浅谈高层住宅错层结构处理

赵京江

（广东鸿宇建筑与工程设计顾问有限公司，广东 东莞 523080）

浅谈高层住宅错层结构处理

赵京江

（广东鸿宇建筑与工程设计顾问有限公司，广东 东莞 523080）

随着生活质量的提高，人们开始重视其居住周边环境的建设，好多大底盘多塔商住建筑设计中，绿化规划不容忽视。为满足建筑多塔间设置花园的功能需求，错层的设置以其使用合理，争取最大有效净空等优点，越来越受到人们的青睐。然而，设置错层的高层建筑承载力性能较差，错层部位受力复杂，是一种抗震不利的结构形式。本文从高层住宅结构设计实践出发，介绍错层的概念和受力特点，结合该工程特点，最终通过有效构造处理措施，实现建筑有错层而结构无错层的设计目标。

建筑结构；错层；概念设计

0 引言

图1 错层平面布置图

本工程位于江门市新会区，设计与2013年9月，是一栋高层公寓，高96.75 m，地下1层，地上32层，总建筑面积112 035.8 m2。其中地下1层为大底盘地下停车库，层高3.8 m，地上分别为多塔高层住宅、多层别墅和幼儿园，高层住宅标准层层高3 m。由于室外地形和多塔间花园设置的要求，室外花园填土较厚，这就形成住宅部分室内外高差达1 m多（如图1所示，图中所示标高为结构标高）。该部分楼层楼面无法贯通，因此在结构设计时，这一高差形成错层结构，给结构计算带来难度。以下结合错层定义和受力特点，通过加强处理，实现建筑有错层而结构无错层目标，有效提高建筑错层处节点部分安全系数。

1 错层结构的定义

错层结构是指将同层楼面分成两个或两个以上的区段，并且将它们沿房屋高度方向错动形成的结构。

错层结构可以只在一层楼面错层，也可以在多层或所有楼面错层，由于其最大的特点是可以充分利用建筑空间，并能使其富有多样性，因此，在设计中错层设计逐步进入人们的视线。

图2 错层剖面图

在实际工程中，错层的情况可能多种多样，变化无常，是不是楼面存在高差不连续的就定义为错层结构呢？针对这个问题，《高规》对错层做了详细的阐述，对于某些建筑存在较小错层的结构可定义为非错层结构，结合相关资料可归结为以下原则：

1）楼层标高相差不大于普通框架梁的截面高度。

2）错层面积较少，不大于该楼层面积30%。

3）平面规则的剪力墙结构，且各错层的楼层剪力能通过纵横墙体直接传递。（此时整个结构刚心与质心更要力求重合）。

对于以上几点原则，虽然从结构上可定义为非错层结构，但在设计中，错层部位仍需按《高规》规定采用抗震等级提高一级的加强措施。在此，笔者认为，在现行规范中，对于错层准确定义还是比较模糊，所以设计中，建议设计人员事先与审图机构达成共识，以免徒劳无功。

2 错层结构受力特点

虽然错层设计可以呈现出在使用功能及空间效果等方面的优势，但其给结构设计计算带来复杂性不容忽视。与普通框架结构和普通框架—剪力墙结构相比，错层结构受力特点主要表现在：

1）由于错层，楼板被分割，楼面在自身平面内的刚度被削弱，楼面在自身平面内刚度视为无限大的假定不宜采用，在相同水平荷载或地震作用下，结构的变形比普通框架结构或普通框架—剪力墙结构变形大。

