趙京江

（廣東鴻宇建筑與工程設計顧問有限公司，廣東 東莞 523080）

淺談高層住宅錯層結構處理

趙京江

（廣東鴻宇建筑與工程設計顧問有限公司，廣東 東莞 523080）

隨著生活質量的提高，人們開始重視其居住周邊環(huán)境的建設，好多大底盤多塔商住建筑設計中，綠化規(guī)劃不容忽視。為滿足建筑多塔間設置花園的功能需求，錯層的設置以其使用合理，爭取最大有效凈空等優(yōu)點，越來越受到人們的青睞。然而，設置錯層的高層建筑承載力性能較差，錯層部位受力復雜，是一種抗震不利的結構形式。本文從高層住宅結構設計實踐出發(fā)，介紹錯層的概念和受力特點，結合該工程特點，最終通過有效構造處理措施，實現(xiàn)建筑有錯層而結構無錯層的設計目標。

建筑結構；錯層；概念設計

0 引言

圖1 錯層平面布置圖

本工程位于江門市新會區(qū)，設計與2013年9月，是一棟高層公寓，高96.75 m，地下1層，地上32層，總建筑面積112 035.8 m2。其中地下1層為大底盤地下停車庫，層高3.8 m，地上分別為多塔高層住宅、多層別墅和幼兒園，高層住宅標準層層高3 m。由于室外地形和多塔間花園設置的要求，室外花園填土較厚，這就形成住宅部分室內外高差達1 m多（如圖1所示，圖中所示標高為結構標高）。該部分樓層樓面無法貫通，因此在結構設計時，這一高差形成錯層結構，給結構計算帶來難度。以下結合錯層定義和受力特點，通過加強處理，實現(xiàn)建筑有錯層而結構無錯層目標，有效提高建筑錯層處節(jié)點部分安全系數(shù)。

1 錯層結構的定義

錯層結構是指將同層樓面分成兩個或兩個以上的區(qū)段，并且將它們沿房屋高度方向錯動形成的結構。

錯層結構可以只在一層樓面錯層，也可以在多層或所有樓面錯層，由于其最大的特點是可以充分利用建筑空間，并能使其富有多樣性，因此，在設計中錯層設計逐步進入人們的視線。

圖2 錯層剖面圖

在實際工程中，錯層的情況可能多種多樣，變化無常，是不是樓面存在高差不連續(xù)的就定義為錯層結構呢？針對這個問題，《高規(guī)》對錯層做了詳細的闡述，對于某些建筑存在較小錯層的結構可定義為非錯層結構，結合相關資料可歸結為以下原則：

1）樓層標高相差不大于普通框架梁的截面高度。

2）錯層面積較少，不大于該樓層面積30%。

3）平面規(guī)則的剪力墻結構，且各錯層的樓層剪力能通過縱橫墻體直接傳遞。（此時整個結構剛心與質心更要力求重合）。

對于以上幾點原則，雖然從結構上可定義為非錯層結構，但在設計中，錯層部位仍需按《高規(guī)》規(guī)定采用抗震等級提高一級的加強措施。在此，筆者認為，在現(xiàn)行規(guī)范中，對于錯層準確定義還是比較模糊，所以設計中，建議設計人員事先與審圖機構達成共識，以免徒勞無功。

2 錯層結構受力特點

雖然錯層設計可以呈現(xiàn)出在使用功能及空間效果等方面的優(yōu)勢，但其給結構設計計算帶來復雜性不容忽視。與普通框架結構和普通框架—剪力墻結構相比，錯層結構受力特點主要表現(xiàn)在：

1）由于錯層，樓板被分割，樓面在自身平面內的剛度被削弱，樓面在自身平面內剛度視為無限大的假定不宜采用，在相同水平荷載或地震作用下，結構的變形比普通框架結構或普通框架—剪力墻結構變形大。

2）由于錯層，有可能使錯層處的框架柱或墻形成短柱和矮墻，在水平荷載和地震作用下，這些短柱和矮墻的延性差，容易發(fā)生破壞。

3）由于錯層，使得錯層處框架柱的梁柱節(jié)點應力集中，受力復雜，容易發(fā)生破壞。錯層柱沿高度方向反向彎曲的數(shù)量增多，受力更加復雜。

3 工程分析

圖3 錯層梁受力區(qū)

