建筑工程錯層結構設計相關問題思考

近年來，在部分建筑中,開始廣泛應用錯層結構。錯層結構屬于一種具有復雜性的結構，其平面和豎向均不規則分布。因為錯層結構屬于建筑方案中不規則的結構形式，每層樓板由于標高不同、板樓、平面不規則，豎向的構建高度差距相差較大，所以需要設計者充分結合當前建筑工程中錯層結構設計中存在的問題，在設計原則和一般設計程序的基礎上，解決錯層結構設計中存在的問題，以此提升建筑工程質量。

1.建筑工程錯層結構的定義與特點

1.1 錯層結構的定義

建筑工程的錯層結構指代的是樓層結構不在同一高度，且房間的上層樓面和下層樓面高度與常規的截面高度有所區別。當前部分建筑設計中普遍運用側層結構進行建筑設計，原因在于能夠廣泛應用空間，滿足居住者多樣化的需求。但從錯層結構的立場來說，關于錯層結構的設計使樓層的標高相差要比一般的常規結構高，其次是一般的錯層結構不能小于該層面積的30%。

1.2 錯層結構的特點

錯層結構本身具有不規則的特征，從當前的發展來看，很多錯層結構在設計環節存在著錯層樓板不連續、樓板結構下會形成樓板受力減小的問題，除此之外，錯層結構的不規則對于樓板本身的水平承載力也會存在影響。針對錯層結構，一定要對設計的數量和錯層部分豎向的抗側力構件剛度進行調研，很多錯層結構的應力集中于建筑的受力部分，缺少相應的抗震性，很容易演變成鋼筋混凝土的短柱體系。因此設計者需要充分考慮到錯層結構的構造問題，改善構件的承載能力和延性[1]。

2.建筑工程錯層結構設計中存在的問題

錯層式結構的建筑雖層高一樣，但具有更廣闊的使用空間。而且通過對于建筑的錯層結構的設計，能夠將空間利用率加以提升，擴寬建筑本身的功能，同時還能夠基于建筑美學的基礎上提升建筑的美感。因此，從一定程度上來說錯層式結構住宅深受年輕人的喜愛，當前很多建筑建設時都普遍運用錯層式結構來滿足實際生活和工作的需求。但錯層結構設計過程中，由于水平荷載力無法抵抗、圈梁無法閉合、墻體強度不同、計算不到位等多種原因的影響，導致結構設計中存在部分問題需要解決。

2.1 計算方面的問題

2.1.1 承載能力計算

建筑工程的錯層結構設計過程中，首先需要進行模型的建立建模，計算時要錯開樓層，按照相應的結構進行整體計算。當一定建筑空間層的設計中將一層變為兩層時，會使得建筑本身的荷載力折減，如果折減過多就會導致整個樓層不安全。其次，樓板剛性假定由于錯層，樓板都相當于開大洞，樓板的剛性假定不能成立。在彈性樓板計算時，需要結合實際情況進行計算。錯層結構設計時錯層處柱子確實是真實的兩個柱子，但計算長度變小了，內力值就變小了，在實際鋼筋配筋的時候需要結合柱子具體的長度進行計算[2]。

2.1.2 周期及位移比的計算

一般程度下錯層結構設計規范中，對于位移比的定義為最大位移與平均位移的比值，在一定條例中顯示建筑錯層結構整個樓板。錯層結構設計中需要結合一定周期進行位移比的計算，通常情況下會結合實際情況對于剛性樓板進行假定。雖然實際情況不同，但大體的趨勢還是一致的，不至于是剛性樓板變成彈性樓板。設計者在設計時需要充分考慮到錯層結構的不確定性和復雜性，通過計算軟件和驗算，找到結構中存在的薄弱之處。

2.1.3 錯層對結構抗震能力存在的影響

錯層結構的樓板是不連續的，在沒有樓板的區域會存在錯層結構和不受橋梁控制的自由點。因此在設計過程中需要充分考慮到各層樓板的不均勻、不對稱和剛性位置嚴重偏移等情況。譬如在樓層結構設計過程中，部分設計者由于對于樓層概念模糊對于2 層的結構框架，建模計算的時候，人為地變成了3 層。

2.2 構造方面的問題分析

錯層結構的構造在建筑的抗震規范中雖沒有進行明確的規定，但設計者需要充分結合錯層結構，抗震性較差這一特點。基于錯層結構設計的原則，依據錯層結構設計的特點，使建筑本身的設計符合建筑抗震規范。由于錯層框架本身的抗震性能相較于平面剪力墻較差，平面剪力墻比不規則錯層剪力墻結構性能較好。所以在錯層結構設計時，需要盡量地結合平面規則的結構，要將錯層結構設計的抗震性能要與平面結構相一致。

