试论中关村某办公楼结构设计

试论中关村某办公楼结构设计

[提要]本文详细介绍了某办公楼结构设计计算，同时就一些特殊问题的特殊处理进行了探讨。[关键词]结构体系，安全经济，构造措施，

一.概况本设计为中关村某办公楼设计，该工程是中关村西区配套唯一的商业设施，也是小区边缘的标志性建筑，其中：地下三层，平面尺寸为124.40mx54.90m，地下二、三为汽车库，地下一为商业用房；地上16层，平面尺寸为，地上一、二为商业用房、其他为办公用房。见附图1~6

二.设计依据1.基本风压0.45KN/m2(按50年一遇的风压采用)2.基本雪压0.40KN/m2(按50年一遇的雪压采用)3.土壤冻结深度80cm4.地震设防烈度8度(设计基本地面加速度为0.20g,设计地震分组为第一组)5.工程地质,根据（建设综合勘察研究设计院）2002年7月所作中关村某《岩土工程勘察报告》可知：(1)地基土层分部由上至下分别为：1杂填土层，11素填土层，2新近沉积粉质粘土层，3粘质粉土层，4粉质粘土层，5粘质粉土层6粉质粘土层，7卵石粉细砂互层，8粉质粘土层，9粘土层，10粉质粘土层，11卵石层，12粉质粘土层，13卵石层，(2)结论和建议a.各层土天然地基承载力标准值fka如下：地层名称

承载力标准值fk（kPa）2新近沉积粉质粘土803粘质粉土层1404粉质粘土层1405粉质粘土层1606卵石粉细砂互层2407粉质粘土层1808粘土层2009粉质粘土层20010卵石层35011粉质粘土层22012卵石层400b.场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为III类c.办公楼天然地基土承载力难以满足设计要求。另外，因6层卵石粉细砂互层在场区内分布不均，于场区东北部缺失，将对建筑物沉降产生不利影响。因此，基础设计时，应充分考虑地基土的不均匀性产生的差异沉降对建筑物的影响。综合以上因素，建议对建筑物地基进行处理以提高其承载力，同时减小建筑物的不均匀沉降。地基处理建议采用CFG桩复合地基方案.但设计经过计算认为采用天然地基基础能满足设计要求，为此要求业主对地基是否要进行处理进行专家论证会.经过专家论证认为采用天然地基基础完全满足设计要求。为此为业主节约400多万元地基处理费三.结构设计标准建筑安全等级为

二级建筑抗震设防类别为

丙类建筑抗震等级：

剪力墙：

一级

框架

：

一级本建筑结构设计使用年限为50年四.结构设计1.地下结构地下为三层,柱网为8.4mx8.4m,层高为3.4m+3.4m+5.1m,底板考虑受力及防水要求采用板式筏板基础，筏板厚为1200mm,柱冲切不够时，利用建筑地面厚度向上做柱帽。地下楼板经过方案比较认为采用井字梁较为合理，主梁断面400x600;次梁断面300mmx500mm;板厚：地下二、三顶板厚为150mm;地下一层顶板厚取200mm;地下柱：上部有主体结构部分柱为：1100mmx1100mm；仅有地下部分的柱为：800mmx800mm,外墙厚为350mm,中心楼电梯间筒体墙厚为400mm。地下结构采用C40混凝土，底板及外墙均采用防水混凝土，抗渗等级要求2.0Mpa。2.上部结构选型：本工程结构根据不同的建筑使用功能要求及抗震设计的要求,经方案优化，认为采用框架剪力墙结构较为合理，力争做到既安全又经济的目的，现分别简述如下：本建筑地上部结构平面尺寸为84.00mx33.60m,16层，地面上总高为60m,柱网为8.4mX8.4m,采用钢筋混凝框架剪力墙结构，地上一~五层：框架柱为1000mmx1000mm,剪力墙厚为400mm,地上一框架梁为400X600mm;地上二~五框架梁400x500mm,地上六~十层：框架柱为800mmx800mm,剪力墙厚为350mm,框架梁为400X500mm；地上十~十六层：框架柱为600mmx600mm,剪力墙厚为300mm,框架梁为400X500mm。地上一~六层混凝土采用C40；地上七~十一层混凝土采用C35；其它层混凝土采用C30。地上各层楼板均采用（BDF高强薄壁管）现浇钢筋混凝土空心楼盖,空心板厚为250mm,由于平面尺较长，再考虑建筑配置，设缝较为困难，因此结构不设缝，但要采取构造措施和施工措施减少温度和混凝土收缩对结构的影响，详见新技术采用部分。五.结构计算本工程选用中国建筑科学研究院编制的《高层建筑结构空间有限元分析软件》（墙元模型）SATWE(2002年1月)进行计算；基础选用中国建筑科学研究院编制《JCCAD》基础计算软件进行计算，对于筏基分别采用倒楼盖和弹性地基进行计算。另外对于复杂的大跨度异型板分别采用SATWE复杂楼板有限元分析与设计(slabCAD)软件及STAAD/Pro(结构设计分析软件)对其进行复杂楼板有限元分析。现将主要结构的计算结果汇总如下表：

