回想两年多前，5.0工业厂房项目交付后，在招商配合阶段就遇到了不少有意思且极具代表性的问题。例如，我们项目楼面设计预留荷载为800kg/m2，而某意向业主的大型设备重达5吨甚至更重，设备底座占地面积不足4平方米。从平均基底压力看，已超过设计荷载，那么这类设备到底能不能放？是否需要加固？这类疑问在后期装修与改造中非常常见，我们往往需要花费不少口舌去解释，才能稍微消除使用方的顾虑——尽管对方往往仍难完全放心。
谨慎当然是好事。如今不少安全事故，正是源于无知无畏、胆大妄为。工程人自当心存敬畏。
同样，在做某学校实验室楼设计的结构方案汇报时，校长也曾提出他的担忧：未来实验室中将放置十几吨的大型设备，结构楼板厚度是否足够？会不会偏薄？
这些疑问背后，其实都指向几个普遍存在的技术壁垒。正好曾经也接触了一个比较典型的案例，有朋友咨询，某室内加建夹层设计完成了，但业主一直担心新结构的荷载超出原设计预留值，不知如何处理。这类问题，可归结为以下几方面：
根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012 附录C，规范建议将局部荷载根据结构的内力、变形、裂缝等控制要求进行等效换算，并明确给出了基于等效弯矩确定等效均布活荷载的方法。从相关公式可以看出，局部荷载的等效换算不能简单按基底面积平均处理，而应根据实际边界条件换算后进行等效。
当然这样一番下来其实是比较繁琐的，如果有结构模型的话可以借助有限元分析来评估可行性。 
由于前述误区，很多业主会一味要求控制设备基底压力，例如设置大型钢底座以“扩散”压力，使其不超过设计荷载。也有人过于纠结夹层结构自重，希望尽可能做轻以减少荷载。但这些做法往往代价高昂、局限明显，实际并无必要。
尤其对于展厅、办公类空间，首先应满足其动线与功能需求，柱网不宜过密，以保证大开间氛围，因此结构自重未必能按理想跨度优化。合理的做法是：明确使用功能及荷载，根据功能与流线合理排布结构柱位（柱位尽量在原楼面结构主梁上）；基于新建夹层结构自重与实际使用荷载初步评估原结构承载力是否可行；最后借助整体模型综合分析对原结构的影响。
曾有一例，某夹层平台自重约10吨，共用10根立柱。业主认为每根柱反力约1吨，而原结构设计荷载为700kg/m2，认定需为每柱设置不少于1.5m2的埋板才能“满足平均压力”。这一理解既未把握局部荷载的传递机制，也忽略了平台活荷载作用。
事实上，只要通过整体结构复核确认可行性，对于局部单根柱支承于楼板的情况，仅需验算楼板的抗弯与抗冲切承载力即可，无需过度放大底板面积。
典型案例分析
一、计算依据 ：
本工程计算所依照的规范系统按原设计相关依据，具体如下：
《工程结构通用规范》 （ GB55001-2021 ）
《钢结构设计标准》 (GB50017-2017)
《钢结构通用规范》 （ GB55006-2021 ）
《建筑结构荷载规范》 (GB50009-2012)
《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2010)(2016 年版 )
《建筑与市政工程抗震通用规范》 （ GB55002-2021 ）
《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2011)
《建筑结构可靠性设计统一标准》 (GB50068-2018)
《钢管混凝土结构技术规范》 (GB50936-2014)
《钢管混凝土结构设计规程》 (CECS 28:2012)
《矩形钢管混凝土结构技术规程》 (CECS159-2004)
《钢结构焊接规范》 (GB50661-2011)
《钢结构高强度螺栓连接技术规程》 (JGJ82-2011)
