高層建筑錯層結構抗震設計

張曉松

【摘要】近年來，高層建筑錯層結構抗震設計得到了快速發展和廣泛關注，研究其相關內容有著重要意義。本文首先介紹了高層建筑錯層結構的受力特點和影響因素，分析了錯層結構的受力特點和缺陷，并結合相關實踐經驗，分別研究了高層建筑錯層結構抗震設計要點及其注意事項。

【關鍵詞】高層建筑；錯層結構；抗震設計

一、前言

高層建筑錯層結構的抗震設計是一項系統性、專業性較強的工作，其設計水平的高低直接關系到高層建筑的穩定性。該項課題的研究，將會更好地提升錯層結構抗震設計的實踐水平，從而有效優化高層建筑的整體穩定性。

二、高層建筑錯層結構的受力特點和影響因素

1.高層建筑中錯層結構的形成過程

在高層建筑中采用錯層結構是為了將室內空間更多樣化，不僅要滿足人們的住宅需求還要滿足人們的視覺要求，在通常情況下一個單元內的幾個房間在設有高層的幾個層面上，當各個錯層之間的高度不相同時，也就形成了各種類型的梁柱結合。根據我國當前的設計風格來說，一般將錯層結構分為三類，包括含型錯層、交叉錯層和混合型錯層三種。

2.高層建筑錯層結構的受力情況

在高層建筑中的錯層結構與普通高層中的框架結構的區別主要在于在錯層中錯開的樓層導致了在結構的一些部位形成豎向的短構建，這樣就會將所有的受力都集中在一起，這樣是不利于抗震的。其主要原因是在同向受力時由于錯層構件本身剛度較大，這樣就會將內力集中。所以說在進行高層建筑的時候要注重對錯層結構中的短柱問題。

3.高層建筑中錯層框架剪力墻結構的受力特點

在錯層框架監理墻的設計結構中，剪力墻主要承載水平力，在面對地震災害的時候，錯層框架中剪力墻的兩道防線就可以將錯層結構中的受力點進行改善。

三、錯層結構的受力特點和缺陷

1.受力特點

首先是錯層框架結構，他與框架結構的相比主要由于在錯層出錯開的樓層導致了在結構的一些部位形成豎向的短構件，使受力集中，不利于抗震。主要的原因可能是在同向受力中由于錯層構件剛度大，而產生內力集中。在錯層結構中，短柱問題應該得到足夠的重視。其次是錯層框架剪力墻結構，錯層框架剪力墻結構中的剪力墻承擔了水平力中的一大部分，特別是在地震作用下，錯層框架剪力墻結構有兩道設防線，能夠較好地改善錯層結構的受力性育旨。

2.錯層結構的缺陷

錯層對結構的不利影響主要源于兩個方面：一是樓板分塊錯置，在錯層構件中會產生很大的變形內力，從而削弱了樓板協調結構整體受力的能力；二是樓板錯層，容易在某些部位形成豎向短構件，從而可能在同向受力中因錯層構件剛度較大而產生內力集中。基于以上兩個根本原因，錯層將進而對結構的整體性產生較大影響。相互錯層的相鄰樓板僅由中間的錯層柱（墻）相聯系，而樓板在自身平面內的抗彎剛度遠遠大于錯層柱（墻）的抗彎剛度，當結構受力時，結構左右兩部分將產生不協調變形，在錯層柱（墻）中形成較大內力。顯然，這對于錯層結構抗震是十分不利的。以上3種錯層結構對結構抗震性能的影響主要體現在以下方面：

首先，對包含型錯層結構，由于上下層樓面剛度發生突變，當地震作用發生時，地震力在樓層之間分配不均勻，從而影響了各樓層總地震作用沿建筑全高分配的連續性，影響結構整體的抗震性能。

其次，交叉型錯層結構上下層平面剛度不重疊，易使地震作用在樓層之間產生局部扭矩，對主體結構產生不利影響；且其共用柱多為短柱，分配的地震作用彎矩往往比其他柱大很多，從而形成相對薄弱的受力構件。

四、高層建筑錯層結構抗震設計要點

高層錯層建筑結構由于在錯層短柱存在很大的內力集中，且錯層框架結構在錯層處的短柱要協調相互錯開的樓蓋的變形，特別是在地震作用下，更易發生破壞。為改善普通錯層框架結構的受力性能，主要采取以下措施來解決：

1.在普通錯層框架結構的錯層處根據實際需要增設若干撐桿，用撐桿的軸力來轉移普通錯層框架結構錯層處短柱受的剪力。

2.在普通錯層框架結構的適當位置增設若干剪力墻，用剪力墻來承擔大部分的結構水平剪力。

3.錯層不宜沿建筑通高設置，錯層中應設置一定數量的貫通層，將錯層分為幾個區段，且每個錯層區段包含的錯層層數也不宜太多，通層要重點加強。

4.對于電算結果給出的超筋、超限的連梁，在提高其混凝土強度等級，截面調整仍無效果的情況下，可采用鋼骨混凝土連梁加以解決，采用鋼骨時要注意鋼骨和墻體暗柱的連接構造。

5.在對復雜高層建筑進行設計時，運用概念設計的思想確定結構方案、進行結構布置是十分重要的。在此基礎上還要有充分的計算分析手段例如采用二種不同計算程序進行分析對比、相互驗證，并采用結構動力分析方法進行補充分析。

五、高層建筑錯層結構抗震設計的注意事項

高層建筑中的錯層結構由于其采用的錯層短柱本身具存在著很大的內力，并且還要求錯層框架結構在錯層位置的短柱需要相互協調來錯開樓蓋的變形，特別是在發生地震的時候很容易發生破壞。為了將普通高層中錯層框架結構的受力情況，我們可以采用以下幾種措施來加以改善：

1.在普通高層建筑中的普通錯層框架錯層處我們要根據實際情況來增加撐桿，這樣就可以借用撐桿的力來將普通錯層框架結構錯層處短柱所受到的剪力進行轉移，減少短柱所受的力。

2.在高層建筑中的普通錯層框架結構的適當位置來增加一些剪力墻，這樣就可以很輕松的用剪力墻來分擔大部分的錯層框架結構水平剪力。

3.在錯層構架的建設時不應該沿著建筑通高來進行設置，在高層建筑錯層中應該設置一定數量的貫通層，并且要根據實際情況將錯層分成幾個區域，并且每個錯層區域所覆蓋的錯層層數也不能太多，在通層位置要適當的進行重點加強。

4.當對一些比較復雜的高層建筑進行錯層設計的時候就需要采用概念設計的思想來對結構方案和不知結構進行確定了，這在設計中是非常重要的。在這樣的基礎上我們還需要采用計算的方法來對自己提出的設計方案進行驗證，通過不斷的對比、分析和補充進而選出最適合的設計方案。

5.在高層建筑中對錯層處的設計應該將剪力墻進行縱橫形式布置，并且使其形成相互的扶壁，在高層建筑中的錯層位置布置單獨的框架柱都是不可取的。

六、結束語

綜上所述，加強對高層建筑錯層結構抗震設計的研究分析，對于高層建筑穩定性的獲得有著十分重要的意義，因此在今后的實踐中，應該加強對錯層結構抗震設計的重視程度，注重其在實際應用中的整體性與科學性，以獲得最優效果。

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