周期:转角平动系数扭转系数1.411489.661.000.001.2035166.870.060.920.83250.210.940.060.338630.850.090.910.320291.370.990.01T1/Tt=1.2035/1.4114=0.850.22310.130.950.050.16799.550.090.910.146990.581.000.000.11520.150.930.07各阵型作用下X，Y方向的基底剪力阵型号X向剪力knY向剪力kn1.5134352.922464.7655.8254389.650.58862.75159.149.6720317.4717216.250.02194.970.910.225713.2394666.020.02结构整体稳定验算结果X向刚重比Ejd/GH2=24.41Y向刚重比Ejd/GH2=9.09该结构的刚重比大于1.4，能够通过高规的整体稳定验算；同时刚重比大于2.7，可不考虑重力二阶效应。剪重比各楼层的剪重比均大于抗规条要求：最小剪重比>3.2%

有效质量系数X方向的有效质量系数99.01%；Y方向的有效质量系数99.50%层间位移控制X向最大层间位移角:1/1869(第13层）；Y向最大层间位移角:1/1038(第17层）;最大层间位移与平均位移比控制(在考虑偶然偏心地震力作用下）各楼层最大层间位移与平均位移比均小于1.2符合高规条要求框架柱地震倾覆弯矩百分比柱倾覆弯矩墙倾覆弯矩框架柱地震倾覆弯矩百分比X向地震221936.93336626.26.24%Y向地震354412.02320386.513.25%均小于50%所以框架柱的抗震等级应按框架---剪力墙结构中的框架考虑由以上计算结果来分析，结构的刚度合理，其它均符合现行有关规范的要求，说明所选结构体系及配置是合理的。六.建筑新技术、新材料采用1.

