摘要：错层结构也就是在同一个分户单位结构内，楼面不处于同一个标高，存在高差，让结构显得更有层次感，让人们的居住环境更加方便舒适。但是该种新型的结构形式在满足人们对居住环境要求的同时也给建筑设计人员提出了更为严格的考验，由于错层结构水平的不连续性，削弱了结构整体性，导致结构抗震性能差，因此，在错层结构设计时必须采取有效的措施来解决这个问题。
关键词：错层结构；抗震；设计；技术措施
一、高层建筑错层结构的特点
错层结构属于复杂高层结构，之所以定义为复杂高层结构主要是因为以下特点。
1）错层结构属于竖向布置不规则结构，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；框架结构错层后形成长短柱混合的不规则结构，更加不利。
2）由于楼板错层，故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、高层建筑中错层对建筑结构的不利因素
在高层建筑中错层对建筑影响的不利因素主要存在于两个方面：一是楼板在分块时的错置，这样就会造成高层建筑在建筑过程中的错层构建结构产生内力，进而造成建筑结构变形，这样也就降低了楼板在整体结构的受力能力；第二方面主要表现在楼板错层，这样就会造成一些部位形成竖向的短构建，这样当建筑结构在同向受力的时候就会因为这些错层构建本身的刚度大而产生内力集中现象。也正是因为这两个因素的存在，错层就会对整个建筑结构产生影响。相互错层的相邻楼板之间仅由中间的错层柱来进行支撑，楼板在自身平面内的拉弯刚度早已远远地超越了错层墙的拉弯刚度，当高层建筑结构受到来自各处力的时候，建筑物结构左右两部分受力不均衡，这样就产生了结构变形现象，导致了错层墙中内力的产生。所以说，这样的结构对于高层建筑的抗震是不利的。在高层建筑中采用这样的错层结构对抗震性能会产生很大影响，主要表现在以下几个方面：
（1）相对包含形式的错层结构。这样的结构形式会使上下层楼面的刚度发生变化，这也就导致了当地震发生的时候，由于地震力本身存在不规则性，这样就影响了整个建筑中的抗震能力。
（2）交叉形式的错层结构。这样的机构形式会使上下层之间的平面刚度分散，不能很好的重叠，这样在地震发生的时候就容易使地震力存在于楼层之间，进而对建筑物产生扭矩，这样的结构形式对建筑物主体结构也是不利的，而且这样的错层结构使用的柱大部分是短柱，这样在面对地震的时候产生弯矩的情况要比其他长柱要多，这样的受力结构是比较薄弱的。
（3）混合形式的错层结构。这样的错层结构在地震作用下会使地震力分配不均衡，这样会使同楼层之间产生内力的情况不一样，这样也就造成了各结构构件之间产生的可靠度不同。在高层建筑物中的错层结构的错层部位在竖向抗侧力构件上一般会选取较为低矮的构件，这样在地震作用下的延性较差。
三、错层结构抗震设计技术措施分析
在住宅建筑中，由于错层楼板不处于同一标高，在地震荷载的作用下，各个标高处楼板产生的水平位移存在差别，导致错层结构框架梁产生扭转效应，而继续恶化导致错层处应力集中。对于复杂高层错层结构的抗震设计不能只对其局部构件进行加强，更应该从建筑结构整体来进行处理。
1、提高错层结构的刚度及强度措施
错层结构设计时可以通过增强结构的刚度与强度来提高结构的抗震性能，降低地震效应的破坏的影响。因为在水平荷载的作用下错层结构的不同标高处的楼板水平位移差别是不可避免的，因此对错层出的框架梁可以根据不同的情况采用下列两种技术措施。
①当错层楼板高差在50cm以内时，上框架梁与下框架梁的搭接一般较为良好，不会造成上下梁高差空隙而形成“暗藏”的短柱。在错层结构设计时，可以将上层框架梁设置和下层楼板齐平，可以直接传递水平荷载，而避免通过短柱来强行传递水平荷载。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于楼板高差比较小，因此在水平荷载下产生的水平位移差也比较小，水平荷载可以通过上下框架梁的搭接直接传递，此外，错层框架梁本身也具备一定的抗扭转能力，因此在设计时只需要配置适量的抗扭纵向筋与箍筋增强结构的抗扭能力，便可以按照非错层结构体系设计。
