建筑工程錯層結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題分析

毛賽蘭

（天津市天友建筑設(shè)計股份有限公司 天津 300384）

引言

近年來，隨著人們對居住環(huán)境的要求越來越高，建筑形式呈現(xiàn)出多樣化的特點。而錯層結(jié)構(gòu)由于使用功能和空間效果良好，并且符合人們對建筑舒適度和空間利用的需求，越來越多的被應(yīng)用于民用高層建筑之中。但是錯層結(jié)構(gòu)也存在著一些問題，嚴重影響建筑質(zhì)量，比如與普通高層結(jié)構(gòu)相比，高層建筑中的錯層結(jié)構(gòu)的抗震能力較差，并且錯層結(jié)構(gòu)的建筑受力情況復雜，這些都特別需要結(jié)構(gòu)設(shè)計者高度的重視。

1 錯層結(jié)構(gòu)的定義與特點

1.1 錯層結(jié)構(gòu)的定義

錯層結(jié)構(gòu)通常是指由于建筑功能的需要，樓層結(jié)構(gòu)不在同一高度，且上、下樓層樓面高差度超過一般梁截面高度的結(jié)構(gòu)形式。但是在現(xiàn)實情況中，錯層結(jié)構(gòu)類型多，情況復雜，一些錯層較小的結(jié)構(gòu)可以不被看為是錯層結(jié)構(gòu)。錯層結(jié)構(gòu)一般有明顯的規(guī)定要求。①樓層標高相差必須大于普通框架梁的截面高度。②錯層面積要大于該層面積的30%。③平面規(guī)則的剪力墻結(jié)構(gòu)因豎向剛度不規(guī)則，錯層附近的豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受力復雜，形成較多的應(yīng)力集中部位[1]。如果符合以上這幾點要求，就屬于錯層結(jié)構(gòu)。

1.2 錯層結(jié)構(gòu)的特點

錯層結(jié)構(gòu)有自身的特點，但是這些特點通常會導致很多結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，給設(shè)計者帶來很多困擾。錯層結(jié)構(gòu)的特點一，結(jié)構(gòu)不規(guī)則，水平剪力差。由于錯層結(jié)構(gòu)錯層處樓板錯層，導致樓板不連續(xù)，極大地削弱了樓板作用而形成平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，樓層水平剪力也因此被削弱。特點二，應(yīng)力集中部位多。由于錯層結(jié)構(gòu)不規(guī)則，所以薄弱層容易產(chǎn)生，同時錯層部位豎向抗側(cè)力構(gòu)件剛度較大，受力復雜，導致應(yīng)力集中部位多。還需注意的一點是，受現(xiàn)階段計算機軟件水平限制，目前還不能精確地計算，這對結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個很大的挑戰(zhàn)。特點三，抗震能力差。錯層結(jié)構(gòu)屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，帶錯層的框架結(jié)構(gòu)及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，容易形成長短柱混合不規(guī)則體系，此外，剪力墻結(jié)構(gòu)錯層后，也很容易形成錯洞或錯洞疊合導致洞口布置不規(guī)則，這些都削弱錯層結(jié)構(gòu)抗震能力，降低了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2 錯層式住宅的利弊

2.1 在使用方面的利弊

錯層式住宅主要是指一套房子盡管層高相同，但是不同的使用功能空間不處于同一平面，比如客廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間等所處的平面高度不同，建筑空間不處于同一層次上。這種設(shè)計充分利用并提高了室內(nèi)空間利用率，擴大了建筑的使用功能，并巧妙的結(jié)合了建筑美學，讓整個建筑更加美觀、舒適。錯層住宅比較適合年輕人居住，但不適用于老人和孩子居住，因為空間的錯落會給他們帶來很多不便。除此之外，這種錯層式住宅比較適合面積大的建筑，如果面積小的建筑采取這種結(jié)構(gòu)，就會出現(xiàn)成本高、經(jīng)濟適用性低的缺陷[2]。

2.2 在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面存在的問題

錯層結(jié)構(gòu)由于其自身所獨有的特點，導致結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力分布不均，結(jié)構(gòu)受力情況復雜，這不僅給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了很多困擾，也對提升建筑的抗震能力提出了新的挑戰(zhàn)。錯層結(jié)構(gòu)設(shè)計主要存在四大問題，分別是圈梁難以閉合、水平荷載難以抵抗、頂層溫度變化大、墻體強度不同這四大問題。圈梁難以閉合是因為錯層結(jié)構(gòu)中不同使用功能空間不在同一平面，錯層建筑的門窗洞口的高度不穩(wěn)定，圈梁位置常常會遭遇洞口，所以閉合比較困難，樓梯間和外縱墻這些地方問題尤為突出[3]。

