關(guān)于建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其抗震的探析

路世順

（青海恒興工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 青海西寧 810001）

關(guān)于建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其抗震的探析

路世順

（青海恒興工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 青海西寧 810001）

隨著科技的進(jìn)步發(fā)展，使得建筑形式與布局日益復(fù)雜，建筑室內(nèi)空間為了滿足不同功能的需要，而出現(xiàn)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)由于樓板不連續(xù)，會(huì)引起構(gòu)件內(nèi)力分配及地震作用沿層高分布的復(fù)雜化，錯(cuò)層部位還容易形成不利于抗震的短柱和矮墻，屬于復(fù)雜多高層結(jié)構(gòu)，因此錯(cuò)層結(jié)構(gòu)在建模、計(jì)算、出圖等各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上都有其特殊性。因此建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)需要通過選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，采用較規(guī)則的平面布置體系，加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施，滿足規(guī)范抗震設(shè)計(jì)的要求。基于此，本文概述了建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，對(duì)建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的注意事項(xiàng)和加強(qiáng)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震等方面進(jìn)行了探討，旨在保障建筑工程的安全使用。

建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)；特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；影響；計(jì)算；注意事項(xiàng)；抗震措施

1 建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的概述

1.1 建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的涵義

《高規(guī)》中針對(duì)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)有專門章節(jié)進(jìn)行闡述，除對(duì)錯(cuò)層部位進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定外，尚對(duì)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的最大適用高度加以控制。但在實(shí)際工程中錯(cuò)層類型多，情況復(fù)雜，某些錯(cuò)層較小的結(jié)構(gòu)可不視為錯(cuò)層結(jié)構(gòu)。雖規(guī)范無明確說法，根據(jù)相關(guān)資料可按以下原則把握。①錯(cuò)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，不大于該層面積的30%。③平面規(guī)則的剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)縱橫墻體能直接傳遞各錯(cuò)層樓面的樓層剪力（此時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)更要力求剛心質(zhì)心盡量重合）。以上幾種樓板錯(cuò)層不屬于錯(cuò)層結(jié)構(gòu).最大適用高度可以不受《高規(guī)》10.l.3的限制。但錯(cuò)層部位仍應(yīng)按規(guī)范采取加強(qiáng)措施。

1.2 建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

①由于樓板錯(cuò)層，相當(dāng)于錯(cuò)層樓板開大洞，樓板會(huì)受到較大的削弱而形成平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。②錯(cuò)層結(jié)構(gòu)屬于堅(jiān)向布置不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在錯(cuò)層部位豎向抗側(cè)力構(gòu)件因計(jì)算高度不同而引起剛度突變；剪力墻結(jié)構(gòu)錯(cuò)層后因建筑使用功能原因易形成錯(cuò)洞或疊合錯(cuò)洞剪力墻使洞口布置不規(guī)則；框架結(jié)構(gòu)錯(cuò)層后形成長(zhǎng)短往混合的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，更加不利。③錯(cuò)層附近豎向抗側(cè)力構(gòu)件受力復(fù)雜，易形成許多應(yīng)力集中部位，且限于目前討算軟件的能力尚無法進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)概念進(jìn)行構(gòu)造加強(qiáng)。

1.3 建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不利影響

建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來的不利影響最主要是在抗震計(jì)算的層面上，由于不同標(biāo)高樓板分布在平面內(nèi)的不同區(qū)域，尤其是錯(cuò)層處標(biāo)高差異較大時(shí)，造成每一層的質(zhì)量有很大的差異，在水平地震及風(fēng)荷載作用下會(huì)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，且各層抗側(cè)力構(gòu)件所承擔(dān)的地震剪力差異較大，受力比正常結(jié)構(gòu)復(fù)雜很多，通過正常結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與同樣的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型在考慮錯(cuò)層后的計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，錯(cuò)層結(jié)構(gòu)給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響是不容忽視的。在一個(gè)結(jié)構(gòu)平面中，存在錯(cuò)層部位的抗側(cè)力構(gòu)件由于其兩側(cè)樓板的標(biāo)高差別較大，造成其計(jì)算高度差別較大，導(dǎo)致這部分墻、柱等抗側(cè)力構(gòu)件剛度和延性的不同，是部分豎向構(gòu)件承擔(dān)較多的地震作用，形成在抗震計(jì)算中相對(duì)薄弱的的受力構(gòu)件。同時(shí)，豎向剛度的不均勻也使各樓層總地震作用沿樓層高度分布不均勻，受力相對(duì)復(fù)雜，大大削弱了結(jié)構(gòu)整體抗震性能。

