局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)策略分析

【摘要】針對(duì)局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)因樓板不連續(xù)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體性差，錯(cuò)層處出現(xiàn)框架短柱、框架梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)，使得結(jié)構(gòu)抗震性能降低的問(wèn)題，就此以一個(gè)具體局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)為例，從結(jié)構(gòu)平面布置、理論計(jì)算和構(gòu)造處理等三方面，討論了局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施和詳細(xì)過(guò)程。結(jié)果表明，通過(guò)以上這些措施綜合使用，可有效地減小錯(cuò)層對(duì)結(jié)構(gòu)抗震造成的不利影響。

【關(guān)鍵詞】局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；策略分析

局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)是一種在建筑中很常見(jiàn)的現(xiàn)象，隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，針對(duì)于這種局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案也越來(lái)越完善。但是在其發(fā)展的過(guò)程中，也出現(xiàn)了許許多多的難題，例如在建筑的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案指導(dǎo)下，使得局部樓板的連續(xù)性大大降低，這種問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)建筑物的水平傳力出現(xiàn)斷點(diǎn)現(xiàn)象，使整個(gè)建筑的抗震能力降低，嚴(yán)重的影響了建筑物的工程質(zhì)量。在工業(yè)建筑中，結(jié)構(gòu)錯(cuò)層的現(xiàn)象出現(xiàn)的較為普遍，一般來(lái)說(shuō)，在建筑中不同功能的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生一定的高度差。這種錯(cuò)層式的架構(gòu)就會(huì)將不同功能和不同工藝的建筑空間互相分裂開(kāi)來(lái)，如果一旦出現(xiàn)地震的情況，這種錯(cuò)層式架構(gòu)極有可能導(dǎo)致整個(gè)建筑物的受力不均勻，從而導(dǎo)致建筑物的坍塌現(xiàn)象。針對(duì)于這種情況，對(duì)于局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)就成為了建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域需要迫切去解決的問(wèn)題。

1、某省電廠中水處理站的局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略分析

某省電廠水處理站工程是一項(xiàng)具有重大影響力的工業(yè)建筑工程，具有重大的工業(yè)效益。由于該工程內(nèi)部設(shè)施眾多，工藝要求較高，因此在建筑的設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中需要利用局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，電廠是當(dāng)?shù)刂匾碾娔茉慈?，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)于當(dāng)?shù)氐挠绊懯鞘志薮蟮?，因此?duì)于電廠水處理站的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)一定要使用最優(yōu)的策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。該水處理站的設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)的基本加速度為0.15g，在局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)薄弱部位的精細(xì)化處理是整個(gè)工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。因此在工程設(shè)計(jì)中要從多角度入手，在整體的設(shè)計(jì)理念以及抗震構(gòu)造措施等方面進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)整個(gè)建筑的穩(wěn)定性做到全面的保障。

1.錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的平面設(shè)置策略

結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)中，其關(guān)鍵的一點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，結(jié)構(gòu)不對(duì)稱容易造成整個(gè)結(jié)構(gòu)在地震等災(zāi)害下發(fā)生結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，從而造成角部的抗側(cè)力構(gòu)件開(kāi)裂。因此，在此工程錯(cuò)層結(jié)構(gòu)布置的過(guò)程中，應(yīng)盡量將錯(cuò)層結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)構(gòu)件對(duì)稱處理，同時(shí)還要注意由于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的側(cè)向剛度豎向分布不均勻的問(wèn)題，對(duì)于此情況，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)注意錯(cuò)層與其上一層的側(cè)向剛度比不小于0.7[1]。同時(shí)，還要注意加強(qiáng)外側(cè)柱的抗側(cè)性，這方面的問(wèn)題容易造成整個(gè)建筑的傾斜，要保證調(diào)整后的剛度中心盡量與建筑的質(zhì)量中心重合，共同保持在一個(gè)中心位置。另外，對(duì)于柱截面的設(shè)計(jì)中，要盡量在符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下加大錯(cuò)層處的柱截面，這樣可以保證整個(gè)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，降低錯(cuò)層處的偏移程度。以上這些平面設(shè)置策略，能夠充分的保證整個(gè)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，減少由于錯(cuò)層引起的水平位移大和結(jié)構(gòu)扭曲等現(xiàn)象，最大化的減小了由于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的特性所帶來(lái)的負(fù)面影響。

