错层结构在设计中的应用

２０１３年第５期　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅ￣ａｌｓ　Ｉ・』之材　・４１・　第３９卷总第１７５期　２０１３年１Ｏ月　ＤＯＩ：ｌ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—４０１１．２０１３．０５．０２１　错层结构在设计中的应用　李元吉　（新疆维吾尔自治区建筑设计研究院，新疆乌鲁木齐８３０００２）　摘要：错层结构是一种平面和竖向均不规则的复杂　２设计中应注意的事项　结构，抗震性能差。在结构设计时应结合其特点从软件建　模和构造上采取有效的加强措施，提高结构的抗震能力。　２．１模型的建立　关键词：错层结构；错层建模；构造措施　错层结构的模型有两种处理思路　ｊ。一种是建模时按　中图分类号：ＴＵ２４１．０３　文献标志码：Ｂ　同一层输入，可采用升降节点和改变梁顶标高的方式处理，　文章编号：１６７２—４０１１（２０１３）０５—００４１—０２　通过构造处理使错置的两部分楼板之间具有可靠的连接，　形成无错层的整体楼盖，这样自然不会出现短柱，也就不　１错层的特点和分类　会出现柱超筋现象；另一种思路是，采用两个结构层建立　为满足建筑功能的需要，在结构设计中错层情况是很　模型，错层楼板交界处容易出现短柱，当错层柱两侧梁的　普遍的。但是错层在结构设计中有不利的方面：首先由于　跨度相差较大时，柱端的负弯矩会较大，这时如果处理不　楼板被分成很多块，且相互错置，楼板的相对变位，使得　得当，往往会出现纵筋超筋问题，且解决起来较难。在建　在错层结构中产生很大的变形和内力，楼层水平力不能在　模时错开的楼层应各自参加结构整体建模，不应归并为一　各构件中有效传递；其次，由于楼板错层，在错层交接处　个楼层计算。这样的模型和实际情况才比较相符，保证结　构分析的可靠性。抗震设计时，高层建筑宜避免错层。　形成竖向的低矮构件，这些构件刚度相对较大，从而受力　集中，不利于抗震…。在结构设计中应予以注意，并采取　２．２位移比的确定　相应的措施。在设计中，对错层的定义普遍认为：楼板标　现有的计算程序，一般不能确定真实楼层和计算楼层　高大于６Ｏ０　ｍｍ以上，且超过梁高，错层的面积大于等于本　的关系，因此错层结构的位移比最好进行手工复核。　层楼板面积的３０％，如图１。　２．３构造措施　错层结构属于平面不规则、立面不规则的结构，在抗　△ｈ≥６００ｍｍ　震设计时应该重点把握结构的不规则程度和错层的处理上，　≥梁高　采用概念设计，通过采用较严格的抗震措施。　有关错层结构的构造，在《建筑抗震设计规范》　（以　下简称《抗规》）中并没有单独说明，但是《高层建筑混凝土　结构技术规程》Ｅｓ］（以下简称《高规》）中第十章中做了详细　图１错层的定义　规定。错层结构的抗震性能较差，在构造上要特别加强，　般而言，错层结构是指具有两个或两个以上与结构　总的设计原则应该是从严的。　一标准层下端相连的错层计算层的结构。错层结构在工程中　《高规》中１０．４．４条规定：错层处框架柱的截面高度不　的应用情况，大体可将其归纳为以下三类　：　应小于６００　ｍｍ，混凝土强度等级不应低于Ｃ３０，抗震等级　１）包含型。建筑错层部位相邻两层的竖向构件呈包含　应提高一级，错层处柱箍筋应全柱段加密配置，以提高其　关系，即常说的错层柱结构形式，如图２ａ所示。　抗震承载力和延性。　