經過初步分析，本工程地下室頂板部分板面標高不一致，高差1.0 m，高差兩邊樓板錯開不連續(xù)，而塔樓部分各樓層標高相同，如圖1所示。結合以上錯層的基本概念可定義頂板處為錯層結構。由于錯層結構為平面不規(guī)則結構，相鄰樓板不能按照連續(xù)樓板計算，無限剛度假定不成立，輸入模型時，用一根大梁把錯開樓層進行連接，認為是一個整體的樓蓋，這樣計算出來結果發(fā)現(xiàn)，該大梁計算結果跟普通的框架梁計算結果沒多大的區(qū)別。根據(jù)錯層受力特點的復雜性，壓、彎、剪、扭等同時存在，梁板連接如同Z折板，板的彎矩等力傳遞給梁腹板，在梁上形成壓彎曲和拉彎曲，如圖3所示，相當于兩個單體建筑靠一根梁連接起來，兩個剛度較小、動力性能及動力反應不一致單體組合起來建筑，在地震力作用下互相拉扯，樓板與梁連接部位應力集中而形成破壞危險界面，也是該類建筑破壞的主要原因。因此可以斷定，以上計算模型定義不正確，實際結構與結構計算模型是不一致的，計算結果可能存在較大的誤差。結構計算模型與實際結構不一致可能潛藏著更大的危險。要比較完整計算出連接大梁的受力情況，目前計算軟件存在一定的局限性，就像要精確計算砌體結構中構造柱的內力大小極其困難一樣，因此，在結構設計中，筆者從結構錯層兩部分是否具有可靠的連接概念出發(fā)，通過加強處理，避免復雜的錯層內力計算。實現(xiàn)了“建筑有錯層處結構無錯層”。

4 加強處理

圖4 錯層梁加強處理

結合以上分析，該工程錯層主要是樓板的相互錯位，導致了錯層結構的樓面在平面內變形協(xié)調受到很大的削弱，在水平力作用下，不能始終一致地產生水平位移，不能保證協(xié)調傳力，在傳力途徑上容易出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，為了能夠克服本工程結構的上述不利的影響，設計中，在不影響建筑功能情況下（地下室層高只有3.8 m），采用錯層梁處加腋是比較合理的措施，如圖4所示，具體加強措施如下：

1）為保證可靠連接，錯層部分處，梁左右通長加腋。

2）加腋太大會占用較大的空間，且增加自重和浪費材料，太小則無法有效的傳力，所以加腋的斜度宜取1∶2，梁左右兩側與樓板能有足夠有效連接面積。

3）針對以上分析，錯層梁出現(xiàn)拉彎曲和壓彎曲，加腋部分采取鋼筋加強措施，梁通長拉結鋼筋為}12@180，分部鋼筋為}10@200，拉接鋼筋直接錨固進去板內，有效錨固不小于300 mm。

除以上措施外，為避免錯層梁板交界處出現(xiàn)裂縫，導致梁局部破壞，影響整體的受力，在錯層板交界處梁截面寬度加大為400 mm（大于交界處板厚250 mm），并且加強整體計算得到的箍筋和在梁腹板處設置2}14受彎鋼筋，錨入板內有效長度不小于500 mm。

2）在進行結構分析時，要概念明確，思路清晰，針對錯層結構的受力特點，充分考慮結構各構件的實際協(xié)同作用，設計時應結合實際受力情況，采用可靠的計算方法，提高結構安全系數(shù)。

3）在錯層結構設計中，考慮結構概念設計，合理的采用有效地構造措施（如梁加腋），可以很好地保證結構的安全性，確保收到良好的經濟效果。

5 結語

綜上所述，通過實例分析并結合設計原則，可得出以下結論：

1）錯層結構的高層建筑受力復雜，可在結構設計中往往容易被忽視，尤其是錯層程度較小情況下，在設計的角度來講應盡量避免這種情況出現(xiàn)。

[1]JGJ 3-2011，高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[2]沈蒲生.帶加強層與錯層高層結構設計與施工[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[3]徐建.建筑結構設計常見及疑難問題解析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[4]北京市建筑設計研究院.建筑結構專業(yè)技術措施[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

TU973

A

1673-1093（2015）07-0071-03

趙京江（1982），男，天津市人，畢業(yè)于河海大學，建筑結構設計工程師，研究方向：建筑結構設計。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.07.017

2015-03-18；

2015-03-29