建筑工程錯層結構設計若干問題分析

毛賽蘭

（天津市天友建筑設計股份有限公司 天津 300384）

引言

近年來，隨著人們對居住環境的要求越來越高，建筑形式呈現出多樣化的特點。而錯層結構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，越來越多的被應用于民用高層建筑之中。但是錯層結構也存在著一些問題，嚴重影響建筑質量，比如與普通高層結構相比，高層建筑中的錯層結構的抗震能力較差，并且錯層結構的建筑受力情況復雜，這些都特別需要結構設計者高度的重視。

1 錯層結構的定義與特點

1.1 錯層結構的定義

錯層結構通常是指由于建筑功能的需要，樓層結構不在同一高度，且上、下樓層樓面高差度超過一般梁截面高度的結構形式。但是在現實情況中，錯層結構類型多，情況復雜，一些錯層較小的結構可以不被看為是錯層結構。錯層結構一般有明顯的規定要求。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平面規則的剪力墻結構因豎向剛度不規則，錯層附近的豎向抗側力結構受力復雜，形成較多的應力集中部位[1]。如果符合以上這幾點要求，就屬于錯層結構。

1.2 錯層結構的特點

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

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。這種設計充分利用并提高了室內空間利用率，擴大了建筑的使用功能，并巧妙的結合了建筑美學，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構，就會出現成本高、經濟適用性低的缺陷[2]。

2.2 在結構設計方面存在的問題

錯層結構由于其自身所獨有的特點，導致結構構件內力分布不均，結構受力情況復雜，這不僅給建筑結構設計帶來了很多困擾，也對提升建筑的抗震能力提出了新的挑戰。錯層結構設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構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對稱的規則，盡可能的不要出現不規則或突變情況。抗震規范中也曾明確過這些要求，所以大多數建筑結構都遵循這一要求，目的就是為了提高建筑的穩定性和安全性。但是錯層結構卻是與這一要求相悖，錯層結構的特點之一就是結構不規則，樓板錯層并且不連續，當地震時錯層部位會產生更大的剪切應力和彎曲應力，難以承載荷載力，易導致結構不穩，嚴重影響結構質量。在進行設計時，頂層溫度的變化也是一大問題。頂層溫差就大，溫度如果發生較大的變化，溫度應力的影響也會變大，容易對錯層部位產生過多的彎曲應力和剪切應力，加大了結構構件承載力的負擔，影響結構的安全性和穩定性。

3 錯層結構的加強措施

3.1 提高錯層剪力墻體抗震能力

設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。所以采取相關措施適當的增加錯層處剪力墻的厚度，厚度要不低于地震二級的規定要求，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，可以有效的節省一部分成本和資源浪費。

針對錯層部位結構的樓板受力較復雜，且容易產生多個應力集中部位的情形，設計人員可以采用加強樓板厚度方式解決這一問題。設計人員才進行設計時，要結合實際情況，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，并且錯層范圍內的樓板可以采用雙層雙向配筋的方法，增強結構的穩定性和可靠性。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構安全的情況下，這種方法可以在最大程度上減少成本的投入。

3.2 設置貫通層，提升結構的穩定性

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

3.3 改變樓板受力方向，提升結構安全性

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

4 結語

綜上所述，錯層結構建筑雖然很受歡迎，但是也存在著一定的問題，威脅著人們的居住安全。錯層結構出現的時間不長及結構形式復雜，而且目前規范對此的規定并不十分詳盡，這些因素都導致了建筑結構質量問題的產生。我們要認真分析結構設計中存在的問題，根據結構特點，并積極采取措施解決，保證結構設計的安全、合理，實現建筑物預期的功能。