高层建筑错层结构抗震设计

张晓松

【摘要】近年来，高层建筑错层结构抗震设计得到了快速发展和广泛关注，研究其相关内容有着重要意义。本文首先介绍了高层建筑错层结构的受力特点和影响因素，分析了错层结构的受力特点和缺陷，并结合相关实践经验，分别研究了高层建筑错层结构抗震设计要点及其注意事项。

【关键词】高层建筑；错层结构；抗震设计

一、前言

高层建筑错层结构的抗震设计是一项系统性、专业性较强的工作，其设计水平的高低直接关系到高层建筑的稳定性。该项课题的研究，将会更好地提升错层结构抗震设计的实践水平，从而有效优化高层建筑的整体稳定性。

二、高层建筑错层结构的受力特点和影响因素

1.高层建筑中错层结构的形成过程

在高层建筑中采用错层结构是为了将室内空间更多样化，不仅要满足人们的住宅需求还要满足人们的视觉要求，在通常情况下一个单元内的几个房间在设有高层的几个层面上，当各个错层之间的高度不相同时，也就形成了各种类型的梁柱结合。根据我国当前的设计风格来说，一般将错层结构分为三类，包括含型错层、交叉错层和混合型错层三种。

2.高层建筑错层结构的受力情况

在高层建筑中的错层结构与普通高层中的框架结构的区别主要在于在错层中错开的楼层导致了在结构的一些部位形成竖向的短构建，这样就会将所有的受力都集中在一起，这样是不利于抗震的。其主要原因是在同向受力时由于错层构件本身刚度较大，这样就会将内力集中。所以说在进行高层建筑的时候要注重对错层结构中的短柱问题。

3.高层建筑中错层框架剪力墙结构的受力特点

在错层框架监理墙的设计结构中，剪力墙主要承载水平力，在面对地震灾害的时候，错层框架中剪力墙的两道防线就可以将错层结构中的受力点进行改善。

三、错层结构的受力特点和缺陷

1.受力特点

首先是错层框架结构，他与框架结构的相比主要由于在错层出错开的楼层导致了在结构的一些部位形成竖向的短构件，使受力集中，不利于抗震。主要的原因可能是在同向受力中由于错层构件刚度大，而产生内力集中。在错层结构中，短柱问题应该得到足够的重视。其次是错层框架剪力墙结构，错层框架剪力墙结构中的剪力墙承担了水平力中的一大部分，特别是在地震作用下，错层框架剪力墙结构有两道设防线，能够较好地改善错层结构的受力性育旨。

2.错层结构的缺陷

错层对结构的不利影响主要源于两个方面：一是楼板分块错置，在错层构件中会产生很大的变形内力，从而削弱了楼板协调结构整体受力的能力；二是楼板错层，容易在某些部位形成竖向短构件，从而可能在同向受力中因错层构件刚度较大而产生内力集中。基于以上两个根本原因，错层将进而对结构的整体性产生较大影响。相互错层的相邻楼板仅由中间的错层柱（墙）相联系，而楼板在自身平面内的抗弯刚度远远大于错层柱（墙）的抗弯刚度，当结构受力时，结构左右两部分将产生不协调变形，在错层柱（墙）中形成较大内力。显然，这对于错层结构抗震是十分不利的。以上3种错层结构对结构抗震性能的影响主要体现在以下方面：

首先，对包含型错层结构，由于上下层楼面刚度发生突变，当地震作用发生时，地震力在楼层之间分配不均匀，从而影响了各楼层总地震作用沿建筑全高分配的连续性，影响结构整体的抗震性能。

其次，交叉型错层结构上下层平面刚度不重叠，易使地震作用在楼层之间产生局部扭矩，对主体结构产生不利影响；且其共用柱多为短柱，分配的地震作用弯矩往往比其他柱大很多，从而形成相对薄弱的受力构件。

四、高层建筑错层结构抗震设计要点

高层错层建筑结构由于在错层短柱存在很大的内力集中，且错层框架结构在错层处的短柱要协调相互错开的楼盖的变形，特别是在地震作用下，更易发生破坏。为改善普通错层框架结构的受力性能，主要采取以下措施来解决：

1.在普通错层框架结构的错层处根据实际需要增设若干撑杆，用撑杆的轴力来转移普通错层框架结构错层处短柱受的剪力。

2.在普通错层框架结构的适当位置增设若干剪力墙，用剪力墙来承担大部分的结构水平剪力。

3.错层不宜沿建筑通高设置，错层中应设置一定数量的贯通层，将错层分为几个区段，且每个错层区段包含的错层层数也不宜太多，通层要重点加强。

4.对于电算结果给出的超筋、超限的连梁，在提高其混凝土强度等级，截面调整仍无效果的情况下，可采用钢骨混凝土连梁加以解决，采用钢骨时要注意钢骨和墙体暗柱的连接构造。

5.在对复杂高层建筑进行设计时，运用概念设计的思想确定结构方案、进行结构布置是十分重要的。在此基础上还要有充分的计算分析手段例如采用二种不同计算程序进行分析对比、相互验证，并采用结构动力分析方法进行补充分析。

五、高层建筑错层结构抗震设计的注意事项

高层建筑中的错层结构由于其采用的错层短柱本身具存在着很大的内力，并且还要求错层框架结构在错层位置的短柱需要相互协调来错开楼盖的变形，特别是在发生地震的时候很容易发生破坏。为了将普通高层中错层框架结构的受力情况，我们可以采用以下几种措施来加以改善：

1.在普通高层建筑中的普通错层框架错层处我们要根据实际情况来增加撑杆，这样就可以借用撑杆的力来将普通错层框架结构错层处短柱所受到的剪力进行转移，减少短柱所受的力。

2.在高层建筑中的普通错层框架结构的适当位置来增加一些剪力墙，这样就可以很轻松的用剪力墙来分担大部分的错层框架结构水平剪力。

3.在错层构架的建设时不应该沿着建筑通高来进行设置，在高层建筑错层中应该设置一定数量的贯通层，并且要根据实际情况将错层分成几个区域，并且每个错层区域所覆盖的错层层数也不能太多，在通層位置要适当的进行重点加强。

4.当对一些比较复杂的高层建筑进行错层设计的时候就需要采用概念设计的思想来对结构方案和不知结构进行确定了，这在设计中是非常重要的。在这样的基础上我们还需要采用计算的方法来对自己提出的设计方案进行验证，通过不断的对比、分析和补充进而选出最适合的设计方案。

5.在高层建筑中对错层处的设计应该将剪力墙进行纵横形式布置，并且使其形成相互的扶壁，在高层建筑中的错层位置布置单独的框架柱都是不可取的。

六、结束语

综上所述，加强对高层建筑错层结构抗震设计的研究分析，对于高层建筑稳定性的获得有着十分重要的意义，因此在今后的实践中，应该加强对错层结构抗震设计的重视程度，注重其在实际应用中的整体性与科学性，以获得最优效果。

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）：88-89.

[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）：115-116.

[3] 胡志霞.抗震分析与设计在高层建筑结构中的应用[J].现代商贸工业.2013（12）：90-92.