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钢结构夹层设计

编辑:马智刚 来源:中国知网 时间:2017-04-25 09:26:03 次数:

摘要:根据实际工程实践和工作经验,论述国内钢结构夹层结构设计方案并提出一种新颖的钢结构夹层做法,为类似工程设计提供参考。

一、引言

    近年来由于房价猛涨,很多楼房为了扩大使用面积,纷纷另辟蹊径,其中在建筑使用面积内增加夹层成为增加建筑面积的最有效做法。

    增加的夹层可以选择混凝土结构也可以选择钢结构。选择混凝土结构夹层对于原结构影响较大,一是混凝土结构夹层自重较大,对原结构梁柱及基础的影响比较大,且新增混凝土夹层与原结构连接需采用“植筋”等技术措施,不仅会增加夹层施工工期,对施工单位的施工质量要求也比较高。

    选择钢结构进行夹层设计是可行的,并且应用越来越多。钢夹层自重较轻,设计灵活,施工简便,工艺成熟,增加钢结构夹层越来越受到业主的欢迎。但进行钢结构夹层设计时需同样注意重量问题,如原有结构未考虑夹层荷载则不能盲目进行加建,需要在对原结构基础及梁柱进行加固的基础上进行夹层设计。

本文在回顾夹层设计原则和常规钢结构夹层做法的基础上,根据工程实践经验提出一种做法简便,自重较轻的新颖钢结构夹层做法。


钢结构夹层


二、夹层设计原则

    盲目增加夹层可能对已有建筑结构造成破坏,故夹层设计时需特别注意荷载问题和夹层与主体结构的连接问题,由于夹层使用荷载在使用功能确定的情况下不能减少。故为减小设计难度,需尽可能减少夹层结构自身重量。结构夹层设计时需注意以下几点原则:

    (1)不破坏原有结构;

    (2)合理利用空间,若增加支撑钢柱或混凝土柱时,应在不影响夹层下部空间使用的前提下进行;

    (3)夹层与原结构连接应特别注意是否为有效连接,连接节点的安全性要可靠保证;

    (4)应注意验算原结构是否可以承担夹层增加的荷载。

    (5)夹层本身结构应安全可靠。


钢夹层


三、常规钢结构夹层做法

    钢结构夹层的常规做法如下:

      (1)钢梁+混凝土板:采用实腹钢梁作为承重构件,钢梁与主体结构连接,混凝土楼板搭设在钢梁上翼缘或混凝土楼板与钢梁上翼缘位置齐平,当按齐平设计时混凝土楼板搭设在与实腹钢梁腹板焊接的角钢

上。

      (2)钢梁+组合楼板:采用实腹钢梁作为承重构件,钢梁与主体结构连接,压型钢板通过焊接栓钉与钢梁上翼缘连接或楼板顶与钢梁上翼缘位置齐平,当按齐平设计时压型钢板通过焊接栓钉将其与焊接在实腹钢梁腹板的角钢进行连接,压型钢板铺设完成后,在上面铺设受力钢筋并浇筑混凝土。在设计过程中,可以仅将压型钢板作为模板使用,不考虑其组合作用,也可以考虑压型钢板的组合作用以减小楼板钢筋用量。

      (3)小析架+楼板:当夹层跨度较大时,为减轻结构重量,可以采用小型钢焊接而成的小析架,楼板可以采用混凝土楼板或组合楼板。

    上述三种设计方案在结构设计中经常采用,施工也比较简单,但是由于采用混凝土楼板或组合楼板,其结构自重还是比较大,对夹层设计比较不利。


四、新颖钢结构夹层做法

    为减轻钢结构夹层的自重,借鉴己有钢结构夹层做法提出了一种新颖的夹层做法,暨钢梁采用轻型钢梁,楼板采用木楼板、硅酸钙板,水泥压力板,纤维板等轻质材料楼板。此种做法可进一步减轻结构自重,结构安全性和结构舒适性也可以保证。本文以实际工程为例,说明此钢结构夹层的应用情况。

该工程为北京市门头沟区一商住两用房,层高4. 5m,现要在2. 2m位置增设钢结构夹层。


    由于房间布置及建筑效果要求,为保证夹层下部净高不小于2100mm,要求结构层高不大于100mm,为了降低梁高需要增加一些钢柱以减小钢梁跨度。由于结构主体已经施工,不能根据夹层钢柱位置调整结构布置,不可避免的,新加钢柱落在现有混凝土楼板上,需对现有混凝土楼板承载能力进行核算。为减小新增钢柱对现有混凝土楼板的影响,应尽量减少钢柱的柱脚反力。且钢柱布置时,刻意将钢柱布置于下层100厚隔墙中,新加钢柱最终不影响建筑的使用。


住宅钢结构夹层


    为保证夹层下部的使用高度,钢梁不可采用大截面钢梁,该工程选用口100x100x6钢梁80x80x6钢柱,钢材材质为Q345B。由于钢梁钢柱截面受到限制,需尽量减轻夹层楼板做法的结构自重,最终选择24mm厚硅酸盖板(容重800-1000kg/m3)作为底部受力模板,在上面做36mm轻集料混凝土面层,硅酸钙板支撑在口40x3. 2小型钢上,当面层与钢梁顶找平后做20mm木地板。本做法可以保证结构自重不超过80kg/mz,大大减轻了结构重量,减轻了原有结构的负担,硅酸钙板一般以1300为模数,钢梁间距也基本按1300布置,由于钢梁较密集,且硅酸钙板及上部面层形成整体与钢梁共同工作,其楼板刚度得到可靠保证,可以满足楼盖受力要求及舒适性要求。  

                                                 

    硅酸钙板具有优良的防火性能,硅酸钙板是不燃A1级材料,万一发生火灾时,板材不会燃烧,也不会产生有毒烟雾。硅酸钙板具有优良的防水性能,在卫生间,浴室等高湿度的地方,仍能保持性能的稳定,不会膨胀或变形。硅酸钙板强度高,坚实可靠,不易受损破裂。硅酸钙板尺寸稳定,由于配方先进,在严密的质量控制下生产,板材的湿涨和干缩率控制在最理想的范围。硅酸钙板有良好的隔热保温性能,10mm厚隔墙的隔热保温性能明显优于普通砖墙的效果,同时具有很好的隔音效果。硅酸钙板使用寿命长,性能稳定,耐酸碱,不易腐蚀,也不会遭潮气或虫蚁等损害,可保证有超长的使用寿命。相比较而言硅酸钙板价格低,经济性比较好,由于钢结构夹层在室内使用,受外界条件影响不大,硅酸钙板作为楼板可以满足结构受力及耐久性要求。

该夹层工程原结构为剪力墙结构,可为夹层钢梁提供支撑点,在剪力墙上设置埋件与钢梁连接。钢梁与钢梁间距尽量按1300,以方便硅酸钙板按模数安装。


五、结论

    采用钢结构夹层是增加建筑使用面积的有效手段,本文在回顾常规做法的基础上提出了一种进一步减轻结构自重的新颖做法,该做法构造简单,自重大大减轻,能满足楼板受力要求,且经济适用,安全可靠,可为类似夹层工程提供借鉴。


参考文献

[1]邹胜,李长实.大跨度商铺夹层预埋件、钢结构的技术处理[c]//工程力学增刊,2002, 698-701

[2]靳海洋,张刚权,胡兆文.某高层LOFT公寓钢结构夹层设计方法分析[C]//2014年全国钢结构设计与施工学术会议论文集,2014:106-109

 

关键字:钢结构夹层 楼板 

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