及其修正。武汉理工大学学报,1996,18 (3): 98-100。

    [9] 王维.建筑轻钢增层结构与既有结构共同作用分析[D].[硕士位论文].西安:西 安科技大学,2008

    [10] 张 涛,王元清,石永久,麻建锁.钢筋混凝土框架顶部钢结构加层的抗震性能 反应谱分析[J].工程抗震与加固,2006,28(3)

    [11] 王元清,宋锋,石永久.钱晓键.基础隔震钢结构跃层加层体系地震反应分析[J]. 工程抗震与加固改造.2005,27(3): 55~58

    [12] 宋建学,程河山,王非.钢筋混凝土框架顶部钢结构加层层数对结构抗震性 能影响研究.世界地震工程.2013,29(4)

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