办公楼抗侧向荷载的结构体系研究

易亮

摘要：某办公楼项目，采用框架结构，主体为五层，本地区抗震设防烈度为7度，近震，场地类别为II类场地。主导风向为西南，基本风压0.55kN/m，基本雪压0.50kN/m。楼﹑屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。

确定框架布局之后，首先进行层间荷载代表值的计算，接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。完成对楼板的配筋计算及平台板、梯段板、平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。

关键词：框架结构，抗震设计，荷载计算，内力计算，计算配筋

办公楼是公共建筑，其规范要求比较严格，能体现建筑和结构设计的很多重要的方面，选择办公楼建筑和结构设计，从而掌握办公楼设计的基本原理，妥善解决其功能关系，满足使用要求，是对建筑进行框架結构设计的重要部分。

框架结构的设计其结构建筑平面布置灵活，使用空间大，延性较好。具有良好的抗震能力。对办公楼有重要建筑结构非常适用，能满足其较大的使用面积要求。

一、设计基本资料

（一）初步设计资料

（1）工程名称：某市区某办公楼。

（2）工程概况：采用五层钢筋混凝土框架，梁板均为现浇。

（3）温度：最热月平均28℃，最冷月平均-20℃；

（4）相对湿度：年平均34%；

（5）相对风向：北风，基本风压0.55kN/㎡.

（6）雨雪条件：最大积雪深度0.40㎝，雪荷载0.50kN/㎡。

（7）年降雨量870㎜。

（8）水文资料：本次勘察深度范围内见一层地下水，为潜水。

（9）地震烈度：本工程地震设防烈度为7度，近震，场地类型：Ⅱ类。

（10）材料使用：

①混凝土：梁柱板均使用C30混凝土。

②钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，箍筋HPB300。

③墙体：240厚灰砂砖（18kN/m3），200厚蒸压粉煤灰加气砼砌块

④窗：均为钢框玻璃窗（0.45kN/m2）

⑤门：除大门为玻璃门（0.45kN/m2），办公室均为木门（10.2kN/m2）。

（二）结构选型

（1）结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。

（2）屋面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，屋面板厚120mm。

（3）楼面结构：采用现浇混凝土肋型屋盖，板厚120mm。

（4）楼梯结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯。

（5）天沟：采用现浇天沟。

二、设计方式分类

（一）抗弯矩框架

抗弯矩框架是低，中高度的建筑中常用的体系，它具有线性水平构件和垂直构件在接头处基本刚接之特点。

这种框架用作独立的体系，或者和其他体系结合起来使用，以便提供所需要水平荷载抵抗力。对于较高的高层建筑，由于在侧向力的作用下难以调动足够的刚度，所以不宜作为独立体系。

（二）支撑框架

支撑框架实际上刚度比抗弯矩框架强，在高层建筑中也得到更广泛的应用。这种体系以其结点处铰接或则接的线性水平构件、垂直构件和斜撑构件而具特色，它通常与其他体系共同用于较高的建筑，并且作为一种独立的体系用在低、中高度的建筑中。

（三）剪力墙

该体系的特点是具有相当薄的，通常是混凝土的构件，这种构件既可提供结构强度，又可提供建筑物功能上的分隔。

在高层建筑中，剪力墙体系趋向于具有相对大的高宽经，即与宽度相比，其高度偏大。由于剪力墙宽度狭窄受限，所以需要以某种方式加以扩大，以便提从所需的抗倾覆能力。在窗户需要量小的建筑物外墙中明显地使用了这种确有所需要宽度的体系。

（四）框架或支撑式筒体结构：

该系统有以下几个显著的特征：三维结构、支撑式结构、或由剪力墙形成的一个性质上差不多是圆柱体的闭合曲面，但又有任意的平面构成。由于这些抵抗侧向荷载的柱子差不多都被设置在整个系统的中心，所以整体的惯性得到提高，刚度也是很大的。

（五）筒中筒结构：

筒体结构系统能使外墙中的柱具有灵活性，用以抵抗颠覆和剪切力。在建筑物的核心承重部分又被包围了第二层的一系列柱子，它们被当作是框架和支撑筒来使用。配置第二层柱的目的是增强抗颠覆能力和增大侧移刚度。这些筒体不是同样的功能，有些筒体是结构的，而有些筒体是用来支撑的。

在结构筒中，剪切构件的偏角和柱、纵梁（例如：结构筒中的网等）的弯曲有关，同时，弯曲构件的偏角取决于柱子的轴心压缩和延伸（例如：结构筒的边缘等）。在支撑筒中，剪切构件的偏角和对角线的轴心变形有关，而弯曲构件的偏角则与柱子的轴心压缩和延伸有关。

（六）核心交互式结构：

核心交互式结构属于两个筒与某些形式的三维空间框架相配合的筒中筒特殊情况。这种体系常用于那种外筒剪切刚度为零的结构。

在核心交互式结构中，内筒是一个支撑结构，外筒没有任何剪切刚度，而且两种结构体系能通过一个空间结构或“帽”式结构共同起作用。如果把外部的柱子看成是一种从“帽”到基础的直线体系，这将是不合适的；根据支撑核心的弹性曲线，这些柱子只发挥了刚度的15%。内柱中与侧向力有关的轴向力沿筒高度由拉力变为压力，同时变化点位于筒高度的约5/8处。

（七）框格体系或束筒体系结构：

这种体系的重要特征就在于它既有坚固的一面，也有脆弱的一面。

这种体系的脆弱，特别是在结构筒中，与柱子的压缩变形有很大的关系，对于那些层高为3.66米左右和平均压力为138MPa的建筑，在荷载作用下每层柱子的压缩变形为15（12）/29000或1.9毫米。在第50层柱子会压缩94毫米，小于它未受压的长度。这些柱子在50层的时候和100层的时候的变形是不一样的，位于这两种体系之间接近于边缘的那些柱需要使这种不均匀的变形得以调解。必须垂直预压低高度的柱子，以便使柱不均匀的变形差得以调解，调解的方法近似于后拉伸法，即较短的柱转移重量到较高的邻柱上。

总之。办公楼的设计综合考虑各个方面的工程因素，诸如布局的合理，安全，经济，美观，还要兼顾施工的方便。这是一个综合性系统性的工程。结构设计主要是在建筑初步设计的基础上确定建筑的结构，然后进行结构布置，并初步估算、确定结构构件的尺寸，进行结构计算，再根据方案阶段确定的结构形式和体系，依据规范上规定的具体的计算方法来进行详细的结构计算，因而要求我们分别从建筑，结构等不同角度去思考问题。将这些构件结合起来的方法正是高层建筑设计方法的本质。其结合方式需要在考虑环境、功能和费用后再发展，以便提供促使建筑发展达到新高度的有效结构。