建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問題思考

近年來，在部分建筑中,開始廣泛應(yīng)用錯(cuò)層結(jié)構(gòu)。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)屬于一種具有復(fù)雜性的結(jié)構(gòu)，其平面和豎向均不規(guī)則分布。因?yàn)殄e(cuò)層結(jié)構(gòu)屬于建筑方案中不規(guī)則的結(jié)構(gòu)形式，每層樓板由于標(biāo)高不同、板樓、平面不規(guī)則，豎向的構(gòu)建高度差距相差較大，所以需要設(shè)計(jì)者充分結(jié)合當(dāng)前建筑工程中錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，在設(shè)計(jì)原則和一般設(shè)計(jì)程序的基礎(chǔ)上，解決錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，以此提升建筑工程質(zhì)量。

1.建筑工程錯(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

建筑工程的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)指代的是樓層結(jié)構(gòu)不在同一高度，且房間的上層樓面和下層樓面高度與常規(guī)的截面高度有所區(qū)別。當(dāng)前部分建筑設(shè)計(jì)中普遍運(yùn)用側(cè)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，原因在于能夠廣泛應(yīng)用空間，滿足居住者多樣化的需求。但從錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的立場(chǎng)來說，關(guān)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使樓層的標(biāo)高相差要比一般的常規(guī)結(jié)構(gòu)高，其次是一般的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)不能小于該層面積的30%。

1.2 錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

錯(cuò)層結(jié)構(gòu)本身具有不規(guī)則的特征，從當(dāng)前的發(fā)展來看，很多錯(cuò)層結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在著錯(cuò)層樓板不連續(xù)、樓板結(jié)構(gòu)下會(huì)形成樓板受力減小的問題，除此之外，錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的不規(guī)則對(duì)于樓板本身的水平承載力也會(huì)存在影響。針對(duì)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，一定要對(duì)設(shè)計(jì)的數(shù)量和錯(cuò)層部分豎向的抗側(cè)力構(gòu)件剛度進(jìn)行調(diào)研，很多錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中于建筑的受力部分，缺少相應(yīng)的抗震性，很容易演變成鋼筋混凝土的短柱體系。因此設(shè)計(jì)者需要充分考慮到錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的構(gòu)造問題，改善構(gòu)件的承載能力和延性[1]。

2.建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

錯(cuò)層式結(jié)構(gòu)的建筑雖層高一樣，但具有更廣闊的使用空間。而且通過對(duì)于建筑的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒖臻g利用率加以提升，擴(kuò)寬建筑本身的功能，同時(shí)還能夠基于建筑美學(xué)的基礎(chǔ)上提升建筑的美感。因此，從一定程度上來說錯(cuò)層式結(jié)構(gòu)住宅深受年輕人的喜愛，當(dāng)前很多建筑建設(shè)時(shí)都普遍運(yùn)用錯(cuò)層式結(jié)構(gòu)來滿足實(shí)際生活和工作的需求。但錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，由于水平荷載力無法抵抗、圈梁無法閉合、墻體強(qiáng)度不同、計(jì)算不到位等多種原因的影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在部分問題需要解決。

2.1 計(jì)算方面的問題

2.1.1 承載能力計(jì)算

建筑工程的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，首先需要進(jìn)行模型的建立建模，計(jì)算時(shí)要錯(cuò)開樓層，按照相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算。當(dāng)一定建筑空間層的設(shè)計(jì)中將一層變?yōu)閮蓪訒r(shí)，會(huì)使得建筑本身的荷載力折減，如果折減過多就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)樓層不安全。其次，樓板剛性假定由于錯(cuò)層，樓板都相當(dāng)于開大洞，樓板的剛性假定不能成立。在彈性樓板計(jì)算時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)錯(cuò)層處柱子確實(shí)是真實(shí)的兩個(gè)柱子，但計(jì)算長(zhǎng)度變小了，內(nèi)力值就變小了，在實(shí)際鋼筋配筋的時(shí)候需要結(jié)合柱子具體的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算[2]。

