探究建筑结构体系中的错层设计--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

探究建筑结构体系中的错层设计

发表时间：2021/7/1 来源：《建筑科技》2021年6月上作者：余菊花

[导读] 本文分析了建筑错层设计的必要性和原则，然后总结目前在设计中的常见问题，最后对如何做好设计工作进行分析。希望通过研究，能解决当前对错层结构设计的不足，提升建筑工程的设计水平。

龙泉市规划建筑设计院余菊花 323700

摘要：本文分析了建筑错层设计的必要性和原则，然后总结目前在设计中的常见问题，最后对如何做好设计工作进行分析。希望通过研究，能解决当前对错层结构设计的不足，提升建筑工程的设计水平。
关键词：建筑结构；错层；设计
        引言：建筑物的结构设计中，需要做好对错层的设计满足建筑物稳定性的要求，降低地震对建筑的影响，保证建筑物内人民的生命财产安全。但是目前对建筑物错层结构体系的设计中还存在一定的不足，为此，必须加强对设计方法的研究，以提升建筑的错层效果。
        1建筑错层设计概述
        1.1错层设计的必要性
        建筑需要抵御地震的影响，降低地震对建筑的破坏，保证建筑的安全性。因此，需要这对建筑结构专门进行错层设计，针对防震防灾预留计划，避免建筑物在地震中受到严重损害[1]。同时，必须要在建筑结构设计开始阶段就做好错层设计的工作，避免后期难以对建筑进行进一步的优化，以及建立具有较高稳固性的结构，给建筑的设计创造良好基础。
        1.2错层设计的技术原则
        对于建筑结构的错层设计，必须要符合我国错层设计技术规范的要求，并且能够在相关设计施工准则下开展设计工作，同时，错层设计也要满足工程建设的实际情况和经济上的需求，为此需要采用多级防震策略，确保建筑物可以具备足够的稳定性，可以保证地震作用下，对建筑物人员、财产损失最小。施工过程中，需要把错层设计的理念和错层性能设计理论充分融合，并且结合当地的实际情况，做好考察工作，通过制定科学和里的设计方案，保证工程的施工效果。
        2建筑结构错层设计的问题
        2.1理论和经验积累不充分
        为了保证建筑物的错层设计效果，需要设计人员在设计工作中灵活使用各种理论以及结合经验对建筑进行合理设计，但是一些设计人员基础理论知识不够稳固，对建筑物地震时所受到的影响并没有深入了解，导致很多设计都存在计算方法上的问题，最终导致结构的错层设计缺少规范性，难以保证错层设计的效果。
        2.2缺少实践性
        进行错层设计工作中，很多设计人员都使用固定参数进行设计，并没有注意实际情况的需求，比如多数结构设计中都机械化地使用固定的参数进行设计，将地震降级统一成2.81，然后确定错层结构。但是实际上，需要做好对结构承载能力和变形的计算、分析，结合实际情况确定建筑物的结构错层设计，才能满足工程错层强度的需要。
        2.3缺少对细节把控
        错层的设计中，需要做好对细节把控，才能保证错层结构可以获得最好的效果。一些工程中，仅仅从总体层面上分析如何进行错层设计，但是对细节缺少分析，导致结构设计缺少科学性和合理性，对建筑的错层效果十分不利。
        3错层设计的技术措施分析
        在房屋建筑中，部分建筑使用的是错层结构，对于错层结构来说，其不同功能区之间所设置的高差一般在2至3个台阶之间，设置高差的目的主要是对不同建筑空间进行合理分割，一般而言错层楼板不属于同一标高，所以如果发生风荷载或者由于地震作用出现水平荷载时，高低处楼板水平位移会出现一定的差异，该差异会导致框架梁出现扭转效应，而且所出现的水平位移差与建筑结构整体水平位移大小、上下楼板高度之间有密切的关系。错层一般为建筑的处应力集中处，所以在发生结构整体扭转效应时，会加速错层处的集中应力。所以在对错层处进行设计时，要综合考虑构件的各个部分，同时从整体角度看待错层问题。在上述基础之上，本研究提出与错层设计相关的两种技术措施，即“抗”与“调”。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        1.1以“坑”为主的技术措施