表１　错层处框架柱的构造要求　２）交叉型。建筑错层部位相邻两层的竖向构件呈交叉　关系，即错层梁共用柱结构形式，如图２ｂ所示。　情况　截面高度　混凝土　抗震等级　箍筋　强度等级　３）混合型。即同时含有包含型错层和交叉型错层的结　构造　不应小于　不应低于　提高一级　全柱加密　构，如图２ｃ所示。　要求　６０ｏｒａｉｎ　Ｃ３０　（特一级时可不再提高）　错层处的框架柱受力复杂，容易发生短柱受剪破坏，　错层柱（　县柱（墙　因此，《高规》中１０．４．５条要求其满足设防烈度地震（中震）　作用下性能水准２的设计要求。　《高规》中ｌ０．４．５条规定：错层处平面外受力的剪力　图２ａ包含型　图２ｂ交叉型　图２ｃ混合型　墙，其截面厚度，非抗震设计时不应小于２００　ｍｍ，抗震设　图２错层的分类　计时不应小于２５０　ｍｍ，并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁　柱；抗震等级应提高一级采用，错层处剪力墙的混凝土等　作者简介：李元吉（１９８６一），男，新疆乌鲁木齐人，硕士，主要从事工　级不应低于Ｃ３０，水平和竖向分布钢筋的配筋率，非抗震　程设计工作。　（下转第４４页）　・４４・　２０１３年第５期　２０１３年１Ｏ月　第３９卷总第１７５期　表４　三种模型区域Ａ应力计算结果　／ＭＰａ　域Ａ和区域Ｂ的局部较大的拉应力，使得局部应力集中现　模型　横桥向　竖　向　主拉应力　象得到明显的改善。在悬臂式的索梁锚固结构的设计中，　工况一　工况二　工况一　工况二　工况一　工况二　合理地布置预应力钢筋位置和数量是一种降低局部拉应力，　１　Ｏ．Ｏ　０．１　１．２　５．５　２．０　５．３　改善局部应力集中的有效方法。　２　Ｏ．Ｏ　Ｏ．２　Ｏ．４　４．０　０．５　４．５　３　Ｏ．４　１．９　０．４　２．１　１．６　３．７　３结论　锚块区域Ａ的横向和竖向的拉应力的大小和锚块的形　本文对斜拉桥悬臂式索梁锚固段建立有限元模型进行　状有很大的关系。在工况二的作用下，锚块中区域Ａ的竖　局部受力分析，分析了三种不同的模型分别在两种工况下　向应力随锚块形式的变化差别很大。模型３的竖向应力值　的应力分布规律，得出了以下结论：　明显小于模型１。由此可以看出，设置倒角尤其是设置斜　１）本论文选取的边界条件能够比较合理的模拟索梁锚　角，能够明显降低区域Ａ的竖向应力。然而工况二作用下，　固梁段的约束方式，可作同类结构分析时参考。　模型３中区域Ａ的横桥向应力反而大于模型１。究其原因，　２）在拉应力较大区域和方向上配置足够数量的预应力　本来沿竖向传递的力，由于斜角的设置变成沿斜向传递，　钢筋可以有效的降低或者抵消结构中产生的拉应力，可以　故竖向应力减小，横向应力增大。　很好的避免混凝土因过大的拉应力而开裂。　锚块中应力分布和锚块的结构形式有很大的关系，锚　３）锚块的应力分布和锚块的结构形式有很大的关系，　块的结构形式的变化使得局部区域的受力机理发生了变化。　锚块的结构形式的变化使得局部区域的受力机理发生了变　从计算结果来看，三种模型中模型３设置４５。斜角的形式的　化。改变锚块的局部结构可以有效的改善应力集中现象。　应力分布较为合理。在进行局部结构设计时，通过改变锚　４）合理的布置预应力钢筋位置和数量可以有效的降低　块的局部结构可以有效的改善应力集中现象。　局部拉应力，从而改善局部结构的应力集中现象。　２．