xx 青少年活动中心 结构施工图 2014.06.10 版本
二、设计依据及工程概况
1 、建筑结构设计使用年限： 10 年。
2 、本工程地址位于位于xx市 青少年活动中心 四层展厅内，主要为室内新加夹层结构；建筑结构的安全等级为二级，结构的重要性系数 1.0 ；结构设计使用年限为 10 年；建筑抗震设防类别为标准设防类。
原建筑结构四层楼面平面布置图
原建筑结构四层结构桁架示意图
三、 模型建立及荷载取值
根据原建筑结构图纸，建立四层结构有限元结构模型，如下图示意：
四层楼面结构局部区域模型示意图
四层楼面结构新增夹层局部区域模型示意图
新增夹层钢结构模型示意图
主要截面如下：
构件名称
|
截面
|
材性
|
GL1
|
HM 294X200X8X12
|
Q235B
|
GL2
|
HM 244X175X7X11
|
Q235B
|
GL3
|
HN 200X100X5.5X8
|
Q235B
|
GZ1
|
P200x10
|
Q235B
|
GZ2
|
口 200x8
|
Q235B
|
GZ3
|
口 100x6
|
Q235B
|
各工况荷载取值示意详见下表，地震作用考虑程序施加。
荷载类别
|
荷载名称
|
荷载取值 (KN/m 2 )
|
备注
|
永久荷载
|
恒荷载
|
0.30
|
根据装修做法计算
|
构件自重
|
——
|
程序自动计算
|
|
展厅荷载
|
夹层活载
|
2.50
|
-
|
原结构预留活荷载
|
6.00
|
-
|
原结构楼面预留 100mm 厚装修建筑面层做法（填充材料为细石混凝土），现装修面层做法考虑为 150mm 厚的陶粒混凝土，容重 1200kg/m 3 ，折算为恒荷载小于 2 KN/m 2 ，因此楼面实际恒荷载未超过设计限值。
结构楼面恒载布置图（左为原结构工况，右为新加夹层工况）
原结构楼面预留活荷载不小于 6 KN/m 2 ，按建筑功能情况，夹层范围上下楼面预留活荷载 2.5KN/m 2 ；夹层面积约 215m 2 ，夹层结构自重约 10t ，因此夹层结构单方重量约 0.5KN/m 2 。夹层区域合计荷载 2.5*2+0.5=5.5KN/m 2 <6 KN/m 2 ，未超过设计预留活荷载。
此外，我们对原结构在均布预留荷载及增加夹层后的实际使用荷载两种情况进行有限元分析，比较两种情况下构件的受力及变形情况。（对比模型我们仅将新增夹层区域即 1 区活荷载改为双层 2.5KN/m 2 ，其他区域仍按照 6KN/m 2 取值，根据建筑使用功能可知，实际使用荷载远没有这么大，故对比模型是偏于安全的）
结构楼面活载布置图（左为原结构工况，右为新加夹层工况）
考虑夹层楼面次梁上均匀布置方通传递荷载，次梁间距在 1.5m 内，因此将屋面荷载倒算为杆件线荷载，作用示意图如下所示：
新加夹层结构恒载布置图
新加夹层结构活载布置图
四、 主体结构分析
对原结构在均布预留荷载及增加夹层后的实际使用荷载两种情况进行有限元分析，取夹层所在部分区域构件作为对比目标，比较其构件应力及变形情况。
结构构件最大应力图（左为原结构工况，右为新加夹层工况）
结构构件最大变形图（左为原结构工况，右为新加夹层工况）
可知，最大应力和最大变形情况均出现在原结构工况模型。
综上所述，新加夹层按实际使用功能确定的使用均布荷载小于原设计预留活荷载。且通过有限元建模分析可知，原结构在均布预留荷载作用下的应力及变形均大于增加夹层后的实际使用荷载作用下的工况。因此，原结构楼面在增加夹层后是安全可靠的。
新加夹层结构构件应力图
新加夹层结构构件变形图
综上所述，新加夹层结构本身构件应力及变形也能满足设计要求
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