        以“抗”为主的技术措施，即借助错层处构建的刚度与强度来抵制破坏出现。由以上分析可知，错层处上下楼板之间存在一定的位移差，且该位移差不可避免，所以对错层处受扭框架梁可根据下列两种情况分别采取相应技术措施进行加强。
        （1）楼板间高差不同，所产生的后果也不同，所以应使用不同的缓解措施，如果房屋建筑上下楼板间的高差在500m以内，则说明架梁底部与框架梁顶二者之间以构成合理搭接，二者间不会因存在空隙而出现的短柱。因此在设计时，可通过将上层框架梁与下层楼板底保持平衡来帮助水平荷载的有效传递，从而有效避免了水平荷载只能借助短柱来进行强行传递。如果高差较小，则上下楼板间的位移差也会较小，此时水平荷载主要通过上下层框架梁搭接处来传递，而且错层处框架梁也具有抗扭转能力，所以为提升抗扭转能力，可再配置一定量的抗扭转纵筋，即可对该结构按非错层结构来设计。
        （2）如果上下楼板间所存在的高差较大，此时上框架梁底高于下框梁顶，则二者之间存在“短柱”，该结构的脆性相对较大，同时又由于高差较大，此时建筑物在抗震时，上下楼层会出现较大位移，该位移需要借助框架短柱来进行协调，对于该类建筑来说其相对容易出现“x”形的交叉裂缝而导致短柱脆性破坏。所以如果仅仅借助加强错层架梁的抗扭刚度远远达不到预定目标，必须通过力学性能来消除短柱。一般而言，可通过对上框架梁中的加腋构造进行处理，来对短柱进行消除处理。但在进行该操作时，需要注意，上框架梁加腋处理并不能从根本上解决这一问题，如果框架间的间距较为明显，可在两框架梁之间布置非框架梁加腋来消除短柱，同时可对上下楼板变形差进行调节，以此来改善错层处框架梁的扭转效应。
        错层设计另一个明显的问题时在抗震时出现的“强柱弱梁”问题，在框架梁处进行加腋处理一般是结构处理手段，该种技术的出现与使用在一定程度上改变了加腋梁的刚度与受力情况，在强震发生时，加腋梁端较大的抗弯刚度则会产生更大的梁端弯矩与剪力，进而增加连框架的弯矩与轴向压力。结构设计时在对建筑结构进行设计时，如果在最后配筋操作时未使用加腋梁模型的计算结果，则会导致实际抗震时出现“弱柱强梁”，进而给抗震留下安全隐患。目前所使用的PKPM设计软件，未对加腋因素进行考虑，在该情况下结构师应根据实际情况对错层处框架进行两加腋处理，改善以往抗震时出现的问题，实现“强柱弱梁”的抗震要求。
        1.2以“调”为主的技术措施
        由上文分析可知，“抗”主要作用对象是错层处构件，即借助“抗”相关方法对局部构造进行处理，与“抗”相比，“调”的技术措施作用对象不单单是单个构件，其主要站在结构体系整体设置的角度来解决建筑中存在的问题，对结构整体进行更有利的设计以及变形改善错层设计所造成的不利因素。如果错层高差相对较大，此时很难依靠“抗”的方法解决问题，此时可借助“调”的方法来改善这一问题。
        （1）采取措施提升强层方向的竖向抗侧立构建。在设计建筑物时，错层并不是存在各个方向，而是只存在一个方向，另一个方向无高差，因此建筑设计时在实际设计时，必须对高差的方向性之间的差异进行考虑率，在存在高差的方向根据实际布置一定量的框架柱，建筑物竖向构件水平荷载的分配主要依据竖向抗侧立构建刚度大小来分配的，因此要要降低错层处框架所承受的水平力，可通过在错层方向增加框架柱来实现。另外还可通过减小错层处框架轴向压力来避免短柱的形成，同时提升错层处框架柱的抗震延性。
        （2）对建筑整体结构水平位移限值进行严格控制。错层处楼板水平位移差与建筑结构整体水平位移有着密切的关系，一般是成正比的关系，即楼板水平位移差越大，则结构整体水平位移也越大，此外楼板水平位移与错层处高差也成正比。所以在错层处高差不变时，可以通过控制结构整体水平位移来实现对楼板局部位移进行控制的目的。由于对错层结构产生影响因素都较为复杂，所以目前并为制定相关规范来对错层结构整体位移进行严格控制。虽然如此，结构师在设计时可根据自身经验对抗震概念进行把握与处理，例如可在错层方向不知适量的剪刀墙，以此来限制错层方向出现过多的水平位移。
        结束语
        建筑的错层设计对建筑物的安全有着决定性的影响，因此需要采用科学合理的方法保证建筑物的错层设计效果。设计人员需要充分考虑现场情况，采取尽量简单、对称的设计，提升建筑物的稳定性，充分发挥错层设计的作用。