2.錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施

錯(cuò)層結(jié)構(gòu)最大的弱點(diǎn)就是抗震性能差，在地震發(fā)生時(shí)，錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的特性就會(huì)導(dǎo)致框架梁的扭曲，而經(jīng)過(guò)相關(guān)的研究計(jì)算表明，這種扭轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的水平位移差與錯(cuò)層樓板的高差有著密切的關(guān)系。當(dāng)錯(cuò)層的樓板高差在500毫米之內(nèi)時(shí)，上下兩部分的框架梁便能夠?qū)崿F(xiàn)較好銜接，這樣可以使整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的受力均勻，將地震所產(chǎn)生的作用力有效化解，避免了由于受力不均造成的結(jié)構(gòu)損傷。另外，對(duì)于錯(cuò)層處的框架梁來(lái)說(shuō)，可以適當(dāng)?shù)脑黾涌古たv筋和箍筋的使用，這兩種材料的合理使用[2]，能夠有效的避免框架梁的過(guò)度扭曲造成的損害。

如果在建筑物錯(cuò)層樓板間的高差大于500毫米的情況下，上下框架梁之間可采取豎向加腋措施，以保證結(jié)構(gòu)水平方向地震力傳遞。同時(shí)加強(qiáng)柱的構(gòu)造措施，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，通過(guò)框架柱的協(xié)調(diào)作用可以使上下框架梁的水平位移差減小，從而提升整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。錯(cuò)層處框架柱，抗震等級(jí)提高一級(jí)，并應(yīng)滿足設(shè)防烈度地震（中震）作用下性能水準(zhǔn)2的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行中震不屈服計(jì)算。

在基本的工作完成之后，對(duì)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度也有著相應(yīng)的要求，加強(qiáng)整體的材料強(qiáng)度，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C30。通過(guò)這些補(bǔ)充措施，能夠進(jìn)一步的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，全面的提升該建筑的抗震性能。

2、某住宅小區(qū)高層剪力墻局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上文中我們分析了工業(yè)建筑中的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而錯(cuò)層結(jié)構(gòu)在住宅建筑中同樣也有所應(yīng)用，下面我們以某小區(qū)為例進(jìn)行詳細(xì)分析。

某小區(qū)的一幢高層住宅樓，建筑高度在80米左右，地上共有27層，地下2層。由于該建筑相對(duì)來(lái)說(shuō)高度較高，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)體系能夠充分提升整個(gè)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的抗扭曲性。關(guān)于抗震的指標(biāo)來(lái)說(shuō)，按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)的基本加速度為0.2g，其中錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的剪力墻抗震等級(jí)設(shè)計(jì)提高為特一級(jí)，其余的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在一級(jí)即可。該小區(qū)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)方案如下圖所示。

在局部錯(cuò)層分析的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮在地震作用下由于樓板面內(nèi)變形對(duì)于抗側(cè)力構(gòu)件的扭曲程度[3]，在計(jì)算的過(guò)程中，要盡量使用彈性樓板模型進(jìn)行計(jì)算，這樣可以準(zhǔn)確反映剪力墻在地震發(fā)生時(shí)對(duì)于整個(gè)抗側(cè)力構(gòu)件穩(wěn)固性的提升效果。另外，對(duì)于剪力墻的厚度也要根據(jù)相應(yīng)的分析進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。該小區(qū)設(shè)計(jì)在采取了一系列措施之后，剛度比、周期、位移等計(jì)算參數(shù)均可滿足規(guī)范相應(yīng)要求。在計(jì)算參數(shù)合理的前提下，同時(shí)加強(qiáng)構(gòu)造措施，最終設(shè)計(jì)達(dá)到一個(gè)比較滿意的結(jié)果。

相關(guān)規(guī)范表明，對(duì)于錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般情況下8度時(shí)，房屋高度不宜大于60m。對(duì)于局部錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)，規(guī)范并沒(méi)有明文規(guī)定。個(gè)人認(rèn)為，在采取精確細(xì)致的計(jì)算，并適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施后，錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的局部效應(yīng)可有效控制。因此，局部錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)的適用高度應(yīng)比通高的錯(cuò)層剪力墻結(jié)構(gòu)適用高度有所放寬。

總結(jié)：

在文章中我們分別通過(guò)兩個(gè)實(shí)例來(lái)對(duì)局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化策略進(jìn)行了全面分析，通過(guò)對(duì)于工業(yè)建筑和住宅建筑這兩種具有代表性的錯(cuò)層結(jié)構(gòu)分析，提出了一系列關(guān)于局部錯(cuò)層結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體策略，經(jīng)過(guò)研究表明，這些策略對(duì)于建筑工程應(yīng)用具有重要的實(shí)踐意義。

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