淺談高層住宅錯(cuò)層結(jié)構(gòu)處理

趙京江

（廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，廣東 東莞 523080）

淺談高層住宅錯(cuò)層結(jié)構(gòu)處理

趙京江

（廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，廣東 東莞 523080）

隨著生活質(zhì)量的提高，人們開始重視其居住周邊環(huán)境的建設(shè)，好多大底盤多塔商住建筑設(shè)計(jì)中，綠化規(guī)劃不容忽視。為滿足建筑多塔間設(shè)置花園的功能需求，錯(cuò)層的設(shè)置以其使用合理，爭取最大有效凈空等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。然而，設(shè)置錯(cuò)層的高層建筑承載力性能較差，錯(cuò)層部位受力復(fù)雜，是一種抗震不利的結(jié)構(gòu)形式。本文從高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐出發(fā)，介紹錯(cuò)層的概念和受力特點(diǎn)，結(jié)合該工程特點(diǎn)，最終通過有效構(gòu)造處理措施，實(shí)現(xiàn)建筑有錯(cuò)層而結(jié)構(gòu)無錯(cuò)層的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

建筑結(jié)構(gòu)；錯(cuò)層；概念設(shè)計(jì)

0 引言

圖1 錯(cuò)層平面布置圖

本工程位于江門市新會(huì)區(qū)，設(shè)計(jì)與2013年9月，是一棟高層公寓，高96.75 m，地下1層，地上32層，總建筑面積112 035.8 m2。其中地下1層為大底盤地下停車庫，層高3.8 m，地上分別為多塔高層住宅、多層別墅和幼兒園，高層住宅標(biāo)準(zhǔn)層層高3 m。由于室外地形和多塔間花園設(shè)置的要求，室外花園填土較厚，這就形成住宅部分室內(nèi)外高差達(dá)1 m多（如圖1所示，圖中所示標(biāo)高為結(jié)構(gòu)標(biāo)高）。該部分樓層樓面無法貫通，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，這一高差形成錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，給結(jié)構(gòu)計(jì)算帶來難度。以下結(jié)合錯(cuò)層定義和受力特點(diǎn)，通過加強(qiáng)處理，實(shí)現(xiàn)建筑有錯(cuò)層而結(jié)構(gòu)無錯(cuò)層目標(biāo)，有效提高建筑錯(cuò)層處節(jié)點(diǎn)部分安全系數(shù)。

1 錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的定義

錯(cuò)層結(jié)構(gòu)是指將同層樓面分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的區(qū)段，并且將它們沿房屋高度方向錯(cuò)動(dòng)形成的結(jié)構(gòu)。

錯(cuò)層結(jié)構(gòu)可以只在一層樓面錯(cuò)層，也可以在多層或所有樓面錯(cuò)層，由于其最大的特點(diǎn)是可以充分利用建筑空間，并能使其富有多樣性，因此，在設(shè)計(jì)中錯(cuò)層設(shè)計(jì)逐步進(jìn)入人們的視線。

圖2 錯(cuò)層剖面圖

在實(shí)際工程中，錯(cuò)層的情況可能多種多樣，變化無常，是不是樓面存在高差不連續(xù)的就定義為錯(cuò)層結(jié)構(gòu)呢？針對(duì)這個(gè)問題，《高規(guī)》對(duì)錯(cuò)層做了詳細(xì)的闡述，對(duì)于某些建筑存在較小錯(cuò)層的結(jié)構(gòu)可定義為非錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，結(jié)合相關(guān)資料可歸結(jié)為以下原則：

1）樓層標(biāo)高相差不大于普通框架梁的截面高度。

2）錯(cuò)層面積較少，不大于該樓層面積30%。

3）平面規(guī)則的剪力墻結(jié)構(gòu)，且各錯(cuò)層的樓層剪力能通過縱橫墻體直接傳遞。（此時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心更要力求重合）。

對(duì)于以上幾點(diǎn)原則，雖然從結(jié)構(gòu)上可定義為非錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，但在設(shè)計(jì)中，錯(cuò)層部位仍需按《高規(guī)》規(guī)定采用抗震等級(jí)提高一級(jí)的加強(qiáng)措施。在此，筆者認(rèn)為，在現(xiàn)行規(guī)范中，對(duì)于錯(cuò)層準(zhǔn)確定義還是比較模糊，所以設(shè)計(jì)中，建議設(shè)計(jì)人員事先與審圖機(jī)構(gòu)達(dá)成共識(shí)，以免徒勞無功。

2 錯(cuò)層結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

雖然錯(cuò)層設(shè)計(jì)可以呈現(xiàn)出在使用功能及空間效果等方面的優(yōu)勢(shì)，但其給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算帶來復(fù)雜性不容忽視。與普通框架結(jié)構(gòu)和普通框架—剪力墻結(jié)構(gòu)相比，錯(cuò)層結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

1）由于錯(cuò)層，樓板被分割，樓面在自身平面內(nèi)的剛度被削弱，樓面在自身平面內(nèi)剛度視為無限大的假定不宜采用，在相同水平荷載或地震作用下，結(jié)構(gòu)的變形比普通框架結(jié)構(gòu)或普通框架—剪力墻結(jié)構(gòu)變形大。

2）由于錯(cuò)層，有可能使錯(cuò)層處的框架柱或墻形成短柱和矮墻，在水平荷載和地震作用下，這些短柱和矮墻的延性差，容易發(fā)生破壞。

3）由于錯(cuò)層，使得錯(cuò)層處框架柱的梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中，受力復(fù)雜，容易發(fā)生破壞。錯(cuò)層柱沿高度方向反向彎曲的數(shù)量增多，受力更加復(fù)雜。