一般情況下，為了確保抗震效果，建筑整體布局都要遵循均勻?qū)ΨQ的規(guī)則，盡可能的不要出現(xiàn)不規(guī)則或突變情況。抗震規(guī)范中也曾明確過這些要求，所以大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)都遵循這一要求，目的就是為了提高建筑的穩(wěn)定性和安全性。但是錯層結(jié)構(gòu)卻是與這一要求相悖，錯層結(jié)構(gòu)的特點之一就是結(jié)構(gòu)不規(guī)則，樓板錯層并且不連續(xù)，當?shù)卣饡r錯層部位會產(chǎn)生更大的剪切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，難以承載荷載力，易導致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，嚴重影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量。在進行設(shè)計時，頂層溫度的變化也是一大問題。頂層溫差就大，溫度如果發(fā)生較大的變化，溫度應(yīng)力的影響也會變大，容易對錯層部位產(chǎn)生過多的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力，加大了結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的負擔，影響結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

3 錯層結(jié)構(gòu)的加強措施

3.1 提高錯層剪力墻體抗震能力

設(shè)計人員可以從抗震等級的合理選取、樓板厚度適當加強、增加部分通長鋼筋這三方面來提升錯層剪力墻的抗震能力。在抗震等級選取這一塊，設(shè)計人員可以對不同的部位選取不同的抗震等級。對于非錯層部位框架梁，可以考慮選用三級地震等級，而對于錯層處的框架梁的抗震等級則可以考慮采用二級。所以采取相關(guān)措施適當?shù)脑黾渝e層處剪力墻的厚度，厚度要不低于地震二級的規(guī)定要求，可以適當加強縱筋和箍筋的配筋量[4]。對于其他非錯層部位剪力墻的墻厚度，嚴格按照地震三級的要求操作，到達規(guī)定的厚度。這樣可以在保證抗震效果的前提下，可以有效的節(jié)省一部分成本和資源浪費。

針對錯層部位結(jié)構(gòu)的樓板受力較復雜，且容易產(chǎn)生多個應(yīng)力集中部位的情形，設(shè)計人員可以采用加強樓板厚度方式解決這一問題。設(shè)計人員才進行設(shè)計時，要結(jié)合實際情況，一般情況下一層樓板厚度嵌固端的厚度大約在180mm左右，其他各層樓板的厚度不低于120mm，并且錯層范圍內(nèi)的樓板可以采用雙層雙向配筋的方法，增強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。對于樓板問題的處理除了采用適當加厚處理外，還可以采用增加部分通長鋼筋的方法解決，在確保操作符合要求和建筑結(jié)構(gòu)安全的情況下，這種方法可以在最大程度上減少成本的投入。

3.2 設(shè)置貫通層，提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

設(shè)計人員可以考慮采取設(shè)置一定量貫通層的方法來提升錯層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這種方式可行性比較高。設(shè)置貫通層的方式是指每隔若干錯層樓層便設(shè)置一層不錯層樓層，需要設(shè)計人員科學估算出每段之間的錯層樓層數(shù)。這種方式可以有效地控制各部分變形，減小錯層處的負荷。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，設(shè)置貫通層的方法在改善結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面效果良好。設(shè)計人員在采取這種方式的時候，要重視對貫通層的設(shè)計，可以采取一些措施提升貫通層的性能，比如加大板厚，提高配筋率并設(shè)貫通鋼筋等[4]。

3.3 改變樓板受力方向，提升結(jié)構(gòu)安全性

普通建筑一般都是橫墻承重，但是在錯層結(jié)構(gòu)建筑中這并不適用。一般為了提高錯層結(jié)構(gòu)的安全性和承載力，在設(shè)計中通常改變樓板的受力方向，將墻體兩側(cè)樓板的受力設(shè)計成一側(cè)縱墻承重，一側(cè)橫墻承重。這樣可以有效地減輕了墻體的承重壓力，確保了結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力在可接受范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

綜上所述，錯層結(jié)構(gòu)建筑雖然很受歡迎，但是也存在著一定的問題，威脅著人們的居住安全。錯層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的時間不長及結(jié)構(gòu)形式復雜，而且目前規(guī)范對此的規(guī)定并不十分詳盡，這些因素都導致了建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題的產(chǎn)生。我們要認真分析結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，并積極采取措施解決，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全、合理，實現(xiàn)建筑物預期的功能。