摘要：輕鋼結構加層是目前逐步被推廣的一種房屋加固與改造形式，它具有自重輕、抗震性能好和施工方便等優(yōu)點；在技術、經濟以及安全性等方面較混凝土結構具有明顯的優(yōu)點，在國內逐漸獲得廣泛的應用。但對于這種結構形式的結構計算，目前沒有統(tǒng)一的設計規(guī)范和相應的設計標準。
本文針對目前出現(xiàn)的問題，參照建筑抗震設計規(guī)范和建筑荷載規(guī)范通過對上部結構作為附加荷載的可行性分析，分析整體計算樓層的底部水平地震力和把加層部分作為附加荷載乘以放大系數(shù)來計算樓層的底部水平地震力，當兩者相等或接近時，即可確定放大系數(shù)，從而提出簡化計算方法。
關鍵詞：加層；輕鋼結構；
近年來，隨著經濟的發(fā)展，城市工業(yè)化和商業(yè)化的迅速發(fā)展，人們對建筑的需求量也迅猛增長。同時，隨著國家經濟的迅速增長，社會的不斷進步，工程建設項目也逐年增多，特別是住宅商業(yè)化的迅猛發(fā)展及房地產開發(fā)商追求高的商業(yè)利潤，寸土寸金的商業(yè)理念已根深蒂固，從而原有的建筑規(guī)模己經不能滿足社會發(fā)展的需求，也不能滿足房地產開發(fā)商的利益需求。加之政府大力對城市的面貌進行美化，特別對于臨街的建筑進行平改坡以達到美化城市的目的。從而就對建筑設計在有限的空間里發(fā)揮其最大經濟效益并同時達到美化城市面貌的目的，提出了更高的要求。因此，從地域性和經濟性等方面綜合考慮，在設計的建筑物上增加一層或數(shù)層，不失為一種經濟、快捷并能緩解目前供需矛盾及滿足開發(fā)商利益的一種好方法。
從當前國內加層改造的工程實例來看，很大部分直接加層改造的工程均采用的是鋼結構體系，這主要是利用了鋼結構自重輕、抗震性能好和施工方便等特點。
1.與普通的鋼筋混凝土加層結構相比，鋼結構加層技術具有如下特點[4]：
(1) 重量輕。鋼結構重量輕，同種結構形式下相比，鋼結構加層僅為混凝土結構重量的 1/2～2/3，減輕了結構自重，同時也減小了上部結構對基礎的作用力，降低了基礎及其加固的工作量。
(2) 良好的抗震性能。鋼結構強度高，可以減輕加層結構的重量，從而減輕結構所受的地震作用；而且鋼材的延性好，加層在地震作用下具有很大的彈塑性變形能力，能吸收大量的能量，從而保證了結構的抗震安全性。
(3) 施工方便，鋼構件工廠加工制作，現(xiàn)場拼接安裝。構件連接工藝簡單，形式靈活，且大部分是干作業(yè)，易于各工種交叉作業(yè)和現(xiàn)場施工管理。
(4) 鋼結構加層工程施工速度快、工期短，便于業(yè)主盡早投入使用，創(chuàng)造效益。
(5) 鋼結構加層可以做到新老建筑物外側統(tǒng)一裝修，保證加層建筑立面風格與原有立面一致，與周圍環(huán)境協(xié)調。
2.鋼結構房屋加層改造的對象[4]
在選擇改造對象時，更應著重于其安全性設計，滿足下列條件的房屋可進行改造：
(1) 經綜合技術經濟分析，加層改造房屋的造價低于新建房屋造價；
(2) 3～4層磚混結構或混合結構房屋；
(3) 房屋結構狀態(tài)良好，未因基礎不均勻下沉、地震和其他人為因素引起裂縫；
(4) 加層改造后房屋高度，應滿足房屋對日照的要求；
(5) 需要進行加固或抗震加固的房屋，應結合舊房加固改造進行加層設計。
輕鋼加層技術即利用輕型鋼結構在設計房屋的頂層增加樓層。目前，國內對磚混結構、混凝土框架結構等采用輕鋼加層的設計進行了多方面的研究，主要從結構方案、抗震設計、地震作用影響等方面進行研究。
(1) 底部剪力放大系數(shù)計算法，即考慮鞭稍效應，按底部剪力計算出的地震力乘以放大系數(shù)β，這種計算按直線振動忽略振型組合，計算出的結果存在較大誤差。
