建筑工程错层结构设计若干问题分析

毛赛兰

（天津市天友建筑设计股份有限公司 天津 300384）

引言

近年来，随着人们对居住环境的要求越来越高，建筑形式呈现出多样化的特点。而错层结构由于使用功能和空间效果良好，并且符合人们对建筑舒适度和空间利用的需求，越来越多的被应用于民用高层建筑之中。但是错层结构也存在着一些问题，严重影响建筑质量，比如与普通高层结构相比，高层建筑中的错层结构的抗震能力较差，并且错层结构的建筑受力情况复杂，这些都特别需要结构设计者高度的重视。

1 错层结构的定义与特点

1.1 错层结构的定义

错层结构通常是指由于建筑功能的需要，楼层结构不在同一高度，且上、下楼层楼面高差度超过一般梁截面高度的结构形式。但是在现实情况中，错层结构类型多，情况复杂，一些错层较小的结构可以不被看为是错层结构。错层结构一般有明显的规定要求。①楼层标高相差必须大于普通框架梁的截面高度。②错层面积要大于该层面积的30%。③平面规则的剪力墙结构因竖向刚度不规则，错层附近的竖向抗侧力结构受力复杂，形成较多的应力集中部位[1]。如果符合以上这几点要求，就属于错层结构。

1.2 错层结构的特点

错层结构有自身的特点，但是这些特点通常会导致很多结构设计问题，给设计者带来很多困扰。错层结构的特点一，结构不规则，水平剪力差。由于错层结构错层处楼板错层，导致楼板不连续，极大地削弱了楼板作用而形成平面不规则结构，楼层水平剪力也因此被削弱。特点二，应力集中部位多。由于错层结构不规则，所以薄弱层容易产生，同时错层部位竖向抗侧力构件刚度较大，受力复杂，导致应力集中部位多。还需注意的一点是，受现阶段计算机软件水平限制，目前还不能精确地计算，这对结构设计是一个很大的挑战。特点三，抗震能力差。错层结构属于竖向不规则结构，带错层的框架结构及框架-剪力墙结构，容易形成长短柱混合不规则体系，此外，剪力墙结构错层后，也很容易形成错洞或错洞叠合导致洞口布置不规则，这些都削弱错层结构抗震能力，降低了建筑结构的稳定性和安全性。

2 错层式住宅的利弊

2.1 在使用方面的利弊

错层式住宅主要是指一套房子尽管层高相同，但是不同的使用功能空间不处于同一平面，比如客厅、卧室、厨房、卫生间等所处的平面高度不同，建筑空间不处于同一层次上。这种设计充分利用并提高了室内空间利用率，扩大了建筑的使用功能，并巧妙的结合了建筑美学，让整个建筑更加美观、舒适。错层住宅比较适合年轻人居住，但不适用于老人和孩子居住，因为空间的错落会给他们带来很多不便。除此之外，这种错层式住宅比较适合面积大的建筑，如果面积小的建筑采取这种结构，就会出现成本高、经济适用性低的缺陷[2]。

2.2 在结构设计方面存在的问题

错层结构由于其自身所独有的特点，导致结构构件内力分布不均，结构受力情况复杂，这不仅给建筑结构设计带来了很多困扰，也对提升建筑的抗震能力提出了新的挑战。错层结构设计主要存在四大问题，分别是圈梁难以闭合、水平荷载难以抵抗、顶层温度变化大、墙体强度不同这四大问题。圈梁难以闭合是因为错层结构中不同使用功能空间不在同一平面，错层建筑的门窗洞口的高度不稳定，圈梁位置常常会遭遇洞口，所以闭合比较困难，楼梯间和外纵墙这些地方问题尤为突出[3]。

一般情况下，为了确保抗震效果，建筑整体布局都要遵循均匀对称的规则，尽可能的不要出现不规则或突变情况。抗震规范中也曾明确过这些要求，所以大多数建筑结构都遵循这一要求，目的就是为了提高建筑的稳定性和安全性。但是错层结构却是与这一要求相悖，错层结构的特点之一就是结构不规则，楼板错层并且不连续，当地震时错层部位会产生更大的剪切应力和弯曲应力，难以承载荷载力，易导致结构不稳，严重影响结构质量。在进行设计时，顶层温度的变化也是一大问题。顶层温差就大，温度如果发生较大的变化，温度应力的影响也会变大，容易对错层部位产生过多的弯曲应力和剪切应力，加大了结构构件承载力的负担，影响结构的安全性和稳定性。

3 错层结构的加强措施

3.1 提高错层剪力墙体抗震能力

设计人员可以从抗震等级的合理选取、楼板厚度适当加强、增加部分通长钢筋这三方面来提升错层剪力墙的抗震能力。在抗震等级选取这一块，设计人员可以对不同的部位选取不同的抗震等级。对于非错层部位框架梁，可以考虑选用三级地震等级，而对于错层处的框架梁的抗震等级则可以考虑采用二级。所以采取相关措施适当的增加错层处剪力墙的厚度，厚度要不低于地震二级的规定要求，可以适当加强纵筋和箍筋的配筋量[4]。对于其他非错层部位剪力墙的墙厚度，严格按照地震三级的要求操作，到达规定的厚度。这样可以在保证抗震效果的前提下，可以有效的节省一部分成本和资源浪费。

针对错层部位结构的楼板受力较复杂，且容易产生多个应力集中部位的情形，设计人员可以采用加强楼板厚度方式解决这一问题。设计人员才进行设计时，要结合实际情况，一般情况下一层楼板厚度嵌固端的厚度大约在180mm左右，其他各层楼板的厚度不低于120mm，并且错层范围内的楼板可以采用双层双向配筋的方法，增强结构的稳定性和可靠性。对于楼板问题的处理除了采用适当加厚处理外，还可以采用增加部分通长钢筋的方法解决，在确保操作符合要求和建筑结构安全的情况下，这种方法可以在最大程度上减少成本的投入。

3.2 设置贯通层，提升结构的稳定性

设计人员可以考虑采取设置一定量贯通层的方法来提升错层结构的稳定性，这种方式可行性比较高。设置贯通层的方式是指每隔若干错层楼层便设置一层不错层楼层，需要设计人员科学估算出每段之间的错层楼层数。这种方式可以有效地控制各部分变形，减小错层处的负荷。经过实验发现，设置贯通层的方法在改善结构的稳定性方面效果良好。设计人员在采取这种方式的时候，要重视对贯通层的设计，可以采取一些措施提升贯通层的性能，比如加大板厚，提高配筋率并设贯通钢筋等[4]。

3.3 改变楼板受力方向，提升结构安全性

普通建筑一般都是横墙承重，但是在错层结构建筑中这并不适用。一般为了提高错层结构的安全性和承载力，在设计中通常改变楼板的受力方向，将墙体两侧楼板的受力设计成一侧纵墙承重，一侧横墙承重。这样可以有效地减轻了墙体的承重压力，确保了结构构件承载力在可接受范围内。

4 结语

综上所述，错层结构建筑虽然很受欢迎，但是也存在着一定的问题，威胁着人们的居住安全。错层结构出现的时间不长及结构形式复杂，而且目前规范对此的规定并不十分详尽，这些因素都导致了建筑结构质量问题的产生。我们要认真分析结构设计中存在的问题，根据结构特点，并积极采取措施解决，保证结构设计的安全、合理，实现建筑物预期的功能。