错层结构刚度及楼层位移角的计算

全致高（广西荣泰建筑设计有限责任公司 广西 柳州 545007）

错层结构刚度及楼层位移角的计算

全致高
（广西荣泰建筑设计有限责任公司 广西 柳州 545007）

随着经济社会的发展，现代建筑呈现出了功能复杂化、类型多样化等趋势，现有的错层结构计算程序已无法真实的反映错层结构的某些参数，由此本文结合某剪力墙结构算例，研究了错层结构刚度及楼层位移角的计算。

错层结构；刚度；位移角；计算

0 引言

高层建筑是社会需求与经济繁荣、科技进步的产物。随着对高层建筑使用功能要求的日趋复杂，高层建筑在数量日渐增多、高度不断提升的同时，结构形式也日趋多样性。为了有效地利用建筑空间，部分楼盘会在沿街塔楼设置商业裙楼。由于商业层高与住宅层高不同，相邻楼层结构高差超过了梁高范围，因此在结构上宜安错层考虑。《高层建筑混凝土结构技术规程》要求，当采用错层结构时，为保证结构分析的可靠性，相邻错开的楼层不应归并为一个刚性楼层计算。但目前现有的结构计算程序无法真实的模拟楼层关系，在计算结果中会出现异常，因此在错层处的计算往往采用人工手算复核。本文结合某工程框架剪力墙底部商业错层结构算例，探讨错层结构侧向刚度及位移角的计算。

1 错层部位侧向刚度、位移角计算方法

目前国内主流结构设计软件，如PKPM、盈建科，在错层部位的建模可分为两种思路。

第一种，整体平面建模，以其中一个板面标高作为基准层高，错层的部分通过输入梁、板标高形成。这种建模方法比较直观，与实际情况相符，计算结果也无异常。但错层部分的竖向构件计算高度均为基准层高，反映不出错层部位的受力情况。因此这种建模方式存在一定的安全隐患。

第二种，分层建模，错层的楼层分为两个标准层建模。这种建模方法比较复杂，且在第二个标准层由于层高很小，在计算上会形成刚度的突变，从而在计算结果中反应出侧向刚度、位移角不满足规范要求的情况。本文是基于这种建模方式，通过人工手算得到真实的侧向刚度和位移角。

1.1 楼层侧向刚度计算

本文通过某框架剪力墙结构算例，探讨错层结构的计算方法。工程位于广西柳州，为18层框架剪力墙结构，一层地下室，底部一半为三层住宅，另一半为两层商业。工程使用PKPM软件建模计算，平面简图及计算简图如图1所示。

图1 ：平面简图及计算简图

由计算简图看，在9.000标高以下左半部分为住宅，右半部分为商业，错层高度为1.5m。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.2条第2款，对框架剪力墙结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比计算公式如下，且本层与相邻上层的比值不宜小于0.9；当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，该比值不宜小于1.1；对底部嵌固层，该比值不宜小于1.5。

在错层部位，如住宅部分三层的刚度应为本层地震剪力标准值与二至三层的层间位移的比值。二至三层的层间位移为△3+△4，于是可以将上述公式变形为RJ3左=V4/（△3+△4）。同理对于商业部分二层的刚度为RJ2右=V3/（△2+△3）。

1.2 楼层位移角计算

位移角验算也应勾选刚性楼板假定，但是对于错层结构，错层部位墙、柱不在同一标高，或者本层没有楼板，此时如果采用“强制刚性楼板假定”，越层墙、柱将受到楼层的约束，结构分析可能失真，位移角也不一定有意义。楼层位移角的计算与侧向刚度类似，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.7.3条，位移角为按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比，公式为：

这里可以将上述公式变形为，在错层部位，同样以第三层为例θ3左=（△max3+ △max4）/H3左。同理对于商业部分二层的位移角为θ2右=（△max2+△max3）/H2右。

2 错层结构在计算上须注意的其他问题

错层结构除了侧向刚度及位移角外，墙身稳定性也需要特别注意。在建模中，由于墙身计算高度是取层间高度。由计算简图看，商业部分一层层高为5.2m，二层层高为4.5m，但实际模型中，墙肢计算高度由下往上依次为3.7m、1.5m、1.5m、3.0m。在计算墙身稳定性时，计算高度不符合实际，计算结果偏于危险。因此在计算墙身稳定性时，可以将模型分为左右两个，分别计算，这样出来的结果较为真实。

3 结束语

通过以上方法能够较好的处理层间位移比、层间位移角、侧向刚度等结构的计算参数。但错层结构属于复杂高层结构，竖向抗侧力构件受力复杂，抗震性能较差，高层建筑宜避免采用。但如果因建筑的需要，局部有错层，也可以通过一些措施进行加强，消除或减轻错层给结构带来的不利影响。例如，当楼面板变标高处合用同一根梁时，可考虑设置梁侧加腋以改善水平力的传力途径。错层处框架柱的截面也可按“中震”进行复核，柱截面高度不应小于600mm，墙截面厚度不小于250mm。对于错层的设计，要合理布置结构，补充计算，增加必要的构造措施，在保证满足安全的前提下，做到经济合理。

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010.

[3]李宏洲.错层结构设计的分析探讨[J].江苏建筑.2015(02).

[4]王春伟.浅谈带错层的高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术新产品.2014(13).

[5]郭剑飞,杨育人,刘秀宏.多高层错层结构设计中的若干技术措施分析[J].四川建筑科学研究.2014(01).

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1007-6344（2016）06-0334-01

全致高（1987.09--），男，本科，广西柳州人，助理工程师，现工作于广西荣泰建筑设计有限责任公司，主要从事建筑结构设计方面的工作。