高層建筑錯(cuò)層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

張曉松

【摘要】近年來(lái)，高層建筑錯(cuò)層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)得到了快速發(fā)展和廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)內(nèi)容有著重要意義。本文首先介紹了高層建筑錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和影響因素，分析了錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和缺陷，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別研究了高層建筑錯(cuò)層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)及其注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；錯(cuò)層結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)

一、前言

高層建筑錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性、專業(yè)性較強(qiáng)的工作，其設(shè)計(jì)水平的高低直接關(guān)系到高層建筑的穩(wěn)定性。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升錯(cuò)層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的實(shí)踐水平，從而有效優(yōu)化高層建筑的整體穩(wěn)定性。

二、高層建筑錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和影響因素

1.高層建筑中錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程

在高層建筑中采用錯(cuò)層結(jié)構(gòu)是為了將室內(nèi)空間更多樣化，不僅要滿足人們的住宅需求還要滿足人們的視覺(jué)要求，在通常情況下一個(gè)單元內(nèi)的幾個(gè)房間在設(shè)有高層的幾個(gè)層面上，當(dāng)各個(gè)錯(cuò)層之間的高度不相同時(shí)，也就形成了各種類型的梁柱結(jié)合。根據(jù)我國(guó)當(dāng)前的設(shè)計(jì)風(fēng)格來(lái)說(shuō)，一般將錯(cuò)層結(jié)構(gòu)分為三類，包括含型錯(cuò)層、交叉錯(cuò)層和混合型錯(cuò)層三種。

2.高層建筑錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的受力情況

在高層建筑中的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)與普通高層中的框架結(jié)構(gòu)的區(qū)別主要在于在錯(cuò)層中錯(cuò)開(kāi)的樓層導(dǎo)致了在結(jié)構(gòu)的一些部位形成豎向的短構(gòu)建，這樣就會(huì)將所有的受力都集中在一起，這樣是不利于抗震的。其主要原因是在同向受力時(shí)由于錯(cuò)層構(gòu)件本身剛度較大，這樣就會(huì)將內(nèi)力集中。所以說(shuō)在進(jìn)行高層建筑的時(shí)候要注重對(duì)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)中的短柱問(wèn)題。

3.高層建筑中錯(cuò)層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

在錯(cuò)層框架監(jiān)理墻的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，剪力墻主要承載水平力，在面對(duì)地震災(zāi)害的時(shí)候，錯(cuò)層框架中剪力墻的兩道防線就可以將錯(cuò)層結(jié)構(gòu)中的受力點(diǎn)進(jìn)行改善。

三、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和缺陷

1.受力特點(diǎn)

首先是錯(cuò)層框架結(jié)構(gòu)，他與框架結(jié)構(gòu)的相比主要由于在錯(cuò)層出錯(cuò)開(kāi)的樓層導(dǎo)致了在結(jié)構(gòu)的一些部位形成豎向的短構(gòu)件，使受力集中，不利于抗震。主要的原因可能是在同向受力中由于錯(cuò)層構(gòu)件剛度大，而產(chǎn)生內(nèi)力集中。在錯(cuò)層結(jié)構(gòu)中，短柱問(wèn)題應(yīng)該得到足夠的重視。其次是錯(cuò)層框架剪力墻結(jié)構(gòu)，錯(cuò)層框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻承擔(dān)了水平力中的一大部分，特別是在地震作用下，錯(cuò)層框架剪力墻結(jié)構(gòu)有兩道設(shè)防線，能夠較好地改善錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的受力性育旨。

2.錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的缺陷

錯(cuò)層對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響主要源于兩個(gè)方面：一是樓板分塊錯(cuò)置，在錯(cuò)層構(gòu)件中會(huì)產(chǎn)生很大的變形內(nèi)力，從而削弱了樓板協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)整體受力的能力；二是樓板錯(cuò)層，容易在某些部位形成豎向短構(gòu)件，從而可能在同向受力中因錯(cuò)層構(gòu)件剛度較大而產(chǎn)生內(nèi)力集中?；谝陨蟽蓚€(gè)根本原因，錯(cuò)層將進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性產(chǎn)生較大影響。相互錯(cuò)層的相鄰樓板僅由中間的錯(cuò)層柱（墻）相聯(lián)系，而樓板在自身平面內(nèi)的抗彎剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于錯(cuò)層柱（墻）的抗彎剛度，當(dāng)結(jié)構(gòu)受力時(shí)，結(jié)構(gòu)左右兩部分將產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形，在錯(cuò)層柱（墻）中形成較大內(nèi)力。顯然，這對(duì)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)抗震是十分不利的。以上3種錯(cuò)層結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響主要體現(xiàn)在以下方面：

首先，對(duì)包含型錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，由于上下層樓面剛度發(fā)生突變，當(dāng)?shù)卣鹱饔冒l(fā)生時(shí)，地震力在樓層之間分配不均勻，從而影響了各樓層總地震作用沿建筑全高分配的連續(xù)性，影響結(jié)構(gòu)整體的抗震性能。