(2) 振型分解反應譜法，計算是采用集中質量法，對結構進行離散化，整個結構考慮前2～3個振型計算，該方法較全面考慮了結構的動力特性、地面加速度作用、近、遠震等因素，與底部剪力法比較有較高的計算精度，為滿足工程設計精度提供了參考。加層結構方案分為平面結構和空間結構，平面結構有門式剛架和平面排架等結構形式，空間結構有鋼框架等結構形式。目前對于砌體結構的加層結構形式，對門式剛架這種結構形式研究的較多。
輕鋼加層可以有效地減少加層對下部結構帶來的地震作用效應。但值得注意的是：加層部分與下部結構的質量和剛度有很大突變，產生了較為明顯的局部振動（鞭梢效應現(xiàn)象）。因此采用底部剪力法進行設計時，一般可將計算得到的水平地震力乘以動力放大系數(shù)β，其取值范圍2.0～2.5。
輕鋼加層房屋阻尼的確定及其對地震反應的影響: 許多地震觀測資料表明，當建筑物阻尼較小時，阻尼的變化，甚至是很微小的變化，都會引起地震反應譜較大的變化。阻尼越小，地震反應譜值越大;阻尼愈大，地震反應譜值愈小。
輕鋼結構直接加層，上部加層結構采用輕鋼結構，其阻尼比ζ=0.02左右甚至更小，而原結構一般為鋼筋混凝土結構或砌體結構、對于一般常用的鋼筋混凝土結構，其阻尼比ζ=0.05左右；而對于多層砌體結構，其阻尼比ζ=0.06左右，但兩者的地震反應譜曲線相差不大，所以我國抗震規(guī)范中偏于安全地采用阻尼比ζ=0.05的地震加速度反應譜曲線。因而輕鋼加層后房屋總體阻尼比應在0.02和0.05之間。而此阻尼比范圍內地震反應譜曲線變化較大。我國抗震規(guī)范中的地震反應譜曲線僅適用于阻尼比為0.05的結構，因而在進行輕鋼結構直接加層房屋的抗震計算時，需考慮阻尼的影響，應對抗震規(guī)范中的地震反應譜進行相應的修正，使計算結果更精確、更接近實際。工程實例計算分析表明，加層部分阻尼的影響使其所受的水平地震剪力增大，因而在加層房屋進行抗震計算時，阻尼的修正是很必要的。在原結構不變的情況下，加層部分層數(shù)愈多，則整個加層房屋的阻尼比愈小，加層部分底部所受水平地震剪力愈大。
輕鋼加層在應用中存在優(yōu)點很多，但它在具體工程中仍然存在不少問題。
(1) 加層前未對舊有結構進行安全鑒定
雖然輕鋼結構與傳統(tǒng)的混凝土結構和磚混結構相比較，在自重上有很大的降低，但仍具有較大的質量。當前許多人認為只要是輕鋼結構，就可以隨便加層，這種觀點是錯誤的，導致的后果也是嚴重的。
原有建筑物在其使用壽命內由于地震、濕度、風力、日照、雨水及各種有害介質的侵蝕影響，不同程度地降低了建筑物的安全度。在確定增層方案前，首先要弄清該建筑物的增層可行性程度，要對建筑物做全面的安全鑒定，包括對建筑的地基承載力和承重構件的驗算。一個建筑物能否加層，能加幾層，關鍵取決于該建筑物是否有加層的潛力，潛力究競有多大。應由專業(yè)人員在對原設計進行審核驗算，并詳細檢查鑒定該建筑物的使用現(xiàn)狀基礎上，經過全面的鑒定與綜合分析，認為確有可能時，方可加層。
(2) 在地震區(qū)采用鋼結構直接加層這種結構形式還缺乏足夠的參考資料
目前國內的研究工作，主要以具體的工程實例為背景，由于現(xiàn)行《建筑抗震鑒定標準》(GB50023-95)考慮到房屋加層的情況比較復雜，對此問題未做明文規(guī)定，僅在條文說明中做了簡要說明，致使地震區(qū)房屋加層的抗震設計和鑒定至今仍無章可循，各地在進行房屋加層設計時所采用的標準很不一致，沒有系統(tǒng)的此類建筑的地震資料及試驗資料可供參考，而且抗震設計規(guī)范中對該體系也無明確規(guī)定，在地震區(qū)采用這種結構方案缺乏可靠的設計根據(jù)，因此，需要在大量進行計算分析和理論分析的基礎上找到此類結構設計上存在的共性和特點以供設計者參考。
參考文獻：
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