辦公樓抗側向荷載的結構體系研究

易亮

摘要：某辦公樓項目，采用框架結構，主體為五層，本地區抗震設防烈度為7度，近震，場地類別為II類場地。主導風向為西南，基本風壓0.55kN/m，基本雪壓0.50kN/m。樓﹑屋蓋均采用現澆鋼筋混凝土結構。

確定框架布局之后，首先進行層間荷載代表值的計算，接著利用頂點位移法求出自震周期，進而按底部剪力法計算水平地震荷載作用下大小，求出在水平荷載作用下的結構內力（彎矩、剪力、軸力）。接著計算豎向荷載（恒載及活荷載）作用下的結構內力。完成對樓板的配筋計算及平臺板、梯段板、平臺梁等構件的內力和配筋計算及施工圖繪制。

關鍵詞：框架結構，抗震設計，荷載計算，內力計算，計算配筋

辦公樓是公共建筑，其規范要求比較嚴格，能體現建筑和結構設計的很多重要的方面，選擇辦公樓建筑和結構設計，從而掌握辦公樓設計的基本原理，妥善解決其功能關系，滿足使用要求，是對建筑進行框架結構設計的重要部分。

框架結構的設計其結構建筑平面布置靈活，使用空間大，延性較好。具有良好的抗震能力。對辦公樓有重要建筑結構非常適用，能滿足其較大的使用面積要求。

一、設計基本資料

（一）初步設計資料

（1）工程名稱：某市區某辦公樓。

（2）工程概況：采用五層鋼筋混凝土框架，梁板均為現澆。

（3）溫度：最熱月平均28℃，最冷月平均-20℃；

（4）相對濕度：年平均34%；

（5）相對風向：北風，基本風壓0.55kN/㎡.

（6）雨雪條件：最大積雪深度0.40㎝，雪荷載0.50kN/㎡。

（7）年降雨量870㎜。

（8）水文資料：本次勘察深度范圍內見一層地下水，為潛水。

（9）地震烈度：本工程地震設防烈度為7度，近震，場地類型：Ⅱ類。

（10）材料使用：

①混凝土：梁柱板均使用C30混凝土。

②鋼筋：縱向受力鋼筋采用熱軋鋼筋HRB400，箍筋HPB300。

③墻體：240厚灰砂磚（18kN/m3），200厚蒸壓粉煤灰加氣砼砌塊

④窗：均為鋼框玻璃窗（0.45kN/m2）

⑤門：除大門為玻璃門（0.45kN/m2），辦公室均為木門（10.2kN/m2）。

（二）結構選型

（1）結構體系選型：采用鋼筋混凝土現澆框架結構體系。

（2）屋面結構：采用現澆混凝土肋型屋蓋，屋面板厚120mm。

（3）樓面結構：采用現澆混凝土肋型屋蓋，板厚120mm。

（4）樓梯結構：采用鋼筋混凝土梁式樓梯。

（5）天溝：采用現澆天溝。

二、設計方式分類

（一）抗彎矩框架

抗彎矩框架是低，中高度的建筑中常用的體系，它具有線性水平構件和垂直構件在接頭處基本剛接之特點。

這種框架用作獨立的體系，或者和其他體系結合起來使用，以便提供所需要水平荷載抵抗力。對于較高的高層建筑，由于在側向力的作用下難以調動足夠的剛度，所以不宜作為獨立體系。

（二）支撐框架

支撐框架實際上剛度比抗彎矩框架強，在高層建筑中也得到更廣泛的應用。這種體系以其結點處鉸接或則接的線性水平構件、垂直構件和斜撐構件而具特色，它通常與其他體系共同用于較高的建筑，并且作為一種獨立的體系用在低、中高度的建筑中。

（三）剪力墻

該體系的特點是具有相當薄的，通常是混凝土的構件，這種構件既可提供結構強度，又可提供建筑物功能上的分隔。

在高層建筑中，剪力墻體系趨向于具有相對大的高寬經，即與寬度相比，其高度偏大。由于剪力墻寬度狹窄受限，所以需要以某種方式加以擴大，以便提從所需的抗傾覆能力。在窗戶需要量小的建筑物外墻中明顯地使用了這種確有所需要寬度的體系。

（四）框架或支撐式筒體結構：

該系統有以下幾個顯著的特征：三維結構、支撐式結構、或由剪力墻形成的一個性質上差不多是圓柱體的閉合曲面，但又有任意的平面構成。由于這些抵抗側向荷載的柱子差不多都被設置在整個系統的中心，所以整體的慣性得到提高，剛度也是很大的。

（五）筒中筒結構：

筒體結構系統能使外墻中的柱具有靈活性，用以抵抗顛覆和剪切力。在建筑物的核心承重部分又被包圍了第二層的一系列柱子，它們被當作是框架和支撐筒來使用。配置第二層柱的目的是增強抗顛覆能力和增大側移剛度。這些筒體不是同樣的功能，有些筒體是結構的，而有些筒體是用來支撐的。

在結構筒中，剪切構件的偏角和柱、縱梁（例如：結構筒中的網等）的彎曲有關，同時，彎曲構件的偏角取決于柱子的軸心壓縮和延伸（例如：結構筒的邊緣等）。在支撐筒中，剪切構件的偏角和對角線的軸心變形有關，而彎曲構件的偏角則與柱子的軸心壓縮和延伸有關。

（六）核心交互式結構：

核心交互式結構屬于兩個筒與某些形式的三維空間框架相配合的筒中筒特殊情況。這種體系常用于那種外筒剪切剛度為零的結構。

在核心交互式結構中，內筒是一個支撐結構，外筒沒有任何剪切剛度，而且兩種結構體系能通過一個空間結構或“帽”式結構共同起作用。如果把外部的柱子看成是一種從“帽”到基礎的直線體系，這將是不合適的；根據支撐核心的彈性曲線，這些柱子只發揮了剛度的15%。內柱中與側向力有關的軸向力沿筒高度由拉力變為壓力，同時變化點位于筒高度的約5/8處。

（七）框格體系或束筒體系結構：

這種體系的重要特征就在于它既有堅固的一面，也有脆弱的一面。

這種體系的脆弱，特別是在結構筒中，與柱子的壓縮變形有很大的關系，對于那些層高為3.66米左右和平均壓力為138MPa的建筑，在荷載作用下每層柱子的壓縮變形為15（12）/29000或1.9毫米。在第50層柱子會壓縮94毫米，小于它未受壓的長度。這些柱子在50層的時候和100層的時候的變形是不一樣的，位于這兩種體系之間接近于邊緣的那些柱需要使這種不均勻的變形得以調解。必須垂直預壓低高度的柱子，以便使柱不均勻的變形差得以調解，調解的方法近似于后拉伸法，即較短的柱轉移重量到較高的鄰柱上。

總之。辦公樓的設計綜合考慮各個方面的工程因素，諸如布局的合理，安全，經濟，美觀，還要兼顧施工的方便。這是一個綜合性系統性的工程。結構設計主要是在建筑初步設計的基礎上確定建筑的結構，然后進行結構布置，并初步估算、確定結構構件的尺寸，進行結構計算，再根據方案階段確定的結構形式和體系，依據規范上規定的具體的計算方法來進行詳細的結構計算，因而要求我們分別從建筑，結構等不同角度去思考問題。將這些構件結合起來的方法正是高層建筑設計方法的本質。其結合方式需要在考慮環境、功能和費用后再發展，以便提供促使建筑發展達到新高度的有效結構。