关于高层建筑错层结构抗震设计的探析

关于高层建筑错层结构抗震设计的探析

王海波

龙江县住房和城乡规划建设局黑龙江龙江161100

摘要：近三十年来，随着我国科技水平的不段提升，有更多的建筑材料得到了升华，再加上人们研究出了更多新型的高效结构体系，创造出了更先进的施工技术和机械设备。这些年来随着人们生活水平的不断提升人们对高档住宅的要求也更加迫切，舒适的居住环境、合理的空间布局、优美的住宅环境就成为了人们追求的对象。

关键词：高层建筑；错层结构；抗震设计；分析研究

随着楼市的发展，人们传统的居住习俗正逐渐受到新潮理念的挑战，旧式的居住观念已被迅速发展的现代都市生活理念所替代，在住宅的品位和生活质量上人们已提出了一个相当高的要求，这种要求的提高也势必引起房型的变化，人们要求现在的房型功能更完善、分割更合理、私密性更强。也就是人们对住宅的要求已从以前传统的实惠型向舒适性、小康性、超前性、休闲性、温馨型发展。为此错层式住宅作为一种新概念房型在各地层出不穷，甚至有愈演愈烈的趋势，已经从独立式、联立式的低层住宅发展到多层，又由多层蔓延到高层。

1、高层建筑错层结构的特点

错层结构属于复杂高层结构，之所以定义为复杂高层结构主要是因为以下特点。

1.1错层结构属于竖向布置不规则结构，在错层部位竖向抗侧力构件因计算高度不同而引起刚度突变；剪力墙结构错层后因建筑使用功能原因易形成错洞或叠合错洞剪力墙使洞口布置不规则；框架结构错层后形成长短柱混合的不规则结构，更加不利。

1.2由于楼板错层，故相当于错层楼板开大洞，楼板会受到较大的削弱而形成平面不规则结构。

1.3错层附近竖向抗侧力构件受力复杂，易形成许多应力集中部位。且限于目前计算软件的能力尚无法进行精准计算，应根据结构概念进行构造加强。

1.4错层布局方式

错层住宅的布局方式很多，常见的有左右错、前后错、双层错，但无论哪一种错层方式，建议每次错层高差控制0.3m～0.45m之间。

2、高层建筑中错层对建筑结构的不利因素

在高层建筑中错层对建筑影响的不利因素主要存在于两个方面：一是楼板在分块时的错置，这样就会造成高层建筑在建筑过程中的错层构建结构产生内力，进而造成建筑结构变形，这样也就降低了楼板在整体结构的受力能力；第二方面主要表现在楼板错层，这样就会造成一些部位形成竖向的短构建，这样当建筑结构在同向受力的时候就会因为这些错层构建本身的刚度大而产生内力集中现象。也正是因为这两个因素的存在，错层就会对整个建筑结构产生影响。相互错层的相邻楼板之间仅由中间的错层柱来进行支撑，楼板在自身平面内的拉弯刚度早已远远地超越了错层墙的拉弯刚度，当高层建筑结构受到来自各处力的时候，建筑物结构左右两部分受力不均衡，这样就产生了结构变形现象，导致了错层墙中内力的产生。所以说，这样的结构对于高层建筑的抗震是不利的。在高层建筑中采用这样的错层结构对抗震性能会产生很大影响，主要表现在以下几个方面：

2.1相对包含形式的错层结构。这样的结构形式会使上下层楼面的刚度发生变化，这也就导致了当地震发生的时候，由于地震力本身存在不规则性，这样就影响了整个建筑中的抗震能力。

2.2交叉形式的错层结构。这样的机构形式会使上下层之间的平面刚度分散，不能很好的重叠，这样在地震发生的时候就容易使地震力存在于楼层之间，进而对建筑物产生扭矩，这样的结构形式对建筑物主体结构也是不利的，而且这样的错层结构使用的柱大部分是短柱，这样在面对地震的时候产生弯矩的情况要比其他长柱要多，这样的受力结构是比较薄弱的。

2.3混合形式的错层结构。这样的错层结构在地震作用下会使地震力分配不均衡，这样会使同楼层之间产生内力的情况不一样，这样也就造成了各结构构件之间产生的可靠度不同。在高层建筑物中的错层结构的错层部位在竖向抗侧力构件上一般会选取较为低矮的构件，这样在地震作用下的延性较差。

3、高层建筑错层结构抗震设计

3.1设计要点高层错层建筑结构由于在错层短柱存在很大的内力集中，且错层框架结构在错层处的短柱要协调相互错开的楼盖的变形，特别是在地震作用下，更易发生破坏。为改善普通错层框架结构的受力性能，主要采取以下措施来解决：

3.2在普通错层框架结构的错层处根据实际需要增设若干撑杆，用撑杆的轴力来转移普通错层框架结构错层处短柱受的剪力。

3.3在普通错层框架结构的适当位置增设若干剪力墙，用剪力墙来承担大部分的结构水平剪力。

3.4错层不宜沿建筑通高设置，错层中应设置一定数量的贯通层，将错层分为几个区段，且每个错层区段包含的错层层数也不宜太多，通层要重点加强。

3.5对于电算结果给出的超筋、超限的连梁，在提高其混凝土强度等级，截面调整仍无效果的情况下，可采用钢骨混凝土连梁加以解决，采用钢骨时要注意钢骨和墙体暗柱的连接构造。

3.6在对复杂高层建筑进行设计时，运用概念设计的思想确定结构方案、进行结构布置是十分重要的。在此基础上还要有充分的计算分析手段例如采用二种不同计算程序进行分析对比、相互验证，并采用结构动力分析方法进行补充分析。

3.7对高层错层建筑在错层处应在纵横向布置剪力墙，并使其互相形成扶壁，错层处布置单独的框架柱是不可取的。

4、层结构设计注意事项错层结构应用较广，如何保证结构安全，采取有效措施正确处理错层结构就显得尤为重要。在设计时应具体问题具体分析，充分考虑各种不利因素，针对错层结构可能出现的薄弱部位从建筑平面布置、理论计算及抗震构造措施等方面出发，增强结构的整体受力性能，提高结构的延性。

4.1结构的共用柱大多为短柱，而短柱的延性很差，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌，因此对因错层形成的短柱，应该尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截面尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。

4.2尽可能使结构平面布置合理化，使错层部位两层的竖向构件刚度相等，对结构平面布置不对称的结构，地震的扭转效应将十分显著，可能造成角部抗侧力构件开裂，在设计中应加强这些部位的配筋，增强抗震构造措施。

4.3加强错层结构中错层柱及其上连梁的抗扭能力，同时使错层柱与相邻普通柱的长细比控制在1～2之间。

4.4在高层建筑中，竖向体型应避免过大的外挑和内收，立面收进部分的尺寸比值应满足≥0.75的要求。

4.5对设防烈度较高、抗震等级较高的高层钢筋混凝土结构，应尽可能限制使用错层结构，如不可避免，则应用剪力墙结构，并尽量避免上下层楼面刚度突变。

结束语：

综上所述，高层建筑中的错层结构变化丰富，层次感也非常强，极大的满足了人们的心理要求，与此同时也为错层结构的发展提出了新的课题。比如说由于受力复杂，一些不确定因素也比较多，地震的特点要求等都为设计施工带来了较大难度，这些都是影响高层建筑错层结构发展的主要因素。所以说，我们要加大对高层建筑中错层结构的深入研究、提升建筑整体性能。

参考文献：

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