1、1探讨错层对结构的影响摘要：随着时代的发展，建筑设计中错层逐步进入人们的视野。文章着重在结构方面介绍错层的概念、错层结构的构造、对整体性的影响、设计注意事项、抗震措施等相关知识，对错层结构及其使用有一个完整的认识。 关键词：结构；错层；构造措施；设计 Abstract: with the development of the times, the architectural design of split-level gradually enters peoples field of vision. This paper introduces the concept of the struct
2、ure, Cuoceng structure, on the whole, the influence of the matters needing attention in design, aseismic measures and other related knowledge, have a complete understanding of the staggered floor structure and its use. Keywords: staggered; structure; structure; design 中图分类号;I043 1. 概 念 建筑设计正处在日新月异的发
3、展阶段，为满足人们日益增长的生活空间要求及生活档次和质量的要求，在设计中错层开始逐步进入人们的视线。错层式住宅以其空间高低错落有致、使用合理、居住舒适等优点, 2越来越受到人们的青睐,这种错层式住宅多采用剪力墙结构。 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。即同一层的楼板不在同一平面上，有一定的高差。由于水平刚度极大的楼盖起着协调结构受力的重要作用, 建筑结构中错层结构会对结构的受力产生影响,错层结构的抗震性能较差, 一般情况下应尽量避免错层。GB50011-2010建筑抗震设计规范中规定: “建筑的平、立面布置宜规则、对称, 建筑的质量分布
4、和刚度变化宜均匀,楼层不宜错层” 。 2. 错层结构的构造 有关错层结构的构造,在抗震规范中并没有单独作说明，但是高规的第十章做了详细的规定。由于错层结构的抗震性能很差，在构造方面就要加强，总的设计原则应该是从严。研究还表明，错层框架的抗震性能比剪力墙要差，平面规则的错层剪力墙比平面不规则的错层剪力墙结构性能要好，当无法避免错层结构时，应尽量设计成平面规则的结构，不仅有利于结构抗震，也有利于配套设施的设置、实际使用功能的实现和工程造价的降低。 错层结构应尽量减少扭转效应，错层结构的两个主轴方向应尽量满足侧向刚度和变形性能相近的要求，以减小错层处墙、柱内力，避免错层处结构形成薄弱部位。 高规10
5、.4.4 强条规定，错层处框架柱的截面高度不应小于 600mm，(在抗震规范要求一般框架柱截面不宜小于350mm，板柱结构不应小于 400mm)，混凝土强度等级不应低于 C30，抗震等级应提高一级采用,箍筋应全柱段加密。10.4.5 条错层处平面外受力的3剪力墙，其截面厚度，非抗震设计时不应小于 200mm，抗震设计时不应小于 250mm，并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱;抗震等级应提高一级采用。以上各条均是保证了错层部分的构件不会先于其他构件破坏，反映了从严设计的理念。错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于 C30 ，水平和竖向分布钢筋的配筋率，非抗震设计时不应小于 0.3%，抗震设计时不应小
6、于 0.5%。如果错层处的混凝土构件不能满足设计要求，就要采取有效措施。框架柱采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱，剪力墙内设置型钢，可改善构件的承载能力和延性。 3. 错层结构对整体性的影响 研究 1 表明, 对于错层结构, 一般认为其不利的因素主要源于两个方面: 一是由于楼板被分成数块,且相互错置, 在错层构件中产生很大的变形和内力,削弱了楼板协调结构整体受力的能力; 二是由于楼板错层, 使得错层交接部位形成竖向短构件, 可能在同向受力中因错层构件刚度大而产生内力集中, 不利于抗震。对于以剪力墙为主要受力构件的高层住宅, 规则的错层对结构受力的影响有限, 影响主要在于两侧有错层连梁相连的墙体。结
