建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干問(wèn)題分析

毛賽蘭

（天津市天友建筑設(shè)計(jì)股份有限公司 天津 300384）

引言

近年來(lái)，隨著人們對(duì)居住環(huán)境的要求越來(lái)越高，建筑形式呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)。而錯(cuò)層結(jié)構(gòu)由于使用功能和空間效果良好，并且符合人們對(duì)建筑舒適度和空間利用的需求，越來(lái)越多的被應(yīng)用于民用高層建筑之中。但是錯(cuò)層結(jié)構(gòu)也存在著一些問(wèn)題，嚴(yán)重影響建筑質(zhì)量，比如與普通高層結(jié)構(gòu)相比，高層建筑中的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的抗震能力較差，并且錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的建筑受力情況復(fù)雜，這些都特別需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者高度的重視。

1 錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的定義與特點(diǎn)

1.1 錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的定義

錯(cuò)層結(jié)構(gòu)通常是指由于建筑功能的需要，樓層結(jié)構(gòu)不在同一高度，且上、下樓層樓面高差度超過(guò)一般梁截面高度的結(jié)構(gòu)形式。但是在現(xiàn)實(shí)情況中，錯(cuò)層結(jié)構(gòu)類型多，情況復(fù)雜，一些錯(cuò)層較小的結(jié)構(gòu)可以不被看為是錯(cuò)層結(jié)構(gòu)。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)一般有明顯的規(guī)定要求。①樓層標(biāo)高相差必須大于普通框架梁的截面高度。②錯(cuò)層面積要大于該層面積的30%。③平面規(guī)則的剪力墻結(jié)構(gòu)因豎向剛度不規(guī)則，錯(cuò)層附近的豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，形成較多的應(yīng)力集中部位[1]。如果符合以上這幾點(diǎn)要求，就屬于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)。

1.2 錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

錯(cuò)層結(jié)構(gòu)有自身的特點(diǎn)，但是這些特點(diǎn)通常會(huì)導(dǎo)致很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，給設(shè)計(jì)者帶來(lái)很多困擾。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)一，結(jié)構(gòu)不規(guī)則，水平剪力差。由于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)錯(cuò)層處樓板錯(cuò)層，導(dǎo)致樓板不連續(xù)，極大地削弱了樓板作用而形成平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，樓層水平剪力也因此被削弱。特點(diǎn)二，應(yīng)力集中部位多。由于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)不規(guī)則，所以薄弱層容易產(chǎn)生，同時(shí)錯(cuò)層部位豎向抗側(cè)力構(gòu)件剛度較大，受力復(fù)雜，導(dǎo)致應(yīng)力集中部位多。還需注意的一點(diǎn)是，受現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)軟件水平限制，目前還不能精確地計(jì)算，這對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。特點(diǎn)三，抗震能力差。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，帶錯(cuò)層的框架結(jié)構(gòu)及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，容易形成長(zhǎng)短柱混合不規(guī)則體系，此外，剪力墻結(jié)構(gòu)錯(cuò)層后，也很容易形成錯(cuò)洞或錯(cuò)洞疊合導(dǎo)致洞口布置不規(guī)則，這些都削弱錯(cuò)層結(jié)構(gòu)抗震能力，降低了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2 錯(cuò)層式住宅的利弊

2.1 在使用方面的利弊

錯(cuò)層式住宅主要是指一套房子盡管層高相同，但是不同的使用功能空間不處于同一平面，比如客廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間等所處的平面高度不同，建筑空間不處于同一層次上。這種設(shè)計(jì)充分利用并提高了室內(nèi)空間利用率，擴(kuò)大了建筑的使用功能，并巧妙的結(jié)合了建筑美學(xué)，讓整個(gè)建筑更加美觀、舒適。錯(cuò)層住宅比較適合年輕人居住，但不適用于老人和孩子居住，因?yàn)榭臻g的錯(cuò)落會(huì)給他們帶來(lái)很多不便。除此之外，這種錯(cuò)層式住宅比較適合面積大的建筑，如果面積小的建筑采取這種結(jié)構(gòu)，就會(huì)出現(xiàn)成本高、經(jīng)濟(jì)適用性低的缺陷[2]。

2.2 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題

錯(cuò)層結(jié)構(gòu)由于其自身所獨(dú)有的特點(diǎn)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力分布不均，結(jié)構(gòu)受力情況復(fù)雜，這不僅給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多困擾，也對(duì)提升建筑的抗震能力提出了新的挑戰(zhàn)。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要存在四大問(wèn)題，分別是圈梁難以閉合、水平荷載難以抵抗、頂層溫度變化大、墻體強(qiáng)度不同這四大問(wèn)題。圈梁難以閉合是因?yàn)殄e(cuò)層結(jié)構(gòu)中不同使用功能空間不在同一平面，錯(cuò)層建筑的門(mén)窗洞口的高度不穩(wěn)定，圈梁位置常常會(huì)遭遇洞口，所以閉合比較困難，樓梯間和外縱墻這些地方問(wèn)題尤為突出[3]。