2 建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）中10.4條關(guān)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的規(guī)定，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，錯(cuò)開的樓層不應(yīng)歸并為一個(gè)剛性樓板，計(jì)算分析模型應(yīng)能反映錯(cuò)層影響。也就是說，在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，對(duì)于有錯(cuò)層的結(jié)構(gòu)平面，不能單一的按照剛性樓板假定計(jì)算，應(yīng)考慮在平面內(nèi)樓板剛度削弱的影響，因此在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，建議采用能夠反映樓板真實(shí)剛度的計(jì)算理論與模型，樓板類型定義建議采用“膜”假定，采用“彈性膜”或者“膜”假定，能夠準(zhǔn)確分析出結(jié)構(gòu)每層每根構(gòu)件的空間狀態(tài)，準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的突變位置與薄弱環(huán)節(jié)。

（2）計(jì)算模型的選取，如采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行地震分析計(jì)算時(shí)，優(yōu)先選擇總剛模型，總剛模型是假定每層樓板上有構(gòu)件相連接的節(jié)點(diǎn)的自由度有兩個(gè)水平平動(dòng)自由度，彈性板可以影響到此約束，相關(guān)的，也可以不與樓板連接，這樣就能夠相對(duì)真實(shí)的反映錯(cuò)層結(jié)構(gòu)。

（3）錯(cuò)層結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜多高層結(jié)構(gòu)，抗震計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮雙向地震作用，同時(shí)宜相應(yīng)增加振型數(shù)，以保證結(jié)構(gòu)有效質(zhì)量系數(shù)大于0.9。同時(shí)，應(yīng)按照實(shí)際高度合理的選取墻、柱的計(jì)算高度，錯(cuò)層結(jié)構(gòu)層高不一致，使有關(guān)樓層間的控制參數(shù)，如層間位移比，層間剛度比，層間受剪承載力比等計(jì)算失真，因此不宜機(jī)械地直接采用這些數(shù)值，而應(yīng)加以分析判斷和手工校核調(diào)整，確定其是否合理。

3 加強(qiáng)建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震措施

（1）錯(cuò)層部位的矮墻與短柱應(yīng)更嚴(yán)格控制其軸壓比，加強(qiáng)其豎向構(gòu)件的承載力與延性，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)樓梯電梯井等計(jì)算高度較高的墻、柱以及建筑端部墻柱等豎向構(gòu)件采取適當(dāng)增加截面的措施，錯(cuò)層部位的框架柱截面不應(yīng)小于600mm，混凝土等級(jí)不應(yīng)低于C30，箍筋應(yīng)全柱段加密。同時(shí)抗震等級(jí)應(yīng)該規(guī)范規(guī)定提高一級(jí)。錯(cuò)層部位的剪力墻厚度不應(yīng)小于250mm，在非抗震下不應(yīng)小于200mm，并應(yīng)設(shè)置與之垂直的墻肢或者扶壁柱；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，其抗震等級(jí)應(yīng)提高一級(jí)采用。錯(cuò)層位置的剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30，水平和豎向分布鋼筋的配筋率在抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.5%。

（2）為了保證結(jié)構(gòu)整體有較好的抗震性能，錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，豎向構(gòu)件在錯(cuò)層部位建議按照底部加強(qiáng)部位的要求增大剪力設(shè)計(jì)值。

（3）建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中部位主要發(fā)生在錯(cuò)層部位的墻體、柱等豎向構(gòu)件和與其連接的樓板處，其值比正常恒載及活荷載的計(jì)算增大很多，所以在考慮地震力和風(fēng)荷載的荷載組合時(shí)，該部位是結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。所以，錯(cuò)層處的樓板應(yīng)該適當(dāng)加厚，并且應(yīng)配置雙層雙向鋼筋網(wǎng)及提高樓板的配筋率。同時(shí)，應(yīng)考慮存在錯(cuò)層處的整層樓板適當(dāng)加強(qiáng)，增加樓板厚度與配筋率，這樣可以更能實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)各抗側(cè)力構(gòu)件之間聯(lián)系，對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗震性能的提高有著非常大的幫助。

4 結(jié)束語

建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)由于受力復(fù)雜，抗震性能較差，一旦確定為錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，盡量減少錯(cuò)層的范圍和錯(cuò)層的樓層數(shù)，并且錯(cuò)層的兩側(cè)盡量采用結(jié)構(gòu)布置和側(cè)向剛度相近的結(jié)構(gòu)體系，盡量選擇抗震性能好的剪力墻結(jié)構(gòu)。

[1]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）.

[2]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）.

TU352.11

A

1004-7344（2016）17-0286-01

2016-6-1