办公楼结构设计的难点及优化方法

1、办公楼结构设计的难点及优化方法导言本文结合工程实例，主要就某高层建筑结构设计体系及难点进行分析，从中提出了相应的优化方法，主要从结构计算、构件设计和结构温度效应控制等方面进行了论述，以供结构设计人员参考。工程概况某办公楼，由4栋12层高层组成，地下1层，层高5m，地上1层层高5.2m，标准层层高3.9m。建筑呈圆环形布局。工程设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为类。本文主要就4号楼的结构设计进行分析。结构设计体系及难点1.结构布置及结构体系4号楼主楼采用框架-剪力墙结构体系，结合建筑平面布置，剪力墙主要布

2、置在楼电梯间等交通核处，以减少对建筑功能的影响。建筑立面呈外倾趋势，圆弧外圈从5层起向外悬挑，以上各层悬挑长度以800mm递增。在满足建筑功能和使用要求的前提下，确定采用斜柱解决建筑外倾问题，结构标准长度为180m，宽度为25m，结构长宽比为7.2。2.设计难点及优化方法本工程主要有以下一些技术难点：（1）平面不规则：结构长宽比达到7.2，大于规范限值6.0。（2）扭转不规则：由于结构长宽比较大，且上部楼层向外倾斜，导致结构的扭转效应明显，扭转位移比大于1.2。（3）斜柱和穿层柱：为了避免结构对建筑房间功能的影响，扇形外圈框架借助建筑外倾的立面造型，采用了向外倾斜的斜框架结构，倾斜角度约为12

3、。（4）平面超长：4号楼平面长度为180m，属于平面超长结构。针对结构设计技术难点，提出了以下优化方法：（1）控制结构扭转效应。在结构布置时，采用了开大洞短墙肢和弱连梁等形式适当弱化中间两个核心筒的刚度，减小中间结构刚度，减少扭转的不利影响。（2）控制开洞处楼板和与斜柱相连楼板的拉应力水平，保证楼板刚度，采取加强配筋等措施。（3）平面中存在较多的斜柱，导致结构倾覆作用增大，斜柱在竖向力作用下产生较大的附加弯矩，在设计中需要考虑这些不利影响。（4）超长平面需要考虑温度效应对结构的影响，设计中考虑升温和降温两种工况，将温度效应与恒、活荷载进行组合。结构计算与结果分析根据结构抗震性能要求，对底部加强

4、部位剪力墙进行了详细的分析，主要分析内容为：在设防烈度地震作用下，需满足抗剪不屈服。根据高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ32010）中3.11.3条要求，对相应结构部位剪力墙的抗剪承载力和正截面抗弯承载力进行了验算。设防烈度地震不屈服验算时荷载组合系数均取1.0，地震荷载不与风荷载组合，不考虑与抗震等级相关的调整系数，承载力计算时根据实配钢筋和材料强度标准值计算墙肢的实际承载力。计算结果表明：设防烈度地震作用下，底部加强部位剪力墙能够达到设防烈度地震抗剪不屈服的设计目标，承载比均在0.90以下，能满足抗剪承载能力要求。底部加强部位墙体水平钢筋配筋率基本在0.3%以下，除了Q-7墙体纵筋在底层

5、计算值较大外（计算值为58cm2，实际配筋为60.8cm2，暗柱实际配筋率为1.9%），其他墙肢纵筋配筋率基本在0.8%以下，处于合理范围，说明底部加强部位墙体在设防烈度地震作用下截面合适，能够满足设防烈度地震相应的性能目标。结构超长温度效应分析本工程结构平面长度达180m，远远超过混凝土结构设计规范（GB500102010）所建议的适用长度，同时结构两端存在核心筒，对楼板的水平约束较强，温度效应不可忽略，需要对结构进行温度效应分析。根据中国气象局公布的该地区30年平均气象数据，本地区月平均气温最高为7月32.1，最低为1月-1.3。考虑到当地施工季节性，混凝土浇筑的终凝温度在1520之间，则

6、需考虑的最大正温差为32.1-15=17.1，最大负温差为-1.3-20=-21.3。进行温度效应分析时，应考虑混凝土徐变引起的应力松弛，考虑混凝土徐变时的温度应力会远远小于相应弹性分析的结果，应对温度效应进行折减。最终分析表明：在温度效应下，结构长向端部位移量较大，升温时，端部X向位移绝对分量最大的在顶层，为10.4mm，降温时，对应最大位移量为13.3mm，相对位移较大的均在下部4层左右。温度对竖向构件的内力影响较大，由于底部几层受基础的约束作用明显，在温度效应下，底部几层竖向构件受温度效应影响尤其明显。对楼板影响较大的为降温工况，分析表明，在降温工况下，平面端部中的楼板拉应力较大，其中绝大部分拉应力在1.4MPa以下，小于混凝土的抗拉强度设计值，在核心筒和洞口周围的框架柱附近楼板拉应力水平较高，个别区域出现了应力集中现象。基于楼板应力分析结果，