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带错层的高层建筑结构抗震设计研究 摘要：随着建筑功能的多样化发展, 错层剪力墙结构在高层建筑中应运而生。但错层结构属抗震性能相对不利的结构体系。本文对错层剪力墙结构进行了整体结构分析，研究了错层剪力墙结构的抗震构造措施，结合工程实例表明，采用合理的构造措施,结构的抗震性能满足要求。 关键词：带错层；高层建筑；错层；竖向抗侧力；侧向位移；抗震 随着人们生活水平不断提高,对居住环境的要求越来越高,建筑功能日益呈多样化的发展。而错层式结构以其空间高低错落有致、使用合理、居住舒适等优点，在我国高层建筑已有很多应用实例。但是错层结构是一种对抗震不利的结构形式,错层剪力墙结构使剪力墙形成错洞墙,导致结构刚度不规则，影响抗震效果。为保证建筑物的安全使用，务必采取更严格的技术措施，满足建筑抗震的要求。 1 结构分析 1.1 计算模型 错层结构示例简图见图1。其住宅部分、商业部分、错层部分抗震分析简图见图2。 图1 错层结构简图 图2 错层部分抗震分析简图 1.2 概念分析 楼盖在竖向分析时，起着层间隔板的作用；在水平分析时，应保证抗侧力构件的协同工作。但由于有错层结构的存在，使得楼板局部不连续，造成水平传力的不连续，形成高墙和矮墙混合的抗侧力体系，错层处的剪力墙应力集中。 1.3 计算分析 鉴于错层结构的平面不规则而导致的竖向不规则的复杂性，在整体分析时，应采取有效的技术措施。由于楼板的局部连续，为更真实考虑错层结构的楼板面内变形对抗侧力构件的影响，在整体计算时，采用局部弹性楼板模型，用弹性膜单元模拟弹性楼板。弹性膜可真实反映楼板的平面内刚度，同时又忽略了楼板的平面外刚度。在进行抗震分析时，应采用“总刚计算方法”。“总刚计算方法”直接采用结构的总刚和与之对应的质量矩阵进行地震反应分析，它可准确分析出每层每根构件的空间反应，通过计算分析计算结构，可发现结构的刚度突变的部位，连接薄弱的构件。 中国建筑科学研究院抗震所等单位，做了两个错层剪力墙住宅结构模型，进行了振动台的试验。其中一个模型模拟32层98m高的住宅，该工程除错层外，平面布置也不规则；另一个模型35层98m高的错层剪力墙住宅，其平面布置规则，此模型的破坏程度比平面不规则模型要轻。试验说明，错层结构对扭转效应较敏感，破坏比较严重。因此，为充分考虑地震作用下的扭转影响，笔者建议，错层结构按双向地震作用考虑扭转影响。同时，错层附近的竖向抗侧力构件受力复杂，难免应力集中。考虑到错层结构是局部的，仅限于底部3层，其上部为标准层高的住宅，造成竖向刚度的不均匀变化，笔者建议，对错层结构的底部3层人为指定为薄弱层，按照现行规范要求进行内力调整。 2 构造措施 2.1 剪力墙厚度 厚度确定是什么重要的，住宅部分的墙厚通过结合建筑及实践经验250mm或200mm；商业部分的墙厚可采用300mm；错层处的剪力墙厚不应小于250mm。需要特别指出的是，在模型输入时，是以楼板为界划分结构层的。由于SATWE计算程序本身的局部缺陷，墙身的稳定性验算，程序只以输入的结构层高进行计算，无法按真实的住宅部分或商业用房部分的层高进行稳定性验算，容易造成设计疏漏。这对普通层高住宅影响不大，但对层高较高的商业用房的剪力墙墙厚的确定带来了隐患。这时，务必要手算或上机复核商业用房部分墙体稳定性。否则，易造成商业用房的剪力墙厚度偏薄，从而使薄弱部位更薄弱。 2.2 抗震等级 由于错层结构的存在，建筑受力情况和效果是十分复杂，现行规范要求错层出处的结构提高一个抗震等级，以免该类构件先于其它构件破坏。规范的要求是经济合理的，应严格遵守。如工程剪力墙抗震等级已为一级，则错层处的剪力墙抗震等级则提高至特一级，其相关构造措施详见现行规范，在此不再详述。 3 工程实例 3.1 工程概况 某高层建筑，总建筑面积234521m2,地上33层，地下1层，带2层商业用房，建筑高度96m；结构类型采用剪力墙结构，基础采用混凝土灌注桩；建筑抗震设防类别为标准设防类，结构抗震设防烈度8度（0.2g），场地类别为类场地，设计地震分组为第一组；除错层处的剪力墙抗震等级为特一级外，其余均为一级。 3.2 结构平面及空间模型 错层结构的平面示意图见图3。 图3 错层结构平面示意图 3.3 计算结果 计算结果，结构自震周期见表1。结构侧向位移见表2。 表1结构自振周期表 表2 结构侧向位移表 3.4 经济指标 经济指标见表3。 表3 经济指标表 4 结束语 综上所述，在高层建筑中错层结构虽然是一种对抗震不利的结构形式，但错层对剪力墙结构体系的影响有限, 只要通过考虑结构概念设计,合理的布置结构平面,采用相应的抗震构造措施,可以很好的保证结构的安全性。 参考文献 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