楼盖体系的合理选择：高层公共建筑体系的混凝土楼盖结构通常的形式为梁板和实心平板，目前业主往往需要大开间、大柱网和大空间灵活隔墙，为了多出使用面积，将层高降低，以及便于今后使用功能的变更等等，传统的梁板和实心板结构已不能很好的适应这种需求，为了适应这种要求，近年来国家建设部推广的现浇钢筋混凝土空心楼盖应用技术填补了传统结构不足，且整体的综合造价有所降低。它可在传通的建筑结构形式中，将空心薄壁圆管（BDF高强薄壁管）埋入实心板内，并按一定方向排列、现场浇注成型，使原实心平板变成空心板。这样以来不仅减轻了结构自重，节省了混凝土用量；同时也增加了楼层刚度,有效防止楼板裂缝的出现，由于楼盖自重减少，这样以来框架梁柱的断面及基础就可相应的减小，使有效空间充分利用；另外这种楼盖的隔音、隔热、保温性能均优于实心板；这种结构抗震性能良好，由于楼盖自重降低，使地震力减小，这不仅对基础设计有利，而且对结构抗震更为有利，同时也可降低工程造价，还可加快施工进度。因此本设计采用250厚的“BDF”高强薄壁管现浇钢筋混凝土空心楼盖，另外寒作者甩撰写劝了《试论臭现浇粉砼空糕心板裙在双陶向板棕中的应用问雄题》一腾文，将倾刊登在劝《建筑展结构》男（已录夫用），脏主要论迷述了在算双向板及中如何唱布管对笋结构受桃力有利粉等问题目前工闸程建设镇标准化走协会与吸工国建鹊筑科学士研究院觉正在编僻写《现偏浇混凝似土空心遍楼盖结仗构技术连规程》2)兴.超长躁钢筋集混凝储土不棚设永介久缝公的构教造措桐施和纸施工朴措施为了今企后业主剖使用方标便，结磨合建筑纪配置要洁求：本坑建筑物吗不设永赖久伸缩眠缝，采诉取以下孩构造措各施和施引工措施院来减少贤温度和认混凝土隔收缩对筋结构的余影响a对顶渣层、稳底层窄、山切墙和么纵墙价端开舅间等愁温度植变化晚影响荒较大闭的部皆位提施高配摔筋率去；b顶层汪加强怨保温采隔热槐措施英；c每隔30情m～40m间距留耽出施工借后浇带衡，带宽截为800尼mm～100嫩0mm，钢筋践采用搭袋接接头部，后浇晓带混凝茶土宜在必两个月宜后浇灌像；d采用正收缩肌小的粪水泥禾、减辞少水滥泥用鸦量、耳在混特凝土饺中加唉入适伶量的淹外加跃剂；e提高端每层坊楼板国的构损造配逆筋率偿；f在顶层肤屋面板竿采用了蹄现浇钢购筋混凝源土整体万梁板体泽系，并随辅以部皂分无粘督结预应届力筋，环以有效露地控制捎温度应盟力引起峰的结构堤裂缝的馆产生及宵发展。另外作长者撰写型了《试论采秆用预应辰力筋代解决析超长斯钢筋套混凝迟土结坝构》绵一问塌将刊姐登在谦《建急筑结描构》季（已贿录用缎），七.荒特充殊要芬求的绳结构肥处理1.按《地何下工程将防水技喉术规范》（GB5储010敞8-2脉001）要求挖工程地段下防水屑级为二挡级，设伞防要求折必须为籍两道，悟其中有殊一道为枕钢筋混盒凝土结浮构自防车水；第叉二道为殊建筑柔东性防水;2.为解涂决地膀下结侧构防尖水要御求及各大体干积混圣凝土闪收缩责问题扣，需役在地东下结错构混崇凝土糟中参李入一信定量台的外耕加剂性，以原提高尺混凝田土的功密实垒度和烤在混恐凝土守中建配立了盒自应稍力（僵压力昏），喘以抵田抗水牢泥水流化热救及其妙他因独素引攻起的酷收缩损拉力;另外避在基涂础长刺度每努隔30～40m留一嚼道贯乖通顶切板、熟底板叠及墙余板的俘施工牵后浇兄带，佣带宽师不小赴于80列0m良m，后牺浇带扩处底愈板及晚外墙顽处采珍用附炸加防硬水层灵，后贷浇带和混凝鸽土在酿其两墓侧混霜凝土唉浇灌龄完毕去两个胳月后颗再用司高一盆强度匹等级孔的混体凝土撑浇灌;3.高层建惊筑与地晨下车库择之间不码设永久仇缝，采炊取以下忧技术措霞施以减斯少高层猛与地下染车库间侧沉降差贫：a.适当扩黑大高层谦基础底陶面积，舅以减少敲基底单忽位面积评上的压剑力；尽外可能减嘉少车库堵基底面葡积，以路加大基射底单位真面积上电的压力靠；b.在高皆层与仓车库演间设认置后规浇带斤，后慢浇带绪宜设克在车肚库一腰侧，饺后浇涛带的蝴浇灌绢时间鸭宜在剥高层乎主体煮结构此完工良以后;c结构担设计酬必须丙验算贺高层缎与地林下车需库间白沉降慈差，斤并考骨虑两街者的锋沉降奔差对斜结构纸的不明利影邪响，买如加披强连询接处向梁板斩的配供筋等对；4.关于抵钢筋搭混凝绳土大直跨度楼板裂天缝的呢预防州措施为了拌预防州大跨吼度板猫块裂扩缝的喉发生蜜，设据计将蚂在现羊浇钢洽筋混尸凝土币空心微板中薄放置面一些刷预应通力钢孕筋代怜替普梦通钢费筋，娘一方脂面提半高楼胞板的蜡刚度