錯層結構設計簡析

[摘 要]針對錯層結構這種復雜高層建筑，規范中的規定比較簡略。針對鐠層結構平面、立面不規則及錯層部位受力復雜等特點，提出一些針對性加強措施。并對目前計算軟件無法精確分析的部位，提出簡化計算方法。

[關鍵詞]錯層 概念設計 簡化計算

近年來建筑形式逐漸多樣化，民用高層建筑中的錯層結構愈來愈多地呈現出其在使用功能及空間效果等方面的優勢。對于結構專業錯層建筑存在很多需關注的特點。筆者結合高層錯層結構設計經驗，總結如下心得，希望與廣大設計人員討論。

1 錯層結構的定義

《高規》中針對錯層結構有專門章節進行闡述，除對錯層部位進行詳細規定外，尚對錯層結構的最大適用高度加以控制。但在實際工程中錯層類型多情況復雜，某些錯層較小的結構可不視為錯層結構。雖規范無明確說法，根據相關資料可按以下原則把握。

1，1樓層標高相差不大于普通框架梁的截面高度。

1，2錯層面積較少。不大于該層面積的30％。

13平面規則的剪力墻結構，當縱橫墻體能直接傳遞各錯層樓面的樓層剪力。呲時整個結構更耍力求剛心質心盡量重合。)

以上情況雖然是樓板錯層但不屬于錯層結構，主要指最大適用高度上不受(高規)IO，Ij的限制。但錯層部位仍應按規定采用加強措施。針對此項內容文獻13沖有更加詳盡的要求。

提醒設計人員注意的是，在方案階段應針對此內容應與施工圖審查機構進行事先溝通以求達成共識。 2，錯層結構的特點 錯層結構屬于復雜高層結構，之所以定義為復雜高層結構主要是因為以下特點。

2，1錯層結構屬于豎向布置不規則結構，在錯層部位豎向抗側力構件因計算高度不同而引起剛度突變；剪力墻結構錯層后因建筑使用功能原因易形成錯洞或疊合錯洞剪力墻使洞口布置不規則；框架結構錯層后形成長短柱混合的不規則結構，更加不利。

2，2由于樓板錯層，故相當于錯層樓板開大洞，樓板會受到較大的削弱而形成平面不規則結構。 2，3錯層附近豎向抗側力構件受力復雜，，易形成許多應力集中部位。且限于目前計算軟件的能力尚無法進行精準計算，應根據結構概念進行構造加強。 3，設計過程需注意事項及加強措施 3。l由于錯層結構為豎向不規則結構，在結算結果中主要體現為上下樓層側向剛度比不能滿足(高規)44，2條的要求。出現此種情況首先應對方案進行調整以改善豎向不規則的嚴重程度，但由于錯層結構的本身特點導致無法根本解決，此時應按(高規)5。Ⅱ14條針對薄弱層的要求進行計算調整并采取相應構造措施。

3。2由于錯層結構為平面不規則結構，在計算及構造方面采用以下措施。

首先在建模計算時錯開的樓層應各自參加結構整體建模，不應歸并為一層計算。對于框架結構比較容易實現，但對于剪力墻結構會發生洞口跨越結構樓層的情況，此時可將跨層洞口按層高分為兩個洞口，下層洞口上設IOO高連梁。筆者曾對一正常結構分別按實際工程建立模型，并按對此種簡化方法建立模型進行過計算比較，當采用PMSAP進行計算時簡化模型與實際模型在剛度方面吻合理想，采用SATWE進行計算時兩種模型差異較大。所以建議設計人員盡量采用PMSAP進行錯層結構計算。

其次，在計算結構位移比等控制指標時不能采用樓板強制無限剛假定，而應采用分塊無限剛假定，且位移比不應采用層間位移比，而應采用樓層位移比。因為錯層結構關于“層”的概念與正常結構有較大不同，按以上方法控制是合理的。但應事先與施工圖審查機構進行事先溝通。

第三，為改善樓板局部不連續的不利影響。應設置一定量貫通層。即每隔若干錯層樓層便設置一層不錯層樓層，此種方案在住宅工程中比較容易實現。每個區段內錯層數不宜太多，這樣可以協調各部分變形，減小錯層處墻柱內力。筆者曾建立平面桿系模型進行定性比較，發現設置貫通層對結構的整體剛度、變形及錯層處豎向構件內力等均有較大程度的改善。在體現貫通層重要作用的同時亦應對貫通層進行著重加強，如加大板厚，提高配筋率并設貫通鋼筋；貫通層宜結合連梁設置暗梁，且暗粱配筋宜加強。另在結構頂部若干層設置貫通平層亦可有效減小不利影響，

3，3錯層附近構件受力復雜引起應力集中尤以錯層處豎向構件為甚，但由于受目前計算軟件的限制不易得到比較精確結果，主要采取簡化計算及構造措施等進行加強處理。 首先在布置抗側力構件時要盡量減小結構的扭轉效應。試驗表明錯層結構加上扭轉效應較僅為錯層而平面布置規則破壞更為嚴重。樓層兩側結構剛度及結構布置差別要小，設計成錯層兩側抗側剛度及變形性能相近的結構，以減小扭轉效應從而降低錯層處墻柱內力。同時框架及框剪結構有錯層時對抗震更為不利，宜避免。另在錯層處盡量設置縱橫向剪力墻，以保證不同標高樓板所產生的水平力能直接通過剪力墻傳遞，盡量避免產生水平力傳遞過于復雜的情況。 其次，錯層部位構件受力復雜。具體加強措施在《高規)10，4節已有說明，除按規范執行外尚建議作如下加強措施。錯層處柱縱筋不小于1。596，體積配箍率不小于l，5％。錯層處剪力墻有條件可按框剪結構中的帶邊框剪力墻措施加強該部分剪力墻。

第三，錯層部位的豎向構件受力極為復雜，壓、彎、剪、扭等同時存在。除采用構造措施加強外，尚應以計算為主要依據。針對框架結構目前計算軟件可以得到計算數據。但對剪力墻結構目前計算軟件存在一定的局限性。因目前的剪力墻計算模型中無法考慮平面外受力。而錯層部位剪力墻的平面外受力卻是主要驗算內容。針對此項計算內容可單獨建立模型，可采用同截面柱等代錯層部位平面外受力的剪力墻。用以求得墻平面外內力并進行驗算。需說明的是X、Y兩方向應分別建立模型，即以等代柱替換X向平面外受力剪力墻時Y向剪力墻仍按實際模型輸入，反之亦然。

錯層結構是一種較為復雜的結構形式，而且目前規范對此的規定并不十分詳盡。所以在設計時除采用整體計算軟件進行計算外，尚應對局部構件進行模擬計算。另，采用簡化模型對關鍵結構部位進行定性分析并采取相應加強措施也是十分必要的。