辦公樓抗側(cè)向荷載的結(jié)構(gòu)體系研究

易亮

摘要：某辦公樓項(xiàng)目，采用框架結(jié)構(gòu)，主體為五層，本地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，近震，場(chǎng)地類(lèi)別為II類(lèi)場(chǎng)地。主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂希撅L(fēng)壓0.55kN/m，基本雪壓0.50kN/m。樓﹑屋蓋均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

確定框架布局之后，首先進(jìn)行層間荷載代表值的計(jì)算，接著利用頂點(diǎn)位移法求出自震周期，進(jìn)而按底部剪力法計(jì)算水平地震荷載作用下大小，求出在水平荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力（彎矩、剪力、軸力）。接著計(jì)算豎向荷載（恒載及活荷載）作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。完成對(duì)樓板的配筋計(jì)算及平臺(tái)板、梯段板、平臺(tái)梁等構(gòu)件的內(nèi)力和配筋計(jì)算及施工圖繪制。

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計(jì)，荷載計(jì)算，內(nèi)力計(jì)算，計(jì)算配筋

辦公樓是公共建筑，其規(guī)范要求比較嚴(yán)格，能體現(xiàn)建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的很多重要的方面，選擇辦公樓建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而掌握辦公樓設(shè)計(jì)的基本原理，妥善解決其功能關(guān)系，滿(mǎn)足使用要求，是對(duì)建筑進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要部分。

框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)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(duì)辦公樓有重要建筑結(jié)構(gòu)非常適用，能滿(mǎn)足其較大的使用面積要求。

一、設(shè)計(jì)基本資料

（一）初步設(shè)計(jì)資料

（1）工程名稱(chēng)：某市區(qū)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(xiàn)澆。

（3）溫度：最熱月平均28℃，最冷月平均-20℃；

（4）相對(duì)濕度：年平均34%；

（5）相對(duì)風(fēng)向：北風(fēng)，基本風(fēng)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(nèi)見(jiàn)一層地下水，為潛水。

（9）地震烈度：本工程地震設(shè)防烈度為7度，近震，場(chǎng)地類(lèi)型：Ⅱ類(lèi)。

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

（二）結(jié)構(gòu)選型

（1）結(jié)構(gòu)體系選型：采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)體系。

（2）屋面結(jié)構(gòu)：采用現(xiàn)澆混凝土肋型屋蓋，屋面板厚120mm。

（3）樓面結(jié)構(gòu)：采用現(xiàn)澆混凝土肋型屋蓋，板厚120mm。

（4）樓梯結(jié)構(gòu)：采用鋼筋混凝土梁式樓梯。

（5）天溝：采用現(xiàn)澆天溝。

二、設(shè)計(jì)方式分類(lèi)

（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(xiàn)性水平構(gòu)件和垂直構(gòu)件在接頭處基本剛接之特點(diǎn)。

這種框架用作獨(dú)立的體系，或者和其他體系結(jié)合起來(lái)使用，以便提供所需要水平荷載抵抗力。對(duì)于較高的高層建筑，由于在側(cè)向力的作用下難以調(diào)動(dòng)足夠的剛度，所以不宜作為獨(dú)立體系。

（二）支撐框架

支撐框架實(shí)際上剛度比抗彎矩框架強(qiáng)，在高層建筑中也得到更廣泛的應(yīng)用。這種體系以其結(jié)點(diǎn)處鉸接或則接的線(xiàn)性水平構(gòu)件、垂直構(gòu)件和斜撐構(gòu)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(dú)立的體系用在低、中高度的建筑中。

（三）剪力墻

該體系的特點(diǎn)是具有相當(dāng)薄的，通常是混凝土的構(gòu)件，這種構(gòu)件既可提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(duì)大的高寬經(jīng)，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(kuò)大，以便提從所需的抗傾覆能力。在窗戶(hù)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(jié)構(gòu)：

該系統(tǒng)有以下幾個(gè)顯著的特征：三維結(jié)構(gòu)、支撐式結(jié)構(gòu)、或由剪力墻形成的一個(gè)性質(zhì)上差不多是圓柱體的閉合曲面，但又有任意的平面構(gòu)成。由于這些抵抗側(cè)向荷載的柱子差不多都被設(shè)置在整個(gè)系統(tǒng)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(jié)構(gòu)：

筒體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)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(dāng)作是框架和支撐筒來(lái)使用。配置第二層柱的目的是增強(qiáng)抗顛覆能力和增大側(cè)移剛度。這些筒體不是同樣的功能，有些筒體是結(jié)構(gòu)的，而有些筒體是用來(lái)支撐的。

在結(jié)構(gòu)筒中，剪切構(gòu)件的偏角和柱、縱梁（例如：結(jié)構(gòu)筒中的網(wǎng)等）的彎曲有關(guān)，同時(shí)，彎曲構(gòu)件的偏角取決于柱子的軸心壓縮和延伸（例如：結(jié)構(gòu)筒的邊緣等）。在支撐筒中，剪切構(gòu)件的偏角和對(duì)角線(xiàn)的軸心變形有關(guān)，而彎曲構(gòu)件的偏角則與柱子的軸心壓縮和延伸有關(guān)。

（六）核心交互式結(jié)構(gòu)：

核心交互式結(jié)構(gòu)屬于兩個(gè)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(jié)構(gòu)。

在核心交互式結(jié)構(gòu)中，內(nèi)筒是一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)，外筒沒(méi)有任何剪切剛度，而且兩種結(jié)構(gòu)體系能通過(guò)一個(gè)空間結(jié)構(gòu)或“帽”式結(jié)構(gòu)共同起作用。如果把外部的柱子看成是一種從“帽”到基礎(chǔ)的直線(xiàn)體系，這將是不合適的；根據(jù)支撐核心的彈性曲線(xiàn)，這些柱子只發(fā)揮了剛度的15%。內(nèi)柱中與側(cè)向力有關(guān)的軸向力沿筒高度由拉力變?yōu)閴毫Γ瑫r(shí)變化點(diǎn)位于筒高度的約5/8處。

（七）框格體系或束筒體系結(jié)構(gòu)：

這種體系的重要特征就在于它既有堅(jiān)固的一面，也有脆弱的一面。

這種體系的脆弱，特別是在結(jié)構(gòu)筒中，與柱子的壓縮變形有很大的關(guān)系，對(duì)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(huì)壓縮94毫米，小于它未受壓的長(zhǎng)度。這些柱子在50層的時(shí)候和100層的時(shí)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(diào)解。必須垂直預(yù)壓低高度的柱子，以便使柱不均勻的變形差得以調(diào)解，調(diào)解的方法近似于后拉伸法，即較短的柱轉(zhuǎn)移重量到較高的鄰柱上。

總之。辦公樓的設(shè)計(jì)綜合考慮各個(gè)方面的工程因素，諸如布局的合理，安全，經(jīng)濟(jì)，美觀，還要兼顧施工的方便。這是一個(gè)綜合性系統(tǒng)性的工程。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是在建筑初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上確定建筑的結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，并初步估算、確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，再根據(jù)方案階段確定的結(jié)構(gòu)形式和體系，依據(jù)規(guī)范上規(guī)定的具體的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算，因而要求我們分別從建筑，結(jié)構(gòu)等不同角度去思考問(wèn)題。將這些構(gòu)件結(jié)合起來(lái)的方法正是高層建筑設(shè)計(jì)方法的本質(zhì)。其結(jié)合方式需要在考慮環(huán)境、功能和費(fèi)用后再發(fā)展，以便提供促使建筑發(fā)展達(dá)到新高度的有效結(jié)構(gòu)。