1 鋼結構工程概況
本工程鋼結構為一加建項日，目的是在兩棟相距1 8 m的多層商場之間加建1棟3層的建筑鋼結構；工程鋼結構所在場地為6度抗震設防區(qū)；整體結構的平面及剖面形狀如圖l。
建設單位有4點要求：
1)新增建筑鋼結構全部由兩旁原商場的混凝土住支承．中間不能有柱。
2)新增建筑鋼結構的樓面必須與兩邊已有的建筑鋼結構樓面相平齊，原有的樓層層高為4．5 m，而且樓層可使用的凈空高度不能少于3 m。
3)新增建筑鋼結構的樓面使用功能會兇市場變化而改變，目前暫時按商場考慮。 ’
4)不能停止原有商場內的商業(yè)活動。
2 結構選型
2．1 新增主梁支承點的支承方法
新增建筑鋼結構的主梁與兩旁原有的混凝土柱之間的連接采用鉸接做法。因為如果新增主梁采用兩端鉸接支承，那么對于原有建筑鋼結構來說，就只是支承新增建筑鋼結構的那一部分增加的豎向荷載而已，別處位置的梁、板的原有內力大小及分布情況都不會受到影響；這樣對原有商場的影響降到了最低．僅需對少數(shù)兒根混凝土柱進行加固即可，原有商場的正常商業(yè)活動不會受到較大影響。
2．2新增主梁的撓度控制方法
由于層高定為4．5 m，減去通風、空調管道占用的空間及建沒單位要求的3 m使用凈空高度．新增建筑鋼結構的樓面梁板的總高度不能超過1．2 m；又因為新增主粱的跨度達18 m而且為兩端鉸支。主梁的豎向變形撓度大人超過了規(guī)范允許值。所以在設計上采用對主梁施加預應力的方法來控制撓度；又考慮到以后會因為使用功能改變而使樓面的使用活荷載產(chǎn)生較大的變化，要控制好不同荷載下的主梁撓度，就必須對主梁進行多次的預應力張拉，這種情況下采用體外預應力來控制主梁的撓度是較好的選擇。
2．3新增主梁的材料選擇
由于主梁跨度為18 m，而且設計為兩端鉸支，如果采用鋼筋混凝土主梁，在梁高不能超過1．2 m的情況下要滿足規(guī)范的強度要求，顯然效率很差；而且兩端支承主梁的牛腿必須放在主梁梁底以下，這又占用了很大部分的下層空間，導致室內的建筑鋼結構效果極差。而如果采用鋼梁，通過特別的節(jié)點做法，可以使鋼梁與牛腿位于同一高度范圍內，不占用鋼梁的下層空間；另外，在多次反復地對體外預應力筋進行張拉和放松的情況下，更應該優(yōu)先采用鋼結構。
所以最后決定主梁的材料采用型鋼。
2．4新增樓層板的材料選擇
新增樓層板采用：壓型鋼板一現(xiàn)澆混凝土組合樓板。樓板總厚度為115 mm，型鋼主梁的梁高為1 m，沿主梁方向每2 m設一道垂直于主梁的型鋼次梁。鋼梁與組合樓板之間設置抗剪連接件，按完全抗剪連接計算。
3新增主梁的設計計算
3．1 預設型鋼銅梁的截面尺寸
因為該建筑鋼結構在投入使用后，還有可能多次進行體外預應力的張拉，所以此鋼梁的截面特性就必須滿足以下的要求：在預應力筋松弛的情況下也能滿足樓層恒載及施工活載的承載力要求。
經(jīng)計算，樓層恒載及施工活載所產(chǎn)生的最大彎矩為2 187 kN·m；根據(jù)《鋼結構設計規(guī)范》(GB5()(]17—2003)第4．1．4條，采用Q345型鋼時，能滿足此彎矩的鋼梁的凈截面模量為7 060 c甜，考慮到鋼結構構件使用保養(yǎng)的不確定性及以后再次進行預應力張拉時樓面荷載的不確定性，鋼梁選用的焊接工字鋼尺寸為：1()()0mm×4。0mm×16mm×20mm，其凈截面模量為10 044 cm。，截面積為313．6 cm。，截面慣性矩為502 178 cm‘，按塑性設計時，根據(jù)“規(guī)范”(GB 50017—2003)第9．1．3條，鋼材
的強屈比廠。
3．2 鋼梁的強度計算
壓型鋼板一現(xiàn)澆混凝土組合樓板的混凝土等級為C25(廠。一11．9 MPa)，組合樓板總厚度為115 mm，混凝土部分的最小厚度為^。。一64 mm；根據(jù)“規(guī)范”(GB 5()(]17—2【)f]3)第11．1．2條，組合樓板與鋼梁所構成的組合梁的混凝土翼板的有效寬度6。一1 066 mm，如圖2。
根據(jù)“規(guī)范”(GB 5(1(]17—2 Ofj3)第11．2．1條中的第1點箅得：A故組合梁的塑性中和軸位于工字鋼梁的截面內；按面積矩相等的原理求得：中和軸距組合梁梁底的距離了一864 mm、工字鋼梁受拉區(qū)截面形心到混凝土翼板受壓區(qū)截面形心的距離y。一751 mm、工字鋼梁受拉區(qū)截面形心
到工字鋼梁受壓區(qū)截面形心的距離y：一679 mm。同樣根據(jù)“規(guī)范”(GB 5()(]17—2[)()3)第11．
按照目前的商場用途考慮，所產(chǎn)生的最大彎矩M…===3 078kN·m，最大剪力V…一650 kN，所以此組合梁能滿足設計規(guī)范要求。
其他的計算(如鋼梁的穩(wěn)定計算、鋼梁與樓板的抗剪連接計算、鋼梁的抗扭計算等)這里不逐一列出，最后得出的結論是：此組合梁可以滿足強度及穩(wěn)定的設計要求。
3．3 組合鋼梁豎向變形撓度的控制
組合鋼梁側立面示意如圖3。 組合鋼梁在未施加預應力的情況下所產(chǎn)生的總撓度^一82mm，其數(shù)值大于規(guī)范要求的60mm。故需要施加體外預應力對撓度進行控制，體外預應力必然會對組合梁產(chǎn)生一個反拱廠。所以應首先確定這個反拱的大小，反拱大小的取值做法：一般取樓板總自重及1／2的活荷載作用下組合梁所產(chǎn)生的撓度。
