建筑错层结构受力要点分析

刘宙友

浙江凤山建设工程有限公司

摘要：随着土木工程产业的高速发展，高层建筑的发展也是突飞猛进，不但在建筑高度上每年都有较大的突破，而且在结构形式上也越来越多样化，由最初的建筑高度的发展到如今的建筑布局的改变，错层结构就是其中一种。但是接踵而来的是，错层结构存在薄弱部位，对抗震不利。本文总结实际工程和文献资料，介绍了错层结构分类，受力机理，危害和结构抗震措施。

关键词：错层结构；受力分析；抗震性能

一、前言

错层结构因其可以满足特殊功能，造型新颖，视觉上可观性更强等特点，在现在工程中越来越多。这样的建筑外观上具有层次感，内部空间富于变化，也深受建筑师和业主的喜爱。与一般结构相比，错层结构的楼板、梁等构件在竖向上是错开的，这种不规则性，会影响结构构件的受力机制。因此对错层结构的分析与探讨具有一定现实的指导意义。

二、错层结构的分类与特点

1、错层结构的分类

《高层建筑混凝土结构技术规程》中对错层结构有详细的说明。建筑上设计错层都是为了某些功能需要或是在空间造型上富于变化，例如顶层会议室或者水箱间。通常楼板标高设置不同高度以满足设备、人员的使用需求。从一般意义上来说，错层结构可简单归纳为下列三类：包含型、交叉型和混合型。

（1）包含型错层结构：建筑错层部位相邻两层的竖向构件呈包含关系，即常说的错层柱结构形式，多用于民用建筑的门厅和设备房等部位。

（2）交叉型错层结构：建筑错层部位相邻两层的竖向构件呈交叉关系，即错层梁共用柱结构形式，多用于民用建筑的会议室、教室、展厅等大空间房间和工业建筑等。

（3）混合型错层结构：即同时含有包含型错层和交叉型错层的结构。该错层结构多运用于工业建筑。

针对上述3种错层结构，其对结构抗震性能的影响主要体现在以下几个方面

（1）对于包含型错层结构，由于结构竖向刚度发生突变，因此在地震作用发生时，地震力在竖向构件之间分配不均匀，使得各楼层总地震作用沿建筑全高分配失去连续性，从而影响了结构整体的抗震性能。

（2）对于交叉型错层结构，由于结构平面刚度不重叠，因此在地震作用发生时，楼层之间产生局部扭矩，进而影响整个结构的抗震性能；且其共用构件多为短构件，容易发生脆性破坏，成为相对薄弱构件。

（3）对于混合型错层结构，结构中存在较长错层柱，当地震作用发生时，地震作用除在竖向构件之间分配不均匀外，同层构件内力也会有很大差别，从而使结构各构件间的可靠度出现较大差别。

2、错层结构的受力特点与危害

错层结构的复杂传力机制是此类结构的致命缺点，之所以定义为复杂结构主要是因为以下几个特点：

（1）错层结构属于竖向布置不规则结构，错层部位的竖向抗侧力构件常常会因计算高度的不同而引起刚度突变，对剪力墙结构来说，错层后易形成错洞剪力墙，使洞口布置不规则，对结构抗震性能是不利的；对框架结构来说，错层后易形成长短柱，短柱的延性差，易发生脆性破坏，更加不利。

（2）错层结构的楼板相互错置不连贯，极易使错层处抗侧力构件产生较大的内力和变形，削弱结构整体受力的能力。由于楼板在空间上分开，依靠楼板协调整个结构变形的能力也随之下降。在工程实际中，往往采用某种构造措施来加强错层部位的整体性能，但这也只能在一定程度上得到改善。

（3）错层部位的竖向抗侧力构件受力复杂，有很明显的应力集中现象，因此在地震作用下非常容易遭到破坏。并且由于现行的计算分析软件的局限性，对其进行准确的计算比较复杂，一般按照结构概念进行抗震构造措施进行加强。

错层结构相比较于一般结构，其正常高度的柱或者墙被楼板和梁错开，形成比较短的构件，短构件会增大结构抗侧力构件的抗侧刚度。由于楼板在空间上分置，依靠楼板协调整个结构变形的能力也随之下降了。地震发生时，错层部位会比其他部位吸收更大的地震力，也会过早的发生破坏。因此错层结构主要危害在于结构中出现短构件问题，如何让错层结构的内部构件耗能更加合理，是错层结构受力研究的重点之一。

三、错层结构常用抗震措施

（1）框架剪力墙错层结构。在框架剪力墙错层结构中，剪力墙结构刚度大，合理布置剪力墙可以在一定程度上分担结构所受的水平力，改善错层结构受力性能。

（2）梁加腋措施。错层结构可以采取梁侧加腋的方式改善梁柱节点的受力性能，相当于将它们连接成一个构件。这种方法一般只能作为构造处理，很难准确计算出错层处的构件内力，且当错层高差较大时，这种构造措施并不适用。

（3）复合箍筋短柱。错层结构的短柱必须注重柱的剪切破坏。采用复合箍筋可以加强对柱混凝土的约束作用，有效地提高柱的延性和抗剪能力，以满足水平力和地震作用下对短柱抗剪力的性能要求。

（4）使用高强混凝土。在一定范围内，提高混凝土强度等级，可以改善柱的抗剪强度，减小错层处产生破坏的概率。

（5）加支撑的错层框架结构。加设支撑可以让结构形成双抗侧力体系。在水平荷载作用下，斜撑的轴力分担了水平地震力，与梁、柱共同作用，改善错层框架的整体受力体系。

目前针对错层结构的设计，常用的错层结构抗震措施主要是加强错层部位。除了上述的5种措施以外，还有许多其他措施需要更深入细致的研究。比如错层部位采用钢纤维混凝土；采用碳纤维布加固混凝土短柱改善抗震性能；采用钢-混凝土组合结构构件等。另外在条件允许的情况下，应该尽量减少结构中错层的楼层数和跨数。

四、结论

综上所述，错层结构对结构抗震性能是不利的，实际工程中应该尽量避免错层结构。因使用功能，建筑造型等因素无法避免时，应该综合分析错层处的具体情况，选取合适的处理办法和加强措施，做到安全、经济、实用、美观。

参考文献

[1]JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》[S]

[2]徐张伟.多高层错层结构受力性能研究[D].安徽建筑大学，2017.