②当上下层楼板高差较大时，上框梁底明显高过下框梁顶，存在“暗藏”的短柱，结构脆性大，在地震荷载的作用下很容易出现“X”形的交叉裂缝从而造成柱脆性破坏。对于这种高差较大的错层结构，仅仅只通过加强框架梁的抗扭能力显然是不行的，而必须对“暗藏”的短柱的力学性能进行改善或者直接消除短柱的存在。因此，可以通过对上框架梁加腋构造处理，让加腋部分的底面与下楼板齐平，从而让水平荷载在有高差的楼面间直接传递。但是，上框架梁加腋处理不能完全改变错层位置的框架梁的扭转效应，特别是当作为支座的框架柱间距较大时更为明显，并且过大的跨度也将削弱该梁的抗扭能力，可采用在两框架梁之间居中布置非框架梁加腋的构造处理方法，可进一步强化调节上下楼板变形差，从而改善错层处框架梁的扭转效应。
此外，在抗震设计时还必须注意的一个问题就是“强柱弱梁”，框架梁加腋是结构设计的构造手法，但是该方法已经对加腋梁端的受力性能及刚度，当发生强烈地震时，加腋梁端较大的抗弯刚度将给其带来更大的梁端弯矩和剪力，从而使得与之相连的框架柱也要承受更大的弯矩与轴力。若设计工程师在配筋计算时未采取加腋梁模型，那么就会导致出现“弱柱强梁”的现象，给建筑结构抗震留下隐患。因此，在设计计算时，应该手工调整加腋梁的内力值，以满足“强柱弱梁”的原则。
2、结构布置措施
通过合理的结构布置该然整个建筑结构受力性能，弱化变形的影响，从而增强建筑结构的抗震性能。尤其是对于错层结构楼板高差特别大，比如高差达到一半层高时，上述措施很难解决问题，因此通过合理布置结构使其唯一办法。主要措施有以下三种：
①适当的加强错层方向竖向构件的抗侧力。在结构布局时，错层通常只是在一个方向上存在高差，而在另一个方向是没有高差的，因此在结构体系整体布设时，必须充足的考虑高差有差异的这个方向，应该在该方向设置适量多的框架柱。因为结构体系主要是根据竖向抗侧力构件刚度的大小来分配给各个竖向构件水平荷载的，在错层所在方向增加框架柱在一定程度上可有效减轻错层处框架柱所承担的水平力，使错层所导致的不利因素大大削弱。另外，错层处框架柱轴向压力减小也可避免短柱的形成，增加错层处框架柱的抗震延性。
②设计时应该严格控制建筑结构整体水平位移限值。错层结构的楼板水平位移差是与整体结构的水泊位移值的大小成正比，也和错层楼板高差成正比。所以，在错层楼板高产一定时，可以通过控制整体结构位移来降低楼板水平位移差，尤其是要更严格控制错层方向上的结构整体位移值。但是影响结构整体位移值的因素繁多而复杂，而现行的相关规范没有对错层结构的建筑整体位移值控制提出更严格的要求，因此，结构工程师在进行错层结构设计时，应该根据具体情况进行处理，比如在错层所在方向设置适当的剪力墙结构，防止错层方向产生更大的水平位移。
③严格控制整体结构的扭转位移比限值。抗震时，结构纵、横向震动由于错层处楼板有高差，楼板平面内刚度将得到极大地削弱且导致高差突变处的应力集中，甚至上下楼板由于刚度中心不在同一高度，整体结构扭转时，楼板平面内将会产生一定的翘曲变形，从而扰乱根据刚性楼板分配水平荷载的结构计算。因此，错层结构设计时，不应采用刚性楼板的结构计算模型。另一方面，相对柔性的水平折板意味着容易导致整体结构体系更大的扭转效应，会进一步扩大错层处的应力集中。因此，错层结构的扭转位移比控制应严于普通结构。为了控制整体结构的扭转变形，特别需要设计师注意整体结构布置的对称性，也可通过加强外围竖向抗侧力构件的抗侧刚度和强度，来减弱扭转效应。这要求在方案阶段就有意识地调整结构的刚度中心及外围构件的布置，如增加对位移较大侧竖向结构构件柱的尺寸、剪力墙的厚度或调整剪力墙的布置等措施。
四、结语
综上所述，高层建筑中的错层结构变化丰富，层次感也非常强，极大的满足了人们的心理要求，与此同时也为错层结构的发展提出了新的课题。比如说由于受力复杂，一些不确定因素也比较多，地震的特点要求等都为设计施工带来了较大难度，这些都是影响高层建筑错层结构发展的主要因素。所以说，我们要加大对高层建筑中错层结构的深入研究、提升建筑整体性能。
参考文献：
[1]王春伟.浅谈带错层的高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术新产品，2011（13）.
[2]郭兆伟.高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析[J].建材技术与应用，2011（01）.
论文作者:陈拔进
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/14
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