３预应力钢筋布置形式对应力分布的影响　［ＩＤ：０００６９５］　两种预应力布置（图５）形式对三种模型的应力分布的　影响产生了大致相同的变化趋势，以模型３为例进行说明。　参考文献：　表５列出了模型３中两种不同预应力布置下中区域Ａ和区　［１］刘士林，梁智涛，侯金龙，等．斜拉桥［Ｍ］．北京．人民交通出版　域Ｂ的应力值大小。　社，２００２．　袭５　两种预应力布置下模型３中应力计算结果　／ＭＰａ　［２］　熊刚，丁雪松，谢斌．大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构的发展　ｌ　横桥向　ｌ　竖向　ｌ　主拉应力　与应用［Ｊ］．预应力技术，２００９（１）．　区域　ｌ预应力ｌ预应力ｌ预应力Ｉ预应力Ｉ预应力Ｉ预应力　［３］　黄勇，程晓东，曾进忠．斜拉桥索梁锚固区受力情况的三维有限　ｌ布置一ｌ布置二ｌ布置一１布置二Ｉ布置一Ｉ布置二　元分析［Ｊ］．桥梁建设，２００５（Ｓ１）．　区域Ａ　Ｉ　３．１　１　１．２　１　２．７　１　１．４　１　５．４　１　２．５　［４］周贤文．斜拉桥拉索锚固区受力性能研究［Ｊ］．公路交通科技：　区域Ｂ　１　０．７　ｌ一０．３　ｌ　０．０　ｌ　０．０　ｌ　１．３　ｌ　０．６　应用技术版，２００９（６）．　［５］　彭大文．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００７．　在悬臂式索梁锚固结构中，预应力的布置方式也会对　［６］曹新垒，杨成斌，郝翠．斜拉桥双边箱主梁空间应力分析［Ｊ］．　锚块的局部应力分布产生较大的影响。本文中顶板横向预　安徽建筑工业学院学报：自然科学版，２０１０（１）．　应力钢筋下移并穿过锚块（图５（ｂ））的方法有效地减小了区　（上接第４１页）　楼层Ａ　设计时不应小于０．３％，抗震设计时不应小于０．５％。　表２　错层处平面外受力的抗震墙的构造措施　序　情　况　要　求　号　抗震墙截面厚度　非抗震设计时　应６　≥２００ｒａｍ　均应设置　１　ｂ　与之垂直的　图３梁加腋　抗震设计时　应６　２５０ｍｍ　墙肢或扶壁柱　３结语　３　抗震等级　应提高一级　４　混凝土强度等级　不应低于Ｃ３０　错层结构的抗震性能较差，在设计中，尤其是高层结　水平与竖向　非抗震设计时　不应小于０．３％　构设计中，应尽量避免。当无法避免时，在计算和构造中　５　分布筋的配筋率　均应采取有效的加强措施，从概念设计的角度出发，保证　抗震设计时　不应小于０．５％　结构的安全。　［ＩＤ：０００４１３］　对错层及局部错层应优先考虑通过采用恰当的综合措　参考文献：　施，消除或减轻错层结构带来的不利影响。当房屋不同部　位因功能不同而使楼层错层时，宜采用防震缝划分为独立　［１］谢靖中，李国强，屠成松．错层结构的几点分析［Ｊ］．建筑科学，　２００１，１７（１）：３５—３７．　的结构单元。当结构按一个结构层建模时，采用错层布置　［２］陈二雷，富小蔓．错层结构设计简析［Ｊ］．低温建筑技术，２００５，　时，最好每隔几个错层设置一个贯通层，抗侧力构件尽量　２９（３）：９４—９５．　对称均匀布置，减小结构的扭转。当错层变标高处合用同　［３］　苏原，李黎，陈传尧．结构计算模型与结构设计［Ｊ］．建筑科学，　一根梁时，可采用梁侧加腋法，以改善水平力的传力途径，　２００５，２１（１）：７０—７４．　如图３所示。　［４］ＧＢ５００１１—２０１０建筑抗震设计规范［Ｓ］．　［５］ＪＧＪ３—２０１０高层建筑混凝土结构技术规程［Ｓ］．　Ｃ　口　．　＝ｓ｝　之　材　．ｎ