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，另外三作者三撰写三了《试论三现浇三砼空三心板三在双三向板三中的应用三问题三》一三文，三将刊三登在三《建三筑结三构》三（已三录用三），三主要三论述三了在三双向三板中三如何三布管三对结三构受三力有三利等三问题目前三工程三建设三标准三化协三会与三工国三建筑三科学三研究三院正三在编三写《三现浇三混凝三土空三心楼三盖结三构技三术规三程》2)三.超长三钢筋三混凝三土不三设永三久缝三的构三造措三施和三施工三措施为了三今后三业主三使用三方便三，结三合建三筑配三置要三求：三本建三筑物三不设三永久三伸缩三缝，三采取三以下三构造三措施三和施三工措三施来三减少三温度三和混三凝土三收缩三对结三构的三影响a对顶三层、三底层三、山三墙和三纵墙三端开三间等三温度三变化三影响三较大三的部三位提三高配三筋率三；b顶层三加强三保温三隔热三措施三；c每隔30三m～40三m间距三留出三施工三后浇三带，三带宽三为80三0m三m～10三00三mm，钢三筋采三用搭三接接三头，三后浇三带混三凝土三宜在三两个三月后三浇灌三；d采用三收缩三小的三水泥三、减三少水三泥用三量、三在混三凝土三中加三入适三量的三外加三剂；e提高三每层三楼板三的构三造配三筋率三；f在顶三层屋三面板三采用三了现三浇钢三筋混三凝土三整体三梁板三体系三，并三辅以三部分三无粘三结预三应力三筋，三以有三效地三控制三温度三应力三引起三的结三构裂三缝的三产生三及发三展。另外三作者三撰写三了《试论三采用预应三力筋三解决三超长三钢筋三混凝三土结三构》三一问三将刊三登在三《建三筑结三构》三（已三录用三），七.三特三殊要三求的三结构三处理1.按《三地下三工程三防水三技术三规范》（GB三50三10三8-三20三01）要三求工三程地三下防三水级三为二三级，三设防三要求三必须三为两三道，三其中三有一三道为三钢筋三混凝三土结三构自三防水三；第三二道三为建三筑柔三性防三水;2.为解三决地三下结三构防三水要三求及三大体三积混三凝土三收缩三问题三，需三在地三下结三构混三凝土三中参三入一三定量三的外三加剂三，以三提高三混凝三土的三密实三度和三在混三凝土三中建三立了三自应三力（三压力三），三以抵三抗水三泥水三化热三及其三他因三素引三起的三收缩三拉力;另外三在基三础长三度每三隔30～40三m留一三道贯三通顶三板、三底板三及墙三板的三施工三后浇三带，三带宽三不小三于80三0m三m，后三浇带三处底三板及三外墙三处采三用附三加防三水层三，后三浇带三混凝三土在三其两三侧混三凝土三浇灌三完毕三两个三月后三再用三高一三强度三等级三的混三凝土三浇灌;3.高层三建筑三与地三下车三库之三间不三设永三久缝三，采三取以三下技三术措三施以三减少三高层三与地三下车三库间三沉降三差：a.适当三扩大三高层三基础三底面三积，三以减三少基三底单三位面三积上三的压三力；三尽可三能减三少车三库基三底面三积，三以加三大基三底单三位面三积上三的压三力；b.在高三层与三车库三间设三置后三浇带三，后三浇带三宜设三在车三库一三侧，三后浇三带的三浇灌三时间三宜在三高层三主体三结构三完工三以后;c结构三设计三必须三验算三高层三与地三下车三库间三沉降三差，三并考三虑两三者的三沉降三差对三结构三的不三利影三响，三如加三强连三接处三梁板三的配三筋等三；4.关于三钢筋三混凝三土大三跨度三板裂三缝的三预防三措施为了三预防三大跨三度板三块裂三缝的三发生三，设三计将三在现三浇钢三筋混三凝土三空心三板中三放置三一些三预应三力钢三筋代三替普三通钢三筋，三一方三面提三高楼三板的三刚度三，另三一方三面预三防裂三缝的三出现三。5.关于三钢筋三混凝三