建筑工程错层结构设计相关问题思考

近年来，在部分建筑中,开始广泛应用错层结构。错层结构属于一种具有复杂性的结构，其平面和竖向均不规则分布。因为错层结构属于建筑方案中不规则的结构形式，每层楼板由于标高不同、板楼、平面不规则，竖向的构建高度差距相差较大，所以需要设计者充分结合当前建筑工程中错层结构设计中存在的问题，在设计原则和一般设计程序的基础上，解决错层结构设计中存在的问题，以此提升建筑工程质量。

1.建筑工程错层结构的定义与特点

1.1 错层结构的定义

建筑工程的错层结构指代的是楼层结构不在同一高度，且房间的上层楼面和下层楼面高度与常规的截面高度有所区别。当前部分建筑设计中普遍运用侧层结构进行建筑设计，原因在于能够广泛应用空间，满足居住者多样化的需求。但从错层结构的立场来说，关于错层结构的设计使楼层的标高相差要比一般的常规结构高，其次是一般的错层结构不能小于该层面积的30%。

1.2 错层结构的特点

错层结构本身具有不规则的特征，从当前的发展来看，很多错层结构在设计环节存在着错层楼板不连续、楼板结构下会形成楼板受力减小的问题，除此之外，错层结构的不规则对于楼板本身的水平承载力也会存在影响。针对错层结构，一定要对设计的数量和错层部分竖向的抗侧力构件刚度进行调研，很多错层结构的应力集中于建筑的受力部分，缺少相应的抗震性，很容易演变成钢筋混凝土的短柱体系。因此设计者需要充分考虑到错层结构的构造问题，改善构件的承载能力和延性[1]。

2.建筑工程错层结构设计中存在的问题

错层式结构的建筑虽层高一样，但具有更广阔的使用空间。而且通过对于建筑的错层结构的设计，能够将空间利用率加以提升，扩宽建筑本身的功能，同时还能够基于建筑美学的基础上提升建筑的美感。因此，从一定程度上来说错层式结构住宅深受年轻人的喜爱，当前很多建筑建设时都普遍运用错层式结构来满足实际生活和工作的需求。但错层结构设计过程中，由于水平荷载力无法抵抗、圈梁无法闭合、墙体强度不同、计算不到位等多种原因的影响，导致结构设计中存在部分问题需要解决。

2.1 计算方面的问题

2.1.1 承载能力计算

建筑工程的错层结构设计过程中，首先需要进行模型的建立建模，计算时要错开楼层，按照相应的结构进行整体计算。当一定建筑空间层的设计中将一层变为两层时，会使得建筑本身的荷载力折减，如果折减过多就会导致整个楼层不安全。其次，楼板刚性假定由于错层，楼板都相当于开大洞，楼板的刚性假定不能成立。在弹性楼板计算时，需要结合实际情况进行计算。错层结构设计时错层处柱子确实是真实的两个柱子，但计算长度变小了，内力值就变小了，在实际钢筋配筋的时候需要结合柱子具体的长度进行计算[2]。

2.1.2 周期及位移比的计算

一般程度下错层结构设计规范中，对于位移比的定义为最大位移与平均位移的比值，在一定条例中显示建筑错层结构整个楼板。错层结构设计中需要结合一定周期进行位移比的计算，通常情况下会结合实际情况对于刚性楼板进行假定。虽然实际情况不同，但大体的趋势还是一致的，不至于是刚性楼板变成弹性楼板。设计者在设计时需要充分考虑到错层结构的不确定性和复杂性，通过计算软件和验算，找到结构中存在的薄弱之处。

2.1.3 错层对结构抗震能力存在的影响

错层结构的楼板是不连续的，在没有楼板的区域会存在错层结构和不受桥梁控制的自由点。因此在设计过程中需要充分考虑到各层楼板的不均匀、不对称和刚性位置严重偏移等情况。譬如在楼层结构设计过程中，部分设计者由于对于楼层概念模糊对于2 层的结构框架，建模计算的时候，人为地变成了3 层。

2.2 构造方面的问题分析

错层结构的构造在建筑的抗震规范中虽没有进行明确的规定，但设计者需要充分结合错层结构，抗震性较差这一特点。基于错层结构设计的原则，依据错层结构设计的特点，使建筑本身的设计符合建筑抗震规范。由于错层框架本身的抗震性能相较于平面剪力墙较差，平面剪力墙比不规则错层剪力墙结构性能较好。所以在错层结构设计时，需要尽量地结合平面规则的结构，要将错层结构设计的抗震性能要与平面结构相一致。