2.3 缺少對于溫度變化的考量

很多設計者在錯層結構設計時，沒有結合具體室內外環境的變化進行溫度變化的考量，在促成結構設計中，設計者需要將目光放在頂層溫度的變化上。如果頂層溫度溫差變化較大，就會導致溫度應力受到干擾，會對于原本錯層部位所形成相匹敵的彎曲應力和剪切應力造成影響，甚至對于錯層結構本身的可靠性造成影響。

3.建筑工程錯層結構的加強措施

3.1 以“抗”為主技術應用

建筑工程錯層結構的設計者在設計時要充分考慮到建筑工程組成結構的剛度和強度，并在此基礎上解決建筑結構實際設計中存在的計算問題。譬如某工程總面積建筑39 萬m2，共建筑6 棟屬于錯層結構，設計人員需要基于抗震設計的需求，將錯層結構等級提升。

在位移比計算的時候，要充分考慮到錯層結構的復雜性，采用兩種及兩種以上的計算軟件進行驗算，找到建筑結構的薄弱之處。對于層高不一致所影響的巖性較差的矮柱和矮墻，也要進行精密的計算。由于錯層結構本身的樓板布置不均勻、不對稱，所以在計算的過程中要充分考慮到樓板洞口所切成的狹長板帶。運用SATWE 等方式選擇總綱分析法，基于樓板區域存在的大量臥層豎向構件和不受約束的自由點進行計算。

尤其是對于錯層的位移比、剛度比、承載比進行計算，避免存在計算失真等問題。需要借助SATWE 等軟件對于躍層柱的長度進行精密計算，配層設計人員須得對各段的配筋中最大值進行計算。同時要充分考慮到建筑各部分層數和結構位置以及高度的不同，要明確具體的計算標準。如上述案例中的6 棟建筑共有28 層，其中9層設計了避難所，17層設計的設備層。因此9 層的層高要控制在6m 范圍之內，設計者需要結合具體的設計標準，確定錯層的頂部高度要保持在33.95m 范圍內。頂層要占據屋面總高度的29.8%，在設計的過程中要綜合考慮到標準層框架以及核心筒跨距的參數，結合具體的邊柱和邊長，選擇合適的C60 混凝土。同時對于內墻的參數要不斷減少，從300mm 減少值200mm，要結合相關調查明確樓板的厚度參數，應從120mm 結合具體標準更改設計為140mm。

3.2 明確上下樓板高差設計

設計者在設計時對于上下樓板的設計高差需要進行詳細的計算，要結合具體的錯層結構框架對于短柱的特征進行比較。在上下層設計環節，設計者需要依據具體的設計目標，在充分保證樓層的水平荷載分析基礎上，采取技術手段做好錯層位置的扭轉效應研究工作。一般來說，在設計過程中可以靈活運用大跨度結構方式，結合相關梁抗扭問題，加強對于設計的管理。

3.3 錯層結構的抗震措施

錯層結構在抗震方式上需要結合具體的建筑情況，底部錯層的框架柱軸壓比限制，要保持在合理范圍內。同時要注重錯層所導致的穿層柱增加會在無形當中致使相關樓層地震剪力擴寬，要不斷強化錯層位置的框架柱抗震的荷載力。設計者可以使用Pushovera 軟件，在一定地震作用下，對于錯層結構進行詳細的分析，并通過靜力彈塑性推覆的研究。結合建筑本身的結構需求，按照一定的標準對于樓板的正應力進行詳細的計算。科學地處理錯層位置的兩側板厚度，要將厚度盡量提升在140mm，并強化邊緣構件的配筋。

3.4 建筑工程錯層結構問題的解決

設計者在設計時要針對地梁設計不合理問題進行研究，處理時要謹慎，因為地梁是建筑的基礎，所以在設計中要有效解決地面不均勻沉降的問題。要將地梁作為空架梁，通過數據計算,在忽略梁彎矩的情況下將其剪力傳給框架柱，解決地梁問題；針對設計中存在的兩端變形問題，設計者需要對于錯層處柱箍筋加密，梁箍筋及縱筋需考慮扭轉加大；樓面剛性設計過程中。設計者要結合錯層結構的配筋構造的科學性，針對一些無法完全滿足剛性樓面的結構，采取斜向配筋、雙層配筋、增加梁系梁板等方式來彌補計算的誤差，提升結構的剛性。

由于錯層結構構建復雜，設計者需要結合具體情況及依據《高規》的具體設計規范進行設計，錯層處柱的縱筋不能小于1.5%，體積配箍率不能小于1.5%。對于剪力墻設計時要充分考慮到豎向構件受力的復雜性，針對具體的框架結構進行詳細計算，可以建立單獨的模型，依據錯層結構平面內受剪力墻來求平面外受力，針對具體的計算建立模型。

4.結束語

綜上所述，當前大量建筑中存在錯層結構，需要設計者在設計時，從計算和構造等角度考慮，努力把錯層結構設計的不利影響降到最低。本文從錯層結構設計計算、結構、抗震性差等問題進行分析，以此提升建筑結構的設計質量，解決設計中存在的問題。