2.1.2 周期及位移比的計(jì)算

一般程度下錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)于位移比的定義為最大位移與平均位移的比值，在一定條例中顯示建筑錯(cuò)層結(jié)構(gòu)整個(gè)樓板。錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要結(jié)合一定周期進(jìn)行位移比的計(jì)算，通常情況下會(huì)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)于剛性樓板進(jìn)行假定。雖然實(shí)際情況不同，但大體的趨勢(shì)還是一致的，不至于是剛性樓板變成彈性樓板。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮到錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的不確定性和復(fù)雜性，通過計(jì)算軟件和驗(yàn)算，找到結(jié)構(gòu)中存在的薄弱之處。

2.1.3 錯(cuò)層對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力存在的影響

錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的樓板是不連續(xù)的，在沒有樓板的區(qū)域會(huì)存在錯(cuò)層結(jié)構(gòu)和不受橋梁控制的自由點(diǎn)。因此在設(shè)計(jì)過程中需要充分考慮到各層樓板的不均勻、不對(duì)稱和剛性位置嚴(yán)重偏移等情況。譬如在樓層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，部分設(shè)計(jì)者由于對(duì)于樓層概念模糊對(duì)于2 層的結(jié)構(gòu)框架，建模計(jì)算的時(shí)候，人為地變成了3 層。

2.2 構(gòu)造方面的問題分析

錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的構(gòu)造在建筑的抗震規(guī)范中雖沒有進(jìn)行明確的規(guī)定，但設(shè)計(jì)者需要充分結(jié)合錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，抗震性較差這一特點(diǎn)?；阱e(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則，依據(jù)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，使建筑本身的設(shè)計(jì)符合建筑抗震規(guī)范。由于錯(cuò)層框架本身的抗震性能相較于平面剪力墻較差，平面剪力墻比不規(guī)則錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)性能較好。所以在錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要盡量地結(jié)合平面規(guī)則的結(jié)構(gòu)，要將錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震性能要與平面結(jié)構(gòu)相一致。

2.3 缺少對(duì)于溫度變化的考量

很多設(shè)計(jì)者在錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，沒有結(jié)合具體室內(nèi)外環(huán)境的變化進(jìn)行溫度變化的考量，在促成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者需要將目光放在頂層溫度的變化上。如果頂層溫度溫差變化較大，就會(huì)導(dǎo)致溫度應(yīng)力受到干擾，會(huì)對(duì)于原本錯(cuò)層部位所形成相匹敵的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力造成影響，甚至對(duì)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)本身的可靠性造成影響。

3.建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)措施

3.1 以“抗”為主技術(shù)應(yīng)用

建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到建筑工程組成結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，并在此基礎(chǔ)上解決建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)中存在的計(jì)算問題。譬如某工程總面積建筑39 萬m2，共建筑6 棟屬于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員需要基于抗震設(shè)計(jì)的需求，將錯(cuò)層結(jié)構(gòu)等級(jí)提升。

在位移比計(jì)算的時(shí)候，要充分考慮到錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，采用兩種及兩種以上的計(jì)算軟件進(jìn)行驗(yàn)算，找到建筑結(jié)構(gòu)的薄弱之處。對(duì)于層高不一致所影響的巖性較差的矮柱和矮墻，也要進(jìn)行精密的計(jì)算。由于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)本身的樓板布置不均勻、不對(duì)稱，所以在計(jì)算的過程中要充分考慮到樓板洞口所切成的狹長(zhǎng)板帶。運(yùn)用SATWE 等方式選擇總綱分析法，基于樓板區(qū)域存在的大量臥層豎向構(gòu)件和不受約束的自由點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

尤其是對(duì)于錯(cuò)層的位移比、剛度比、承載比進(jìn)行計(jì)算，避免存在計(jì)算失真等問題。需要借助SATWE 等軟件對(duì)于躍層柱的長(zhǎng)度進(jìn)行精密計(jì)算，配層設(shè)計(jì)人員須得對(duì)各段的配筋中最大值進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)要充分考慮到建筑各部分層數(shù)和結(jié)構(gòu)位置以及高度的不同，要明確具體的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。如上述案例中的6 棟建筑共有28 層，其中9層設(shè)計(jì)了避難所，17層設(shè)計(jì)的設(shè)備層。因此9 層的層高要控制在6m 范圍之內(nèi)，設(shè)計(jì)者需要結(jié)合具體的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定錯(cuò)層的頂部高度要保持在33.95m 范圍內(nèi)。頂層要占據(jù)屋面總高度的29.8%，在設(shè)計(jì)的過程中要綜合考慮到標(biāo)準(zhǔn)層框架以及核心筒跨距的參數(shù)，結(jié)合具體的邊柱和邊長(zhǎng)，選擇合適的C60 混凝土。同時(shí)對(duì)于內(nèi)墻的參數(shù)要不斷減少，從300mm 減少值200mm，要結(jié)合相關(guān)調(diào)查明確樓板的厚度參數(shù)，應(yīng)從120mm 結(jié)合具體標(biāo)準(zhǔn)更改設(shè)計(jì)為140mm。