7、构的错层会增大结构的抗侧刚度, 错层构件在结构整体中所占的比例越大, 则整体侧向刚度增加幅度越大, 但剪力墙结构抗侧刚度增加的幅度相比于框架结构要小。如图 1,图所示, 相互错层的相邻楼板 A 和 B 仅由中间的错层柱或墙相联系, 相比较平面刚度极大的楼板, 错层柱或墙的弯剪刚度是个极小值, 当结构受力时, 结构两部分将产生不协调变形, 可能会在错层柱或墙中形成较大的内力, 错层柱或墙的受力与两部分的均匀性有关。错层剪力墙结构的试验研究表明 2 , 4由于错层剪力墙结构整体成弯曲破坏, 根据振动台试验和静力试验破坏结果, 错层剪力墙结构与一般剪力墙结构无大的区别。由此可知, 错层剪力墙结构通过
8、结构的合理布置和构造措施的加强, 可以满足抗震设计的要求。 首先对于风荷载, 按现有一般的处理方法, 是将结构迎风面和背风面的风载综合后, 加到刚性楼层的主节点或结构的一侧。对于错层结构, 如果采用这种常规的加载方式, 则需要图 1, 所示错层柱、墙传力, 则错层构件会有较大的受力, 这不符合实际情况。错层结构当考虑垂直于错层面的风荷载时, 应在迎风面、背风面按不同风压系数计算出风荷载, 分别加到结构的两边, 或者加到图 1 所示 A、B 两部分的刚性楼层的主节点上。 其次对于地震作用, 会存在如图 2 所示的两部分结构变形不同使错层构件变形较大的振型, 但这些都是高阶振型, 其所产生的地震力
9、很小。图示振型为结构平面内的第 13 阶振型( 非耦联振型) , 经计算其振型内力与第一振型相比是可忽略的小值。参与常规反应谱计算的振型仍以整体变形的振型为主,A、B 两部分之间没有明显地相对变形, 错层楼板一般不产生相对运动。 错层构件的受力与结构的均衡性密切相关。在风载作用下, 即使分别在两边加载, 如 A、B 两部分加载与刚度的比值不相等, 仍会通过错层构件传力;在地震作用下, 如果两部分质量与刚度的比值不相等, 即使是整体变形的振型, 仍会在错层构件中产生附加内力。 54. 错层结构设计注意事项 错层结构应用较广，如何保证结构安全，采取有效措施正确处理错层结构就显得尤为重要。在设计时应
10、具体问题具体分析，充分考虑各种不利因素，针对错层结构可能出现的薄弱部位从建筑平面布置、理论计算及抗震构造措施等方面出发，增强结构的整体受力性能，提高结构的延性。 （1）结构的共用柱大多为短柱，而短柱的延性很差，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌，因此对因错层形成的短柱，应该尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截面尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。 （2）尽可能使结构平面布置合理化，使错层部位两层的竖向构件刚度相等，对结构平面布置不对称的结构，地震的扭转效应将十分显著，可能造成角部抗侧力构件开裂，在设计中应加强这
11、些部位的配筋，增强抗震构造措施。 （3）加强错层结构中错层柱及其上连梁的抗扭能力，同时使错层柱与相邻普通柱的长细比控制在 12 之间。 （4）在高层建筑中，竖向体型应避免过大的外挑和内收，立面收进部分的尺寸比值 B1/B 应满足75%的要求。 （5）对设防烈度较高、抗震等级较高的高层钢筋混凝土结构，应尽可能限制使用错层结构，如不可避免，则应用剪力墙结构，并尽量避免上下层楼面刚度突变。 65 结语 错层结构造成平面楼板不连续，竖向结构应力集中，是一种对抗震不利的结构形式，但错层对剪力墙结构体系的影响有限，错层剪力墙结构通过结构的合理布置和构造措施加强，可以满足抗震设计的要求。 错层剪力墙结构的设
12、计中，考虑结构概念设计，合理的布置平面，采用相应的抗震构造措施，可以很好的保证结构的安全性，确保收到良好的经济效果。 错层剪力墙结构属于复杂高层，竖向抗侧力构件受力复杂，楼板受到较大削弱，抗震性能较差，故抗震设计时，高层建筑应避免使用。当工程确需时，宜采用平面布置规则的结构体系，以减少扭转效应。 错层结构空间变化丰富、层次感较强，极大地满足了人们的心理要求，充分体现了以人为本的设计理念。但因其受力复杂、不确定因素较多的特点也带来了设计施工难度较大、结构抗震性能较差等诸多问题，这也成为阻碍错层结构发展的主要因素。因此，对错层结构进行深入研究、提高结构整体性能、有效改善错层结构的抗震性能对进一步推动错层结构的发展有着十分重要的意义。 依据标准及参考文献 1 谢靖中, 李国强, 屠成松错层结构的几点分析 J建筑科学, 2001。 2 尹保江, 龚思礼, 程绍革等高层建筑中错层剪力墙结构的试验研究 J 建筑科学, 1999. 3 行业标准高层建筑混凝土结构技术规程 S JGJ3- 2002. 74 国家标准建筑结构抗震设计规范 S GB50011- 2001.
