谢鸿文

（广东省建筑设计研究院广东广州　510010）

刍议高层建筑错层剪力墙结构设计

谢鸿文

（广东省建筑设计研究院广东广州510010）

当高层建筑物越来越多的出现在人们的生活中时，高层建筑物日益趋向多元化，同时人们对于高层建筑的空间要求和舒适性能要求也有了更严格的要求。为了使建筑设计更大程度的利用空间和创造更高的性能品质，剪力错层结构应运而生，并且深受广大消费者的青睐。然而错层结构会使得抗震性能有所降低，因此，设计和施工过程中要加以多方面考虑。本文针对错层剪力墙结构进行分析，仅供参考。

高层建筑；错层剪力墙；结构设计

引言

随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，为了缓解人口、环境与土地的压力，高层建筑已逐渐走进家家户户，人们对于建筑物的要求也不断提高，房地产企业越来越青睐错层式建筑。但是对于错层结构的抗震能力却需要进一步的研究与改善，采用剪力错层结构，最大的优势是可以使得建筑物不仅空间上较为灵活多变，外型上也可以美观大方，然而错层剪力墙结构也有其不可避免的缺陷，平面规则的错层剪力墙结构使剪力墙形成错洞墙，造成结构竖向刚度不规则，对结构抗震较为不利。如果不能够使得错层中剪力墙结构达到国家标准，容易引起由于结构局部构件受力过于集中致使其呈现出不规则现象，再加上不连续错层布置使得错层剪力墙结构出现的严重的受拉问题，都将为是引起抗震能力薄弱的原因。对错层剪力墙进行分析，提出相关方案加强其抗震能力，从而将高层建筑错层剪力墙结构质量提高。

1　高层建筑物错层剪力墙结构简介

1.1高层建筑工程的概况

高层建筑是指10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑。虽然我国土地资源十分丰富，但是可供人类居住和适宜人类居住的却很少，尤其是改革开放的30多年中，城市发展十分迅猛，城市可供住宅建设用地越来越稀缺。为解决这个问题，必须提高土地利用率，而最行之有效的措施就是将以往的横向发展模式逐渐转变为纵向发展模式，将土地资源的开发转向土地上空的开发，通过逐渐增加房屋的高度来缓解生产发展过程中对土地需求的绝对依赖。换言之，高层建筑物的出现就是为了缓和社会发展需要同土地资源之间的矛盾，满足人口日益增长的需要。

1.2错层剪力墙结构含义

对于高层建筑物而言，由于楼层越高风力越大，风力大就会对建筑物产生更大的水平推动力，再加上高层要接受来自于地球本身垂直方向的地心引力，大大加大了整体楼层的竖向荷载，使得高层就像是一根紧绷的弹簧，产生的危险可想而知。因此，高层的内部结构的安全性逐渐引起了广泛的关注。剪力墙也叫做防风墙、防震墙，其主要构成是钢筋和混凝土，需要满足承担各种荷载内力组合的能力，内力包括竖向力和水平力，主要来源于自身的恒活载和外界的地震力、风力等。剪力墙的自由组合使建筑结构形成一个防御性的墙板体系，其组成的体系能过很好达到高层建筑需要的各种受力要求。错层是指虽然在一个分户单元内，但是各个楼层高度却有着很大的高差，并且高度不在同一水平面内（如图1），错层通常属于纵向空间结构变化的设计，它能使我们的居住空间变得更多元化，从而提高建筑的使用品质，满足更多的居住生活的要求。因此剪力墙以及错层分别对建筑物起着不同的作用和贡献，从而使得高层建筑错层剪力墙结构有了可实施的基础和市场需求的基础。

图1　高层建筑物错层剪力墙结构

1.3错层剪力墙结构种类

从应用方面划分，错层结构主要分为以下三类：混合型、包含型以及交叉型。①混合型错层结构：混合型错层结构是既包括交叉型同时也包括包含型两种错层结构。根据住宅布局将错层结构分为：前后错层（横向错层）、左右错层（纵向错层）以及双错层三类。②包含型错层结构：包含主要指的是建筑错层部位相邻的两层的包含关系，主要在竖向上的包含关系，即错层墙结构形式。③交叉型错层结构：交叉主要指得是在建筑错层上，相邻的两层在竖向上呈现交叉关系，即错层梁共用墙结构形式。

1.4错层结构的受力特点

错层结构因其可以减小建筑空间，使得建筑可以错落有致而广泛应用于建筑中，是一种常见的内部结构构造模式，但是对于抗震具有一定的风险。主要的受力特点包括以下两个方面：①由于参差不齐的层次，使得在建筑过程中楼板会形成起伏不平的两层或者多层结构，两楼层之间虽然相邻但是各自受力松散，使得各楼层之间会相互形成压力。因此错层结构与一般的平层建筑相比，由于整个高层建筑受力比较大，因此使得墙体因压力变形，不易控制；②由于错层处框架结构分散，容易形成短柱或短墙，造成多处应力集中的现象，再加上梁柱容易在受到突如其来的外力时候被破坏，如地震的袭击时，因此需要相应防范措施。