2）由于错层，有可能使错层处的框架柱或墙形成短柱和矮墙，在水平荷载和地震作用下，这些短柱和矮墙的延性差，容易发生破坏。

3）由于错层，使得错层处框架柱的梁柱节点应力集中，受力复杂，容易发生破坏。错层柱沿高度方向反向弯曲的数量增多，受力更加复杂。

3 工程分析

图3 错层梁受力区

经过初步分析，本工程地下室顶板部分板面标高不一致，高差1.0 m，高差两边楼板错开不连续，而塔楼部分各楼层标高相同，如图1所示。结合以上错层的基本概念可定义顶板处为错层结构。由于错层结构为平面不规则结构，相邻楼板不能按照连续楼板计算，无限刚度假定不成立，输入模型时，用一根大梁把错开楼层进行连接，认为是一个整体的楼盖，这样计算出来结果发现，该大梁计算结果跟普通的框架梁计算结果没多大的区别。根据错层受力特点的复杂性，压、弯、剪、扭等同时存在，梁板连接如同Z折板，板的弯矩等力传递给梁腹板，在梁上形成压弯曲和拉弯曲，如图3所示，相当于两个单体建筑靠一根梁连接起来，两个刚度较小、动力性能及动力反应不一致单体组合起来建筑，在地震力作用下互相拉扯，楼板与梁连接部位应力集中而形成破坏危险界面，也是该类建筑破坏的主要原因。因此可以断定，以上计算模型定义不正确，实际结构与结构计算模型是不一致的，计算结果可能存在较大的误差。结构计算模型与实际结构不一致可能潜藏着更大的危险。要比较完整计算出连接大梁的受力情况，目前计算软件存在一定的局限性，就像要精确计算砌体结构中构造柱的内力大小极其困难一样，因此，在结构设计中，笔者从结构错层两部分是否具有可靠的连接概念出发，通过加强处理，避免复杂的错层内力计算。实现了“建筑有错层处结构无错层”。

4 加强处理

图4 错层梁加强处理

结合以上分析，该工程错层主要是楼板的相互错位，导致了错层结构的楼面在平面内变形协调受到很大的削弱，在水平力作用下，不能始终一致地产生水平位移，不能保证协调传力，在传力途径上容易出现薄弱环节，为了能够克服本工程结构的上述不利的影响，设计中，在不影响建筑功能情况下（地下室层高只有3.8 m），采用错层梁处加腋是比较合理的措施，如图4所示，具体加强措施如下：

1）为保证可靠连接，错层部分处，梁左右通长加腋。

2）加腋太大会占用较大的空间，且增加自重和浪费材料，太小则无法有效的传力，所以加腋的斜度宜取1∶2，梁左右两侧与楼板能有足够有效连接面积。

3）针对以上分析，错层梁出现拉弯曲和压弯曲，加腋部分采取钢筋加强措施，梁通长拉结钢筋为}12@180，分部钢筋为}10@200，拉接钢筋直接锚固进去板内，有效锚固不小于300 mm。

除以上措施外，为避免错层梁板交界处出现裂缝，导致梁局部破坏，影响整体的受力，在错层板交界处梁截面宽度加大为400 mm（大于交界处板厚250 mm），并且加强整体计算得到的箍筋和在梁腹板处设置2}14受弯钢筋，锚入板内有效长度不小于500 mm。

2）在进行结构分析时，要概念明确，思路清晰，针对错层结构的受力特点，充分考虑结构各构件的实际协同作用，设计时应结合实际受力情况，采用可靠的计算方法，提高结构安全系数。

3）在错层结构设计中，考虑结构概念设计，合理的采用有效地构造措施（如梁加腋），可以很好地保证结构的安全性，确保收到良好的经济效果。

5 结语

综上所述，通过实例分析并结合设计原则，可得出以下结论：

1）错层结构的高层建筑受力复杂，可在结构设计中往往容易被忽视，尤其是错层程度较小情况下，在设计的角度来讲应尽量避免这种情况出现。

[1]JGJ 3-2011，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]沈蒲生.带加强层与错层高层结构设计与施工[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]徐建.建筑结构设计常见及疑难问题解析[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[4]北京市建筑设计研究院.建筑结构专业技术措施[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

TU973

A

1673-1093（2015）07-0071-03

赵京江（1982），男，天津市人，毕业于河海大学，建筑结构设计工程师，研究方向：建筑结构设计。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.07.017

2015-03-18；

2015-03-29