高层建筑错层结构设计

摘要：本文对高层建筑中的错层结构做了明确的分析，并阐述了设计思路，最后对结构专业遇到错层设计时提出了几点建议。

关键词：错层结构；短柱；矮墙；抗震

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

前 言

建筑发展到今天，错层结构对提升建筑的品味有着不可替代的作用，因而它在工程中的应用越来越广泛了。所谓错层结构是指在建筑中同层楼板不在同一高度，并且高差大于梁高（或大于500mm）的结构类型。

对于错层结构，一般认为其不利因素有两个方面：第一，由于楼板分成数块，且相互错置，削弱了楼板协调结构整体受力的能力；第二，由于楼板错层，在一些部位形成竖向短构件，使受力集中，不利于抗震。前者由于错层楼板的相对变位，所以在错层构件中产生很大的变形能力；后者则有可能在同向受力中由于错层构件刚度大，而产生内力集中。

错层结构中的竖向短构件往往容易被忽视，尤其是错层程度较小时。而实际上，当错层形成竖向短构件时，其脆性剪切破坏是非常危险的。如果不加以重视，当建筑遭遇地震灾害时，危害是灾难性的。下面对高层建筑中的错层结构设计做以下介绍：

一、错层结构的难点分析：

1、错层结构楼板不连续，在没有楼板的区域内，存在越层构件和不受梁板约束的自由节点，使内力计算十分复杂。

2、错层结构的各层楼板布置不均匀、不对称，各相邻楼板的质心和刚心严重偏置，会发生较大的扭转效应。

3、错层结构引起楼层概念模糊，使以层模型为基础的计算分析参数与实际情况不符。

4、错层结构的层高不一致，造成了各层刚度和延性的不同，使部分竖向构件承担更多的地震作用，形成延性较差的短柱和矮墙等，对结构抗震十分不利。

二、错层结构的模型输入：

1、对于局部框架错层结构：利用修改梁节点标高的方式输入错层梁，利用梁确定错层楼板的标高和范围。

2、对于大范围框架错层结构：增加标准层，以楼板为界，将错层划分为多个楼层输入。

3、对于剪力墙错层结构：增加标准层，没有楼板之处将楼板开洞或将楼板厚度设置为0。洞口产生的连梁采用框架梁输入，墙只布置到洞边，梁的高度可以大于层高。但当错层高度较小或错层体量较小时，合并楼层处理，注意保证连梁的高度不变，在错层的交接面进行加强处理。

三、错层结构的内力计算：

1、错层结构计算时，错开的楼层应各自作为一层进行分析。错开的楼层不应归并为一个刚性楼板，计算分析模型应能反映错层影响。

2、对于由于错层引起的短柱或矮墙受力特别复杂，宜发生脆性破坏，所以要特别予以加强。在设防烈度地震作用下，错层处竖向构件的截面承载力宜满足设防烈度地震（中震）作用下性能水准2的设计要求。

3、错层结构属于复杂多高层结构，抗震设计时宜计入“双向地震作用”，若为高层则应考虑“偶然偏心”的影响，复杂高层结构，双向地震必算。

4、由于错层结构易形成狭长板带，因此在进行结构的内力和配筋设计时宜将楼板定义为弹性膜，同时宜相应增加振型数，以保证结构有效质量系数大于0.9。

5、错层结构的楼层承载力和薄弱层判断都有问题，因此建议所有错层的楼层都定义为薄弱层，乘以1.15的增大系数。错层的层间刚度比是没有意义的。

6、错层柱轴压比控制应适当从严，柱箍筋应全长加密。

7、SATWE软件在计算错层结构时，会在错层的柱和墙处施加水平力。

8、错层结构的层间位移角需要手工计算，取错层上下节点位移相减后除以错层高。

9、非刚性板假定下，SATWE程序能够自动识别错层柱的计算长度系数。但若强制执行刚性板假定，则SATWE程序计算柱计算长度系数时取楼层层高。

四、错层结构的抗震措施：

1、错层结构不宜层层错，宜每隔3~4层设置一贯通层。贯通层楼板应按加强层楼板设计，板厚不宜小于150mm，双层双向配筋。

2、错层处剪力墙宜布置成L形、T形、工字形、槽形等，即剪力墙尽量带翼缘或有翼墙。

3、错层结构中宜布置贯穿全楼的剪力墙核心筒，且核心筒的位置宜尽可能布置在错层处。如电梯井尽量布置在偏置于有错层的位置，靠近错层处。

4、剪力墙在错层处最好不开洞，或开到错层以上。

5、错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度都相近的结构体系，楼板错层处宜用同一钢筋混凝土梁将两侧楼板连成整体，此时梁腹水平截面宜满足因错层产生的水平剪力的要求，必要时可将梁截面加腋，以传递错层的水平剪力。结构计算时若两侧柱高不等，则应考虑两侧柱抗侧刚度不同时引起的影响。

6、错层处框架柱的截面高度不应小于600mm，混凝土强度等级不应低于C30，箍筋应全柱段加密，可采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱以提高构件的抗震性能。框架柱的抗震等级应提高一级，若原为特一级可不再提高。

7、在错层位置，平面内和平面外，均宜设置可靠的抗侧力的剪力墙，剪力墙的厚度不应小于250mm，并应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱。错层处剪力墙的抗震等级均应提高一级，混凝土强度等级不应低于C30，墙体水平及竖向分布筋配筋率不应低于0.5%。

五、结束语

错层结构对于建筑方案来讲是种很好的技术手法，但对于结构抗震却非常不利，特别在高层建筑中的应用更要慎重。因而结构专业碰到错层结构时应尽可能回避，如错层楼板高差不大于梁高或小于500mm的结构，可以按平层设计。如果必须做错层，那么就尽量减少错层的范围和错层的楼层数，以减少错层部位对整体结构的影响。最后如果回避不了，那么就加强抗震措施，用提高构件自身的抗震能力来抵抗楼板错层带来的不利影响。

参考文献

[1]PKPM结构软件工程应用及实例剖析 杨星 中国建筑工业出版社 2010

[2]全国民用建筑工程设计技术措施（混凝土结构）（2009年版）中国计划出版社 2012

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。