2　错层剪力墙结构设计及施工组织

2.1错层剪力墙结构在设计中需注意的问题

根据近几年的工程统计，越来越多高层建筑采用错层剪力墙结构设计，值得注意的是，错层剪力墙结构具有其自身的劣势，在进行设计时要将一切可能遇到的问题考虑全面再进行施工。①错层结构平面布置应尽量规则、侧向刚度宜相近，以减少扭转效应和薄弱部位。错层结构容易产生较多的应力集中现象，也容易形成长短柱的交替出现，对错层处竖向构件的抗剪极为不利，因此对错层处构件的截面尺寸、构件的最小配筋率、构件的技术措施等要有比普通受力构件更严格的要求，如抗震设计时错层处的剪力墙厚不应小于250mm，并设置平面外的墙肢或者扶壁柱、抗震设计时竖向和水平分布筋配筋率不小于0.5%、错层处剪力墙抗震等级提高一级等。②通常，平面楼板会因为错层结构引起层次不齐，不能只是简单地进行平均化计算楼板刚度，还要考虑到有错层狭长板带以及洞口中楼板刚度受力情况，因此计算分析的模型应能反应错层的实际受力情况，错开的楼层不应归并为一个刚性楼板。③视工程情况，采取一定的加强防范措施。a.对错层位置允许的位置，可采用增加加斜向板或加腋的形式防范（如图2）；b.可以加大板厚，作为水平力传递的一道有效工艺；c.错层处的框架柱可采用型钢混凝土柱，剪力墙也可设置型钢，改善抗震性能等。

图2　

2.2错层剪力墙结构在施工中需注意的问题

在施工准备阶段，针对错层的楼层必须制定合理的施工计划，如错层施工层的划分等。施工材料准备时一定要根据设计方提供的施工图纸进行施工备料，因为结构错层的原因，错层结构中同一施工层的剪力墙钢筋长度是不同的，而普通平层结构的剪力墙钢筋基本为相同，施工备料过程中必须注意，避免搭接部位的混乱。在搭设脚手架和模板时，应注意错层处的脚手架高度和模板的划割，同时又能方便施工。简言之，施工前，需针对错层剪力墙结构与普通剪力墙结构的不同预先进行考虑，制定方便可靠的方案进行施工。

2.3施工完成后成品保护

针对错层结构，在施工过程中，要保证混凝土分层浇筑。要注意天气、温度的变化，选择合适的气候条件进行模板拆除，错层处的关键部位尽可能延迟拆模，在拆除之前不能随意的提前松动对拉螺栓。施工完成后的一般拆除原则是：先安装的设备最后拆除，后安装的设备最先拆除。首先将穿墙螺栓收缩斜撑拆除，保证混凝土和墙模脱离。当仍存在小部分粘结时，可用撬棍轻轻敲击使其脱落。当模板起吊时候，要注意好墙体和模板的距离，以防变形的发生。

3　对高层建筑错层剪力墙结构的施工要求

与相同情况下的普通剪力墙结构相比较而言，错层剪力墙需要注意。①错层处的剪力墙和柱均为应力集中的关键部位，熟读设计交底，严格按照设计的抗震等级进行钢筋的绑扎和搭接；②在建筑物的建筑过程中，要严格按照国家标准进行设计，并在防护措施上加大力度，确保建筑工程达到抗震性能要求；③根据楼板的受力进行综合考虑，并找出相应的解决措施；④设计人员对高层建筑错层剪力墙结构进行设计的过程中，为避免地震时高层建筑物出现开裂问题，建筑过程中要注意错层结构中楼板的受拉影响。如果建筑专业允许，保证建筑中错层剪力墙结构较大平面要实行断缝处理，最大限度的降低工程中的扭转效应，控制好结构中的扭转位移比与扭转周期比。

4　结束语

随着高层的兴起，建筑物越来越高，随之而来的安全问题也越来越得到了关注。只有居住环境的安全性得到保证，才能更好的保障市民的生命与财产安全。在高层建筑物的防震测试设计时，因地制宜是首先要考虑的因素，制定安全可靠地施工计划从而综合统筹规划。剪力墙错层结构设计、施工过程较为复杂，但是必须保证从设计到施工的各个环节都必须严谨对待。一般来说，错层结构会使得高层建筑物楼板不连续、竖向刚度不规则等诸多复杂问题，导致结构的抗震防风的性能降低许多，因此，采取有效的补强措施是设计中必不可少的。无论设计也好，施工也好，应该对高层建筑错层剪力墙结构予以重视。

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