夹层（错层）结构按楼层建模与按层间建模区别的探讨-中国期刊网

首页 > 《建筑实践》 > 2024年6期 > 夹层（错层）结构按楼层建模与按层间建模区别的探讨

（整期优先）网络出版时间：2024-05-30

作者: 张宗俊韦彦伊

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夹层（错层）结构按楼层建模与按层间建模区别的探讨

张宗俊韦彦伊

（广西华蓝工程管理有限公司，南宁，530011）

【摘要】工程设计中，设计人员经常碰到夹层或错层在模型建模上如何处理，及结构整体参数如何正确评价的争议。本文拟通过深入讨论不同建模方式给计算结果带来的区别，进而探讨如何对夹层或错层结构的整体指标进行合理评价。

【关键词】夹层；错层；楼层建模；层间建模

Exploration of the difference between modeling interlayer (staggered) structures based on floors and modeling between floors

Zhang Zong Jun Wei Yan Yi

（Guangxi Hualan Engineering Management Co.,Ltd）

Abstract: In engineering design, there are often controversies about how to handle interlayers or staggered layers in model modeling, and how to correctly evaluate the overall parameters of the structure. This article intends to discuss in depth the differences in calculation results caused by different modeling methods, and further explore how to reasonably evaluate the overall indicators of sandwich or staggered structures.

Keywords:Interlayer; Staggered layers;modeling based on floors;modeling base on between floors

前言

在我们的实际工程设计中，经常会碰到如下图1、图2所示的夹层或错层结构。常见的国内软件采用的建模方式有两种：（1）将图1中的A或图2中的A、B分别按楼层方式建模组装；（2）将图1中的A或图2中的A、B按层间方式建层间结构模型。那么两种方式有何区别，又如何选择哪种建模方式更符合实际工程情况呢？

两种建模方式的区别

国内目前常用结构分析软件，在一般的分析模型中，梁、柱由杆元模拟，墙由墙元模拟（墙元是在四节点等参壳元的基础上，应用静力凝聚的方法，构造了允许带有任意方孔的通用墙元[1]，既保证了计算精度，又大为减少由于墙元细分增加的内部自由度），结构模型最终形成一个线杆（包含墙元）体系，由节点与线杆（墙元）构成。该模型以节点位移为未知量，由矩阵位移法[2]形成线性方程组对结构进行求解。两种建模方式形成的计算模型整体上没有什么区别（按楼层建模方式会使结构跨层柱在夹层处形成节点，如图1中c点），在外部荷载，计算假定条件等因素一致的情况下，最终求解得到的结构的动力特性（周期）、刚度（位移）、受力（杆件内力）就没有太大的区别。但是在涉及与楼层有关的整体参数上，两种模型在参数统计上会有区别。比如层间位移角、楼层侧向刚度比的确定上。

我们以图1中夹层结构为例，来比较一下两种建模方式在层间位移角与楼层侧向刚度比的确定上是怎么产生不同的结果的。

首先我们通过两种建模方式建立夹层结构模型（按ab柱长6.6m，ac长3.6m，cb长3m），通过计算得到在y向地震作用下，两个模型的最大层间位移角的节点均为图1中的b点处。下图图3为楼层建模方式计算得到的位移值，图4为层间方式建模得到的位移值：

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图3 楼层建模方式ab柱位移值图4 层间建模方式ab柱位移值

其实两者在计算b点位移结果基本一致。只是在楼层建模方式中，柱子增加了c点的位移值的统计，故在总信息参数中，该工况下的层间位移角取的是：（9.08-4.15）/3000=1/608;在层间建模方式的总信息参数中，该工况下的层间位移角取的是：（9.14-0）/6600=1/722 。所以由于所取的计算区间不同，导致数据结果产生一定差异。本次样例情况下按层间建模方式统计的层间位移角更为合理，更符合规范对层间位移角的定义。

此外两种模型在楼层侧向刚度统计上的差异是最大的，这种差异是由于层概念的定义导致的，如下图图5所示为按楼层建模时楼层侧向刚度统计的楼层划分，图6为按层间建模时楼层侧向刚度统计的楼层划分。

由于两者楼层划分不同导致楼层侧向刚度计算时楼层高度有差异。故很明显按楼层建模时候的1层侧向刚度明显大于按层间建模时候的1层侧向刚度。同样我们以前面的按两种方式建立的模型计算时候，按楼层建模的1层侧移刚度（地震剪力与地震层间位移的比）为：6.75x10

5（kN/m）；而按层间建模的1层侧移刚度（地震剪力与地震层间位移的比）为：3.07x105（kN/m）。

两种建模方式选择的建议

根据前文对两种建模方式区别的探讨，我们发现主要区别在于整体参数中的层间位移角和楼层侧向刚度比的统计上的差异。从大判断方向考虑，应该先分三种情况：（1）夹层结构比较大，与楼层结构差不多时，此时整体参数上可以将夹层当做楼层进行统计，是能满足工程精度要求的。（2）夹层结构相比楼层结构较小，整体参数判断上忽略其作为楼层结构也是能满足工程精度要求。（3）夹层介于上述（1）、（2）情况之间的。

所以首先要解决的是如何划分以上三种情况的问题。建议参考《高规》3.5.6条的规定“楼层质量沿高度宜均匀分布，楼层质量不宜大于相邻下部楼层的1.5倍”[3],以夹层楼层质量是否不小于其上一层结构楼层质量2/3做为是否满足上述情况（1）的判断依据。同理，以夹层质量是否小于其上一层结构楼层质量的1/3做为是否符合情况（2）的判断依据。除以上两种情况外，则划分为上述情况（3）。

如果属于情况（1），则建模采用楼层建模方式较为合理；属于情况（2）时，则建模采用层间建模方式较为合理。对于情况（3），建议按两种建模方式分别计算。

情况（3）两种模型计算结果中的层间位移角，当两种模型都满足的话，则证明该指标满足要求。如果其中一个不满足，则可以具体查看其是否为真实的层间统计结果（如图3、图4中的图4为该竖向构件真实层间位移角），如果不是则以真实层间统计结果为准。通常情况下，以楼层建模的模型需要鉴别最大层间位移角是否为跨层柱，由于跨层柱楼层处形成中间节点（如图1中c点），层间位移角统计不真实。而以层间模式建模的模型由于遗漏夹层部分的位移角统计，故需要复核按楼层建模得到的夹层的位移角是否满足。

至于楼层侧向刚度比这个判断结构竖向规则性的参数而言，对于情况（3）的夹层虽然楼层质量没达到做为楼层的要求，但是也没有小到可以忽略的程度，况且本身错层或夹层对结构规则性不利，建议从严进行规则性判断。如下图7、图8所示，楼层侧向刚度比宜考虑图7的按楼层划分的1层（弱）、2层（强）侧向刚度比（此要求偏严，可根据工程实际情况考虑），同时也需要判断图8的忽略夹层做为楼层划分的2层（弱）、3层（强）侧向刚度比。所以，对于情况（3）建议采用两种模型中不利包络判断竖向规则性。