3.2 明確上下樓板高差設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于上下樓板的設(shè)計(jì)高差需要進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，要結(jié)合具體的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)框架對(duì)于短柱的特征進(jìn)行比較。在上下層設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)者需要依據(jù)具體的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在充分保證樓層的水平荷載分析基礎(chǔ)上，采取技術(shù)手段做好錯(cuò)層位置的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)研究工作。一般來說，在設(shè)計(jì)過程中可以靈活運(yùn)用大跨度結(jié)構(gòu)方式，結(jié)合相關(guān)梁抗扭問題，加強(qiáng)對(duì)于設(shè)計(jì)的管理。

3.3 錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的抗震措施

錯(cuò)層結(jié)構(gòu)在抗震方式上需要結(jié)合具體的建筑情況，底部錯(cuò)層的框架柱軸壓比限制，要保持在合理范圍內(nèi)。同時(shí)要注重錯(cuò)層所導(dǎo)致的穿層柱增加會(huì)在無形當(dāng)中致使相關(guān)樓層地震剪力擴(kuò)寬，要不斷強(qiáng)化錯(cuò)層位置的框架柱抗震的荷載力。設(shè)計(jì)者可以使用Pushovera 軟件，在一定地震作用下，對(duì)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析，并通過靜力彈塑性推覆的研究。結(jié)合建筑本身的結(jié)構(gòu)需求，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于樓板的正應(yīng)力進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算?？茖W(xué)地處理錯(cuò)層位置的兩側(cè)板厚度，要將厚度盡量提升在140mm，并強(qiáng)化邊緣構(gòu)件的配筋。

3.4 建筑工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)問題的解決

設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)要針對(duì)地梁設(shè)計(jì)不合理問題進(jìn)行研究，處理時(shí)要謹(jǐn)慎，因?yàn)榈亓菏墙ㄖ幕A(chǔ)，所以在設(shè)計(jì)中要有效解決地面不均勻沉降的問題。要將地梁作為空架梁，通過數(shù)據(jù)計(jì)算,在忽略梁彎矩的情況下將其剪力傳給框架柱，解決地梁?jiǎn)栴}；針對(duì)設(shè)計(jì)中存在的兩端變形問題，設(shè)計(jì)者需要對(duì)于錯(cuò)層處柱箍筋加密，梁箍筋及縱筋需考慮扭轉(zhuǎn)加大；樓面剛性設(shè)計(jì)過程中。設(shè)計(jì)者要結(jié)合錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的配筋構(gòu)造的科學(xué)性，針對(duì)一些無法完全滿足剛性樓面的結(jié)構(gòu)，采取斜向配筋、雙層配筋、增加梁系梁板等方式來彌補(bǔ)計(jì)算的誤差，提升結(jié)構(gòu)的剛性。

由于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)構(gòu)建復(fù)雜，設(shè)計(jì)者需要結(jié)合具體情況及依據(jù)《高規(guī)》的具體設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，錯(cuò)層處柱的縱筋不能小于1.5%，體積配箍率不能小于1.5%。對(duì)于剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到豎向構(gòu)件受力的復(fù)雜性，針對(duì)具體的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，可以建立單獨(dú)的模型，依據(jù)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)平面內(nèi)受剪力墻來求平面外受力，針對(duì)具體的計(jì)算建立模型。

4.結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前大量建筑中存在錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，需要設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)，從計(jì)算和構(gòu)造等角度考慮，努力把錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不利影響降到最低。本文從錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)、抗震性差等問題進(jìn)行分析，以此提升建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，解決設(shè)計(jì)中存在的問題。