浅析现代建筑错层结构的抗震设计及其设计要求

道日娜

身份证号：152222198902084320

浅析现代建筑错层结构的抗震设计及其设计要求

道日娜

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现代建筑错层结构由于受力复杂，抗震性能较差，一旦确定为错层结构，应该尽量减少错层的范围及楼层数，并且错层的两侧尽量采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系，选择抗震性能好的剪力墙结构，采用较规则的平面布置体系。基于此，本文简述了现代建筑错层结构的主要特征，对现代建筑错层结构的抗震设计及其设计要求进行了探讨分析。

现代建筑错层结构；特征；抗震设计；设计要求

现代建筑室内空间为了满足不同功能的需要，通常会应用错层结构。现代建筑错层结构设计水平的高低直接关系到现代建筑的稳定性，因此必须加强对现代建筑错层结构设计进行分析。

一、现代建筑错层结构的主要特征

现代建筑错层结构在《高规》中除对错层部位进行详细规定外，尚对错层结构的最大适用高度加以控制。但在实际工程中错层类型多，情况复杂，某些错层较小的结构可不视为错层结构。虽规范无明确说法，根据相关资料可按以下原则把握。(1)错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，不大于该层面积的30% 。(3)平面规则的剪力墙结构， 当纵横墙体能直接传递各错层楼面的楼层剪力(此时整个结构更要力求刚心质心尽量重合)。以上几种楼板错层不属于错层结构，最大适用高度可以不受《高规》10.l.3的限制，但错层部位仍应按规范采取加强措施。

现代建筑错层结构的特征主要表现为：(1)错层结构属于坚向布置不规则结构，在错层部位竖向抗侧力构件因计算高度不同而引起刚度突变；剪力墙结构错层后因建筑使用功能原因易形成错洞或叠合错洞剪力墙使洞口布置不规则。(2)由于楼板错层，相当于错层楼板开大洞，楼板会受到较大的削弱而形成平面不规则结构。(3)错层附近竖向抗侧力构件受力复杂，易形成许多应力集中部位，且限于目前计算软件的能力尚无法进行精准计算，应根据结构概念进行构造加强。

二、现代建筑错层结构的抗震设计分析

1、结合错层结构的规定，在抗震设计时，错开的楼层不应归并为一个刚性楼板，计算分析模型应能反映错层影响。也就是说，在结构整体计算时，对于有错层的结构平面，不能单一的按照刚性楼板假定计算，应考虑在平面内楼板刚度削弱的影响，因此在结构整体计算时，建议采用能够反映楼板真实刚度的计算理论与模型，楼板类型定义建议采用“膜”假定，采用“弹性膜”或者“膜”假定，能够准确分析出结构每层每根构件的空间状态，准确的发现结构应力的突变位置与薄弱环节。

2、抗震计算时应考虑双向地震作用，同时宜相应增加振型数，以保证结构有效质量系数大于0.9。同时，应按照实际高度合理的选取墙、柱的计算高度，错层结构层高不一致，使有关楼层间的控制参数，如层间位移比，层间刚度比，层间受剪承载力比等计算失真，因此不宜机械地直接采用这些数值，而应加以分析判断和手工校核调整，确定其是否合理。

3、错层结构设计在计算模型的选取上，如采用振型分解反应谱法进行地震分析计算时，优先选择总刚模型，总刚模型是假定每层楼板上有构件相连接的节点的自由度有两个水平平动自由度，弹性板可以影响到此约束，相关的，也可以不与楼板连接，这样就能够相对真实的反映错层结构。

4、错层结构设计的计算分析相对比较复杂，除了用SATWE等软件进行常遇地震下的弹性计算以外，还应采用EPDA等其他结构计算程序进行弹塑性动力时程分析和弹塑性静力分析，这样对比不同程序计算结果，更能清晰的发现结构计算中的相关问题。

5、错层结构设计中采用计算软件分析节点位移时，虽然在错层位置定义了弹性板，但是构件被认为增加弹性节点而分段，直接影响了计算高度与长度，所以说层间位移比的分析结果与实际是不相符的，错层无楼板的竖向构件的层间计算刚度也比有楼板的竖向构件小，因此，在设计计算与分析时应根据实际情况进行手算校核，已达到一个比较贴近实际的计算结果。

6、由于错层结构中出现的矮墙与短柱，现有计算分析软件很难达到自动识别并判定短柱与矮墙的功能，这些构件又极易在地震中发生脆性破坏，这就需要设计人员在设计过程中主动去判断哪些构件为矮墙与短柱，并采取严格的构造加强措施。

三、现代建筑错层结构的设计要求分析

由于现代建筑错层结构中错层部位抗侧力构件两侧楼板的标高差别较大，导致部分竖向构件承担较多的地震作用，形成在抗震计算中相对薄弱的的受力构件。因此笔者认为现代建筑错层结构设计过程中需要满足以下要求：(1)现代建筑错层结构设计时的竖向构件在错层部位需要按照底部的要求增大剪力设计值。(2)严格控制错层部位的矮墙与短柱的轴压比，加强其竖向构件的承载力与延性，同时，在结构设计时，对楼梯电梯井等计算高度较高的墙、柱以及现代建筑端部墙柱等竖向构件采取适当增加截面的措施，错层部位的框架柱截面不应小于600mm，混凝土等级不应低于C30，箍筋应全柱段加密。同时抗震等级应按规范规定提高一级。错层部位的剪力墙应设置与之垂直的墙肢或者扶壁柱；抗震设计时，其抗震等级应提高一级采用。(3)现代建筑错层结构的应力集中部位主要发生在错层部位的墙体、柱等竖向构件和与其连接的楼板处，其值比正常恒载及活荷载的计算增大很多，所以在考虑地震力和风荷载的荷载组合时，该部位是结构中的薄弱环节。所以，错层处的楼板应该适当加厚，并且应配置双层双向钢筋网及提高楼板的配筋率。同时，应考虑存在错层处的整层楼板适当加强，增加楼板厚度与配筋率。这样可以更能实现增强各抗侧力构件之间联系，对结构整体抗震性能的提高有着非常大的帮助。

结束语

综上所述，随着城镇化建设的快速推进，使得现代建筑错层结构工程建设日益增多，但是错层结构由于楼板不连续，会引起构件内力分配及地震作用沿层高分布的复杂化，还容易形成不利于抗震的短柱和矮墙，因此需要加强对现代建筑错层结构的设计要点及其设计要求进行分析。

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

[2]倪志军.浅谈高层建筑错层结构设计[J].建筑工程技术与设计，2014(14)

[3]吕玉国.建筑错层结构设计的注意事项与抗震措施[J].环球人文地理，2016(08)