3 工程分析

圖3 錯(cuò)層梁受力區(qū)

經(jīng)過初步分析，本工程地下室頂板部分板面標(biāo)高不一致，高差1.0 m，高差兩邊樓板錯(cuò)開不連續(xù)，而塔樓部分各樓層標(biāo)高相同，如圖1所示。結(jié)合以上錯(cuò)層的基本概念可定義頂板處為錯(cuò)層結(jié)構(gòu)。由于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)為平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，相鄰樓板不能按照連續(xù)樓板計(jì)算，無限剛度假定不成立，輸入模型時(shí)，用一根大梁把錯(cuò)開樓層進(jìn)行連接，認(rèn)為是一個(gè)整體的樓蓋，這樣計(jì)算出來結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該大梁計(jì)算結(jié)果跟普通的框架梁計(jì)算結(jié)果沒多大的區(qū)別。根據(jù)錯(cuò)層受力特點(diǎn)的復(fù)雜性，壓、彎、剪、扭等同時(shí)存在，梁板連接如同Z折板，板的彎矩等力傳遞給梁腹板，在梁上形成壓彎曲和拉彎曲，如圖3所示，相當(dāng)于兩個(gè)單體建筑靠一根梁連接起來，兩個(gè)剛度較小、動(dòng)力性能及動(dòng)力反應(yīng)不一致單體組合起來建筑，在地震力作用下互相拉扯，樓板與梁連接部位應(yīng)力集中而形成破壞危險(xiǎn)界面，也是該類建筑破壞的主要原因。因此可以斷定，以上計(jì)算模型定義不正確，實(shí)際結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)計(jì)算模型是不一致的，計(jì)算結(jié)果可能存在較大的誤差。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)不一致可能潛藏著更大的危險(xiǎn)。要比較完整計(jì)算出連接大梁的受力情況，目前計(jì)算軟件存在一定的局限性，就像要精確計(jì)算砌體結(jié)構(gòu)中構(gòu)造柱的內(nèi)力大小極其困難一樣，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，筆者從結(jié)構(gòu)錯(cuò)層兩部分是否具有可靠的連接概念出發(fā)，通過加強(qiáng)處理，避免復(fù)雜的錯(cuò)層內(nèi)力計(jì)算。實(shí)現(xiàn)了“建筑有錯(cuò)層處結(jié)構(gòu)無錯(cuò)層”。

4 加強(qiáng)處理

圖4 錯(cuò)層梁加強(qiáng)處理

結(jié)合以上分析，該工程錯(cuò)層主要是樓板的相互錯(cuò)位，導(dǎo)致了錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的樓面在平面內(nèi)變形協(xié)調(diào)受到很大的削弱，在水平力作用下，不能始終一致地產(chǎn)生水平位移，不能保證協(xié)調(diào)傳力，在傳力途徑上容易出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，為了能夠克服本工程結(jié)構(gòu)的上述不利的影響，設(shè)計(jì)中，在不影響建筑功能情況下（地下室層高只有3.8 m），采用錯(cuò)層梁處加腋是比較合理的措施，如圖4所示，具體加強(qiáng)措施如下：

1）為保證可靠連接，錯(cuò)層部分處，梁左右通長加腋。

2）加腋太大會(huì)占用較大的空間，且增加自重和浪費(fèi)材料，太小則無法有效的傳力，所以加腋的斜度宜取1∶2，梁左右兩側(cè)與樓板能有足夠有效連接面積。

3）針對(duì)以上分析，錯(cuò)層梁出現(xiàn)拉彎曲和壓彎曲，加腋部分采取鋼筋加強(qiáng)措施，梁通長拉結(jié)鋼筋為}12@180，分部鋼筋為}10@200，拉接鋼筋直接錨固進(jìn)去板內(nèi)，有效錨固不小于300 mm。

除以上措施外，為避免錯(cuò)層梁板交界處出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致梁局部破壞，影響整體的受力，在錯(cuò)層板交界處梁截面寬度加大為400 mm（大于交界處板厚250 mm），并且加強(qiáng)整體計(jì)算得到的箍筋和在梁腹板處設(shè)置2}14受彎鋼筋，錨入板內(nèi)有效長度不小于500 mm。

2）在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，要概念明確，思路清晰，針對(duì)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，充分考慮結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的實(shí)際協(xié)同作用，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際受力情況，采用可靠的計(jì)算方法，提高結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。

3）在錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，考慮結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，合理的采用有效地構(gòu)造措施（如梁加腋），可以很好地保證結(jié)構(gòu)的安全性，確保收到良好的經(jīng)濟(jì)效果。

5 結(jié)語

綜上所述，通過實(shí)例分析并結(jié)合設(shè)計(jì)原則，可得出以下結(jié)論：

1）錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的高層建筑受力復(fù)雜，可在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中往往容易被忽視，尤其是錯(cuò)層程度較小情況下，在設(shè)計(jì)的角度來講應(yīng)盡量避免這種情況出現(xiàn)。

[1]JGJ 3-2011，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]沈蒲生.帶加強(qiáng)層與錯(cuò)層高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]徐建.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見及疑難問題解析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[4]北京市建筑設(shè)計(jì)研究院.建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

TU973

A

1673-1093（2015）07-0071-03

趙京江（1982），男，天津市人，畢業(yè)于河海大學(xué)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.07.017

2015-03-18；

2015-03-29