建筑工程错层结构设计若干问题思考

2020-11-26张国聪

建材发展导向 2020年13期

关键词：错层短柱楼板

王野张国聪

（1.中国建筑上海设计研究院有限公司辽宁分公司，辽宁沈阳 110016；2.五矿建设（营口）恒富置业有限公司，辽宁营口 115004）

1 错层结构的概念

错层结构是近年来出现较多的一种结构形式，被大量应用于公共建筑、别墅等；错层结构是指具有两个或两个以上与结构标准层下端相连的错层计算层的结构。其在工程中的应用情况大体可归纳为：包含型错层结构、交叉型错层结构、混合型错层结构3类。

2 错层结构的特点

错层结构有自身的特点，而这些特点带来的诸多结构设计问题。特点一，错层结构错层处楼板不连续，楼层水平剪力不能有效传递。特点二，错层结构属竖向不规则结构，容易形成薄弱层，同时错层部位竖向抗侧力构件刚度较大，受力复杂，易形成应力集中部位。特点三，带错层的框架结构及框架--剪力墙结构，容易形成长、短柱沿竖向交替出现的不规则体系，或出现抗震性能较差的单边柱。

3 错层式住宅的利弊

3.1 在使用方面的利弊

错层式住宅主要是指一套房子尽管层高相同，但是不同的使用功能空间不处于同一平面。这种设计充分利用并提高了室内空间利用率，扩大了建筑的使用功能，并巧妙的结合了建筑美学，让整个建筑更加美观、舒适。错层住宅比较适合年轻人居住，但不适用于老人和孩子居住，因为空间的错落会给他们带来很多不便。

3.2 在结构设计方面存在的问题

错层结构设计主要存在四大问题，分别是圈梁难以闭合、水平荷载难以抵抗、顶层温度变化大、墙体强度不同这四大问题。圈梁难以闭合是因为错层结构中不同使用功能空间不在同一平面，错层建筑的门窗洞口的高度不固定、不统一，圈梁位置常常会遭遇洞口，所以闭合比较困难，楼梯间和外纵墙这些地方问题尤为突出。

4 建筑工程错层结构设计的几点思考

4.1 提高错层剪力墙体抗震能力

设计人员可以从抗震等级的合理选取、楼板厚度适当加强、增加部分通长钢筋这三方面来提升错层剪力墙的抗震能力。在抗震等级选取方面，设计人员可以对不同的部位选取不同的抗震等级。对于非错层部位框架梁，抗震等级可以考虑选用三级，而对于错层处的框架梁的抗震等级则可以考虑采用二级。所以采取相关措施适当的增加错层处剪力墙的厚度，此外厚度满足不低于抗震等级二级的规定要求，可以适当加强纵筋和箍筋的配筋量。对于其他非错层部位剪力墙的墙厚度，严格按照抗震等级三级的要求设计，到达规定的厚度。这样可以在保证抗震效果的前提下，可以有效的节省一部分成本和避免资源浪费。

针对错层部位结构的楼板受力较复杂，且容易产生多个应力集中部位，可以采用加强楼板厚度方式解决这一问题。在设计时，要结合实际情况，一般情况下一层楼板厚度嵌固端的厚度大约在180mm左右，其他各层楼板的厚度不低于120mm，并且错层范围内的楼板可以采用双层双向配筋的方法，增强结构的稳定性和可靠性。对于楼板问题的处理除了采用适当加厚处理外，还可以采用增加部分通长钢筋的方法解决，在确保设计符合要求和建筑结构安全的情况下，这种方法可以在最大程度上减少成本的投入。

4.2 设置贯通层，提升结构的稳定性

设置贯通层的方式是指每隔若干错层楼层便设置一层不错层楼层，需要设计人员科学估算出每段之间的错层楼层数。这种方式可以有效地控制各部分变形，减小错层处的负荷。

4.3 改变楼板受力方向，提升结构安全性

为了提高错层结构的安全性和承载力，在设计中通常改变楼板的受力方向，将墙体两侧楼板的受力设计成一侧纵墙承重，一侧横墙承重。这样可以有效地减轻了墙体的承重压力，确保了结构构件承受的荷载在可接受范围内。

5 错层结构设计注意事项

在设计时应具体问题具体分析，充分考虑各种不利因素，针对错层结构可能出现的薄弱部位从建筑平面布置、理论计算及抗震构造措施等方面出发，增强结构的整体受力性能，提高结构的延性。

1）结构的共用柱大多为短柱，而短柱的延性很差，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌，因此对因错层形成的短柱，应该尽量提高短柱的承载力，调整短柱的截面尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。2）尽可能使结构平面布置合理化，使错层部位两层的竖向构件刚度相近，在设计中应加强这些部位的配筋，增强抗震构造措施。3）加强错层结构中错层柱及其上连梁的抗扭能力，同时使错层柱与相邻普通柱的长细比控制在1—2之间。4）在高层建筑中，竖向体型应避免过大的外挑和内收，立面收进部分的尺寸比值B1／B2应满足≥0.75的要求。5）对设防烈度较高、抗震等级较高的高层钢筋混凝土结构，应尽可能限制使用错层结构，如不可避免，则应用剪力墙结构，并尽量避免上下层楼面刚度突变。