建筑工程错层结构设计分析

邢万宝 山西国控环球工程有限公司

1 引言

当今时代，随着我国建筑行业的飞速发展，一方面建筑工程的数量越来越多及其规模越来越大，另一方面出现了越来越多的新型建筑结构形式，错层结构就是其中之一。错层结构多用于高层建筑当中，它不但可以大大提升建筑的使用性和空间性，并且还能够更好的满足人们对居住的多样化需求。但与此同时，错层结构的设计难度和设计要求也更高，必须要严格把握好相关设计要点，才能够保证设计方案的科学性与合理性。现阶段在我国的建筑工程错层结构设计中尚存在着一些问题，本文主要介绍了错层结构的特点并对相关问题进行了分析，同时提出了几条可行的建议，仅作抛砖引玉之用。

2 建筑工程错层结构简介

2.1 错层结构的概念

错层结构是现代高层建筑中的一种常用结构形式，简单来说，它是指楼层结构非处于同一高度且上、下两层之间的楼面高差度大于普通梁截面高度、错层面积大于该层面积的30%的结构形式。从理论上来说，在现实中常见的一些错层较小的结构并不属于错层结构的范畴，所以应注意不要混淆。

2.2 错层结构的优点和缺点

错层结构具有着一些突出的优点，同时也存在着一些缺点，但总体来说其优点胜于缺点，瑕不掩瑜，所以在现代建筑工程中得到了十分广泛的应用。具体来说，首先在错层结构的优点方面，主要表现在以下几点：第一，通过错层结构设计能够对建筑室内空间进行更加充分的开发和利用；第二，通过错层结构设计有助于不断扩大建筑结构的性能，以提高建筑的实用性；第三，通过错层结构设计可以提高建筑外表的美观性。而在错层结构的缺点方面，则主要表现在以下几点：第一，由于楼板错层所致的楼板不连续情况会大大削弱楼板的作用，所以错层结构具有结构不规则且水平剪力差的特点；第二，由于结构不规则所致的薄弱层较多，且错层部位竖向抗侧力结构受力复杂、刚度较大，所以错层结构具有应力集中部位多的特点；第三，由于结构竖向不规则所致的长短柱混合不规则或洞口布置不规则情况较多，所以错层结构具有抗震性较差的特点。

3 目前在建筑工程错层结构设计中存在的主要问题分析

3.1 圈梁难以闭合

由于在建筑工程错层结构设计中，不同的功能空间并非处于同一个平面，同时错层的门窗洞口存在着高度不稳定的问题，因此很容易在圈梁位置上遇到洞口，尤其是在楼梯间和外纵墙等地方，这种情况更为常见。而一旦在圈梁位置上遇到洞口，圈梁闭合就会变得比较困难，从而影响到工程质量。

3.2 水平荷载难以抵抗

在建筑工程错层结构设计中经常会出现水平荷载难以抵抗的问题，这是因为错层结构的楼板错层且不连续，在其设计过程中无法像普通建筑结构一般通过均匀对称的布局来保证建筑的稳定性和安全性，甚至于错层结构本身与建筑的抗震设计规则是相悖的，所以一旦发生地震，其错层部位所形成的剪切应力和弯曲应力往往会更大，最终导致水平荷载难以抵抗。

3.3 顶层温度变化大

顶层温度变化大指的是在建筑工程错层结构的顶层部分往往存在着较大的温差，这种情况容易导致在昼夜温差较大的天气情况下时严重影响到温度的应力，进而造成错层部位所形成的剪切应力和弯曲应力加大，相应的结构承载力的负担也会加大，最终给结构的稳定性带来十分不利的影响。

4 提高建筑工程错层结构设计的科学性与合理性的策略

4.1 增加错层处剪力墙的厚度，提升结构的抗震性

抗震性能的好坏直接关系着建筑工程质量安全的高低，所以在建筑工程错层结构设计过程中，必须要想方设法提升结构的抗震性。为了提升错层结构的抗震性，一方面要合理的确定抗震等级，另一方面还要适当的增加错层处剪力墙的厚度。具体来说，首先在抗震等级的选择方面，可以根据不同部位的实际情况选择不同的抗震等级，一般情况下，如果是针对非错层部位的框架梁，选择三级抗震等级即可；而如果是针对错层处的框架梁，则需要选择二级抗震等级。因此，错层处剪力墙的厚度也不能低于二级抗震等级的相关规定要求，必须要对其进行适当的增厚，同时还要适当的加强纵筋和箍筋的配筋量，以使之满足相关要求。如此一来，就能够使错层结构的建筑工程既具备足够的抗震能力，又节省资源和成本，一举两得。

4.2 增加错层处楼板的厚度，提升结构的可靠性

在建筑工程错层结构的设计过程中，由于错层结构的楼板往往存在着受力较复杂的问题，非常容易形成多个应力集中部位，所以为了解决这一问题，切实保障结构质量和安全，应当要适当的增加错层处楼板的厚度。具体来说，在实际设计过程中一般应将一层楼板的嵌固端的厚度控制在180mm左右，而其他各层楼板的厚度则控制在至少120mm。同时，针对错层范围内的楼板，还可以结合实际情况选择双层双向配筋的形式，这样可以进一步提升结构的可靠性。此外，通过适当的增加部分通长钢筋，也可以在一定程度上改善楼板受力复杂的问题，以提升结构的可靠性。

4.3 设置贯通层，提升结构的稳定性

无论是在任何建筑结构的设计中，都应当要保证结构的稳定性，错层结构也不例外。在建筑工程错层结构的设计中，最常用的一种提升结构稳定性的可行方式就是通过设置一定量的贯通层来提升结构的稳定性。简单来说，贯通层的设置方式是：每隔几层错层楼层即设置一层非错层楼层。换言之就是说，在错层楼层之间规律的穿插上非错层楼层，从而有效减小错层处的负荷及控制各部分的变形。需要注意的是，错层楼层数并非随意确定的，而应当在设计时先对每段之间的错层楼层数进行科学分析和估算，然后再根据估算结果进行合理的确定。另外，在设计过程中还需要结合实际情况适当的加大板厚及提高配筋率，或是设置贯通钢筋，从而进一步提升贯通层的性能。实践发现，在某建筑工程错层结构中设置了贯通层之后，该建筑工程的结构稳定性得到了大大增强。

4.4 改变楼板受力方向，提升结构的安全性

建筑结构的安全性直接关系着人民的生命财产安全，而为了提升建筑工程错层结构的安全性，在其设计过程中可以根据实际情况对楼板受力方向进行一定的改变。通常的做法是将墙体两侧楼板设计成一侧纵墙承重、一侧横墙承重的受力方式，这样一来就能够大大减轻墙体的承重压力，使错层结构具备足够的承载力。

5 结语

综上所述，虽然建筑工程错层结构存在着很明显的优势之处，例如其可以更好的提升建筑的使用性和空间性，并满足现代人对居住的多样化需求，但同时其缺点也很明显，尤其是抗震性较差及受力情况复杂。所以，在建筑工程错层结构的设计过程中，必须要先深入分析存在的问题，再根据实际情况找出有效的解决方案，严格把握好相关设计要点，以切实保障设计方案的科学性与合理性，进而保障工程质量与安全。