2.3 缺少对于温度变化的考量

很多设计者在错层结构设计时，没有结合具体室内外环境的变化进行温度变化的考量，在促成结构设计中，设计者需要将目光放在顶层温度的变化上。如果顶层温度温差变化较大，就会导致温度应力受到干扰，会对于原本错层部位所形成相匹敌的弯曲应力和剪切应力造成影响，甚至对于错层结构本身的可靠性造成影响。

3.建筑工程错层结构的加强措施

3.1 以“抗”为主技术应用

建筑工程错层结构的设计者在设计时要充分考虑到建筑工程组成结构的刚度和强度，并在此基础上解决建筑结构实际设计中存在的计算问题。譬如某工程总面积建筑39 万m2，共建筑6 栋属于错层结构，设计人员需要基于抗震设计的需求，将错层结构等级提升。

在位移比计算的时候，要充分考虑到错层结构的复杂性，采用两种及两种以上的计算软件进行验算，找到建筑结构的薄弱之处。对于层高不一致所影响的岩性较差的矮柱和矮墙，也要进行精密的计算。由于错层结构本身的楼板布置不均匀、不对称，所以在计算的过程中要充分考虑到楼板洞口所切成的狭长板带。运用SATWE 等方式选择总纲分析法，基于楼板区域存在的大量卧层竖向构件和不受约束的自由点进行计算。

尤其是对于错层的位移比、刚度比、承载比进行计算，避免存在计算失真等问题。需要借助SATWE 等软件对于跃层柱的长度进行精密计算，配层设计人员须得对各段的配筋中最大值进行计算。同时要充分考虑到建筑各部分层数和结构位置以及高度的不同，要明确具体的计算标准。如上述案例中的6 栋建筑共有28 层，其中9层设计了避难所，17层设计的设备层。因此9 层的层高要控制在6m 范围之内，设计者需要结合具体的设计标准，确定错层的顶部高度要保持在33.95m 范围内。顶层要占据屋面总高度的29.8%，在设计的过程中要综合考虑到标准层框架以及核心筒跨距的参数，结合具体的边柱和边长，选择合适的C60 混凝土。同时对于内墙的参数要不断减少，从300mm 减少值200mm，要结合相关调查明确楼板的厚度参数，应从120mm 结合具体标准更改设计为140mm。

3.2 明确上下楼板高差设计

设计者在设计时对于上下楼板的设计高差需要进行详细的计算，要结合具体的错层结构框架对于短柱的特征进行比较。在上下层设计环节，设计者需要依据具体的设计目标，在充分保证楼层的水平荷载分析基础上，采取技术手段做好错层位置的扭转效应研究工作。一般来说，在设计过程中可以灵活运用大跨度结构方式，结合相关梁抗扭问题，加强对于设计的管理。

3.3 错层结构的抗震措施

错层结构在抗震方式上需要结合具体的建筑情况，底部错层的框架柱轴压比限制，要保持在合理范围内。同时要注重错层所导致的穿层柱增加会在无形当中致使相关楼层地震剪力扩宽，要不断强化错层位置的框架柱抗震的荷载力。设计者可以使用Pushovera 软件，在一定地震作用下，对于错层结构进行详细的分析，并通过静力弹塑性推覆的研究。结合建筑本身的结构需求，按照一定的标准对于楼板的正应力进行详细的计算。科学地处理错层位置的两侧板厚度，要将厚度尽量提升在140mm，并强化边缘构件的配筋。

3.4 建筑工程错层结构问题的解决

设计者在设计时要针对地梁设计不合理问题进行研究，处理时要谨慎，因为地梁是建筑的基础，所以在设计中要有效解决地面不均匀沉降的问题。要将地梁作为空架梁，通过数据计算,在忽略梁弯矩的情况下将其剪力传给框架柱，解决地梁问题；针对设计中存在的两端变形问题，设计者需要对于错层处柱箍筋加密，梁箍筋及纵筋需考虑扭转加大；楼面刚性设计过程中。设计者要结合错层结构的配筋构造的科学性，针对一些无法完全满足刚性楼面的结构，采取斜向配筋、双层配筋、增加梁系梁板等方式来弥补计算的误差，提升结构的刚性。

由于错层结构构建复杂，设计者需要结合具体情况及依据《高规》的具体设计规范进行设计，错层处柱的纵筋不能小于1.5%，体积配箍率不能小于1.5%。对于剪力墙设计时要充分考虑到竖向构件受力的复杂性，针对具体的框架结构进行详细计算，可以建立单独的模型，依据错层结构平面内受剪力墙来求平面外受力，针对具体的计算建立模型。

4.结束语

综上所述，当前大量建筑中存在错层结构，需要设计者在设计时，从计算和构造等角度考虑，努力把错层结构设计的不利影响降到最低。本文从错层结构设计计算、结构、抗震性差等问题进行分析，以此提升建筑结构的设计质量，解决设计中存在的问题。