其次，交叉型錯(cuò)層結(jié)構(gòu)上下層平面剛度不重疊，易使地震作用在樓層之間產(chǎn)生局部扭矩，對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響；且其共用柱多為短柱，分配的地震作用彎矩往往比其他柱大很多，從而形成相對(duì)薄弱的受力構(gòu)件。

四、高層建筑錯(cuò)層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層錯(cuò)層建筑結(jié)構(gòu)由于在錯(cuò)層短柱存在很大的內(nèi)力集中，且錯(cuò)層框架結(jié)構(gòu)在錯(cuò)層處的短柱要協(xié)調(diào)相互錯(cuò)開(kāi)的樓蓋的變形，特別是在地震作用下，更易發(fā)生破壞。為改善普通錯(cuò)層框架結(jié)構(gòu)的受力性能，主要采取以下措施來(lái)解決：

1.在普通錯(cuò)層框架結(jié)構(gòu)的錯(cuò)層處根據(jù)實(shí)際需要增設(shè)若干撐桿，用撐桿的軸力來(lái)轉(zhuǎn)移普通錯(cuò)層框架結(jié)構(gòu)錯(cuò)層處短柱受的剪力。

2.在普通錯(cuò)層框架結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置增設(shè)若干剪力墻，用剪力墻來(lái)承擔(dān)大部分的結(jié)構(gòu)水平剪力。

3.錯(cuò)層不宜沿建筑通高設(shè)置，錯(cuò)層中應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的貫通層，將錯(cuò)層分為幾個(gè)區(qū)段，且每個(gè)錯(cuò)層區(qū)段包含的錯(cuò)層層數(shù)也不宜太多，通層要重點(diǎn)加強(qiáng)。

4.對(duì)于電算結(jié)果給出的超筋、超限的連梁，在提高其混凝土強(qiáng)度等級(jí)，截面調(diào)整仍無(wú)效果的情況下，可采用鋼骨混凝土連梁加以解決，采用鋼骨時(shí)要注意鋼骨和墻體暗柱的連接構(gòu)造。

5.在對(duì)復(fù)雜高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想確定結(jié)構(gòu)方案、進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置是十分重要的。在此基礎(chǔ)上還要有充分的計(jì)算分析手段例如采用二種不同計(jì)算程序進(jìn)行分析對(duì)比、相互驗(yàn)證，并采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析方法進(jìn)行補(bǔ)充分析。

五、高層建筑錯(cuò)層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

高層建筑中的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)由于其采用的錯(cuò)層短柱本身具存在著很大的內(nèi)力，并且還要求錯(cuò)層框架結(jié)構(gòu)在錯(cuò)層位置的短柱需要相互協(xié)調(diào)來(lái)錯(cuò)開(kāi)樓蓋的變形，特別是在發(fā)生地震的時(shí)候很容易發(fā)生破壞。為了將普通高層中錯(cuò)層框架結(jié)構(gòu)的受力情況，我們可以采用以下幾種措施來(lái)加以改善：

1.在普通高層建筑中的普通錯(cuò)層框架錯(cuò)層處我們要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)增加撐桿，這樣就可以借用撐桿的力來(lái)將普通錯(cuò)層框架結(jié)構(gòu)錯(cuò)層處短柱所受到的剪力進(jìn)行轉(zhuǎn)移，減少短柱所受的力。

2.在高層建筑中的普通錯(cuò)層框架結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置來(lái)增加一些剪力墻，這樣就可以很輕松的用剪力墻來(lái)分擔(dān)大部分的錯(cuò)層框架結(jié)構(gòu)水平剪力。

3.在錯(cuò)層構(gòu)架的建設(shè)時(shí)不應(yīng)該沿著建筑通高來(lái)進(jìn)行設(shè)置，在高層建筑錯(cuò)層中應(yīng)該設(shè)置一定數(shù)量的貫通層，并且要根據(jù)實(shí)際情況將錯(cuò)層分成幾個(gè)區(qū)域，并且每個(gè)錯(cuò)層區(qū)域所覆蓋的錯(cuò)層層數(shù)也不能太多，在通層位置要適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行重點(diǎn)加強(qiáng)。

4.當(dāng)對(duì)一些比較復(fù)雜的高層建筑進(jìn)行錯(cuò)層設(shè)計(jì)的時(shí)候就需要采用概念設(shè)計(jì)的思想來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)方案和不知結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定了，這在設(shè)計(jì)中是非常重要的。在這樣的基礎(chǔ)上我們還需要采用計(jì)算的方法來(lái)對(duì)自己提出的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)不斷的對(duì)比、分析和補(bǔ)充進(jìn)而選出最適合的設(shè)計(jì)方案。

5.在高層建筑中對(duì)錯(cuò)層處的設(shè)計(jì)應(yīng)該將剪力墻進(jìn)行縱橫形式布置，并且使其形成相互的扶壁，在高層建筑中的錯(cuò)層位置布置單獨(dú)的框架柱都是不可取的。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)高層建筑錯(cuò)層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的研究分析，對(duì)于高層建筑穩(wěn)定性的獲得有著十分重要的意義，因此在今后的實(shí)踐中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重視程度，注重其在實(shí)際應(yīng)用中的整體性與科學(xué)性，以獲得最優(yōu)效果。

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