一般情況下，為了確?？拐鹦Ч?，建筑整體布局都要遵循均勻?qū)ΨQ的規(guī)則，盡可能的不要出現(xiàn)不規(guī)則或突變情況。抗震規(guī)范中也曾明確過(guò)這些要求，所以大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)都遵循這一要求，目的就是為了提高建筑的穩(wěn)定性和安全性。但是錯(cuò)層結(jié)構(gòu)卻是與這一要求相悖，錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)之一就是結(jié)構(gòu)不規(guī)則，樓板錯(cuò)層并且不連續(xù)，當(dāng)?shù)卣饡r(shí)錯(cuò)層部位會(huì)產(chǎn)生更大的剪切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，難以承載荷載力，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，頂層溫度的變化也是一大問(wèn)題。頂層溫差就大，溫度如果發(fā)生較大的變化，溫度應(yīng)力的影響也會(huì)變大，容易對(duì)錯(cuò)層部位產(chǎn)生過(guò)多的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力，加大了結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的負(fù)擔(dān)，影響結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

3 錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)措施

3.1 提高錯(cuò)層剪力墻體抗震能力

設(shè)計(jì)人員可以從抗震等級(jí)的合理選取、樓板厚度適當(dāng)加強(qiáng)、增加部分通長(zhǎng)鋼筋這三方面來(lái)提升錯(cuò)層剪力墻的抗震能力。在抗震等級(jí)選取這一塊，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)不同的部位選取不同的抗震等級(jí)。對(duì)于非錯(cuò)層部位框架梁，可以考慮選用三級(jí)地震等級(jí)，而對(duì)于錯(cuò)層處的框架梁的抗震等級(jí)則可以考慮采用二級(jí)。所以采取相關(guān)措施適當(dāng)?shù)脑黾渝e(cuò)層處剪力墻的厚度，厚度要不低于地震二級(jí)的規(guī)定要求，可以適當(dāng)加強(qiáng)縱筋和箍筋的配筋量[4]。對(duì)于其他非錯(cuò)層部位剪力墻的墻厚度，嚴(yán)格按照地震三級(jí)的要求操作，到達(dá)規(guī)定的厚度。這樣可以在保證抗震效果的前提下，可以有效的節(jié)省一部分成本和資源浪費(fèi)。

針對(duì)錯(cuò)層部位結(jié)構(gòu)的樓板受力較復(fù)雜，且容易產(chǎn)生多個(gè)應(yīng)力集中部位的情形，設(shè)計(jì)人員可以采用加強(qiáng)樓板厚度方式解決這一問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員才進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合實(shí)際情況，一般情況下一層樓板厚度嵌固端的厚度大約在180mm左右，其他各層樓板的厚度不低于120mm，并且錯(cuò)層范圍內(nèi)的樓板可以采用雙層雙向配筋的方法，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)于樓板問(wèn)題的處理除了采用適當(dāng)加厚處理外，還可以采用增加部分通長(zhǎng)鋼筋的方法解決，在確保操作符合要求和建筑結(jié)構(gòu)安全的情況下，這種方法可以在最大程度上減少成本的投入。

3.2 設(shè)置貫通層，提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

設(shè)計(jì)人員可以考慮采取設(shè)置一定量貫通層的方法來(lái)提升錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這種方式可行性比較高。設(shè)置貫通層的方式是指每隔若干錯(cuò)層樓層便設(shè)置一層不錯(cuò)層樓層，需要設(shè)計(jì)人員科學(xué)估算出每段之間的錯(cuò)層樓層數(shù)。這種方式可以有效地控制各部分變形，減小錯(cuò)層處的負(fù)荷。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，設(shè)置貫通層的方法在改善結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面效果良好。設(shè)計(jì)人員在采取這種方式的時(shí)候，要重視對(duì)貫通層的設(shè)計(jì)，可以采取一些措施提升貫通層的性能，比如加大板厚，提高配筋率并設(shè)貫通鋼筋等[4]。

3.3 改變樓板受力方向，提升結(jié)構(gòu)安全性

普通建筑一般都是橫墻承重，但是在錯(cuò)層結(jié)構(gòu)建筑中這并不適用。一般為了提高錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的安全性和承載力，在設(shè)計(jì)中通常改變樓板的受力方向，將墻體兩側(cè)樓板的受力設(shè)計(jì)成一側(cè)縱墻承重，一側(cè)橫墻承重。這樣可以有效地減輕了墻體的承重壓力，確保了結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力在可接受范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，錯(cuò)層結(jié)構(gòu)建筑雖然很受歡迎，但是也存在著一定的問(wèn)題，威脅著人們的居住安全。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的時(shí)間不長(zhǎng)及結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，而且目前規(guī)范對(duì)此的規(guī)定并不十分詳盡，這些因素都導(dǎo)致了建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生。我們要認(rèn)真分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并積極采取措施解決，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全、合理，實(shí)現(xiàn)建筑物預(yù)期的功能。