1、1商业办公大厦结构的设计研究摘要：本文重点介绍了某商业办公大厦工程结构设计的选型和计算方法，并对设计中遇到的问题进行处理分析，可供参考。 关键词：商业办公大厦；结构；设计 中图分类号：TU318 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）03-（页码）-页数 1.基本概况 本工程是一座集酒店和办公为一体的综合性大楼，建筑面积19320m2，地上总层数 20 层，群房 5 层，建筑总高度 82m。本工程的结构安全等级二级，结构设计使用年限为 50 年。根据建筑抗震设计规范GB50011，本地区抗震设防烈度 6 度，设计地震基本加速度 0.05g，设计地震分组为第一组。因本工程的商业
2、面积约为 10290m2，根据建筑工程抗震设防分类标准GB50223，属于重点设防类别，建筑抗震设防类别为乙类。 2.结构选型 本工程的平面像长方形，开间 8.4m，进深 32.1m，四跨。主体呈“Z”形。群房层高 5.8m，主楼层高 4.8m。结构体系采用框架-剪力墙结构，楼板采用普通现浇钢筋混凝土梁板。乙类建筑应按提高一度确定抗震等级（内力调整和构造措施） ，所以剪力墙的抗震等级为二级，框架的抗震等级为二级。由于建筑使用功能的限制，剪力墙布置时，在规范2允许的前提下，尽量把剪力墙布置在主楼的周边，这样即有利于建筑抗震，减少建筑的扭转效应，又能最大限度的不影响建筑的使用功能。布置楼面梁时，考
3、虑到开发商装修时的具体情况，加大了梁上的设计荷载。3.设计计算参数 其他设计参数主要依据现行建筑抗震设计规范 （GB50011-2010） ，高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ 3-2010） ， 混凝土结构设计规范（GB50010-2010） ， 建筑结构荷载规范 （GB50009-2012）和钢结构设计规范 （GB50017-2003）采用。 4.主体结构计算与分析 主体结构内力分析采用高层建筑空间有限元分析与设计软件 SATWE。分析计算时，定义为 2 层地下室，框架剪力墙结构，竖向荷载计算按模拟施工 3 加荷计算，计算周期比和位移比时对全楼强制采用刚性楼板假定（注：计算构件内力时为不
4、强制采用刚性楼板假定） ，振型组合方法采用 CQC 耦联，地震烈度为 6 度，场地类别为 3 类，考虑偶然偏心作用（计算构件内力时按考虑双向地震扭转效应进行了复核） 。经过分析与计算。X，Y 方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度 70%的比值或上三层平均侧移刚度 80%的比值均大于 1.0，地下室和底层的剪切刚度比大于 2.0，满足嵌固要求。楼层抗剪承载力及承载力比值除 5.8m 层高向4.80m 层高过渡时为 0.91 外（高规中规定抗震设计的 A 级高度的高层建筑要求受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的 80%） ，其他各层均大于 1.0。周期比为 0.847，前三个振型的数据如下：
5、 3底层框架柱地震倾覆弯矩百分比如下： 底层框架柱地震剪力百分比如下： 各工况下：X 方向最大值层间位移角：1/2543；Y 方向最大值层间位移角：1/1452；最大位移与层平均位移的比值：1.38。最大一个中柱的设计轴力为 22705 KN。 5.设计中特殊问题的处理 通过上述的计算分析，有几点需要注意： 第一点：底层柱倾覆弯矩百分比已经接近 50%，此数据不够理想。但底层柱剪力百分比为 X 向 14.53%，Y 向 15.57%。底层柱承担剪力百分比的理想范围在 15%50%之间，本工程基本在此范围内。故倾覆弯矩百分比基本可以接受。考虑到底层 Y 向的柱倾覆弯矩百分比已达到 48.63%，
6、因此框架的抗震等级严格按照 7 度要求确定抗震等级。 第二点：Y 方向最大值层间位移角 1/1452，满足 1/800 的限值。而最大位移与层平均位移的比值达到 1.38，已经接近超限高层专项审查限值 1.40。因此有条件的前提下宜调整剪力墙，降低此项比值。但经过和建筑协商未果，故只能采取增强两山墙处剪力墙之间连梁的刚度，减小中间框架的刚度来适当提高整体的抗扭刚度。 第三点：梁高问题。垂直向的框架主梁较高，最高的主梁高达1200mm。为了减低梁高，设计人员提出了两种方案。第一种方案，采用无粘结预应力梁，这样就带来楼面的混凝土等级要提高到 C40，楼面板的构造配筋率和温度配筋率也要相应提高，对混
7、凝土的温度收缩不利，而且造价有一定的增加，另外无粘结预应力的施工对整个施工工期周期有4一定的影响。衡量利弊之后，此方案没有采纳。第二种方案，主梁梁高达 1200mm，主要是 8.4m 开间中间的次梁荷载大部分都传到了垂直向的框架主梁上。故用调整内力的传递途径，来达到减小主梁的目的。 首先加高水平向的主梁梁高（包括外墙处的主梁） ，减小原先水平向的次梁梁高，使 8.4m 开间中间的次梁荷载大部分通过水平向的主梁传到柱子上。经过试算，效果较好。但经过和建筑专业协商，外墙处的水平向主梁只能做到 300770，不允许加高梁高。此方案行不通。后来，经过和开发商沟通，主梁梁高 1200mm 开发商可以接受
8、，故梁高问题也算圆满解决。 第四点：柱子的大小问题。开发商从使用功能和今后的发展考虑，对本工程的结构设计提出了一个强制要求，柱子的最大尺寸不能大于800900。根据前面的计算结果，最大一个中柱的设计轴力为 22705KN。针对这种情况，设计人员提出了三种方案。第一种方案，柱子采用高强混凝土，且加芯柱；第二种方案，柱子采用钢管混凝土柱。第三种方案，柱子采用型钢混凝土柱。第一种，高强混凝土柱子加芯柱的方案，经过计算，C60 的柱子的轴压比为 1.15，不满足要求。C70 的柱子的轴压比为0.99。而框架抗震墙结构中的柱子轴压比限值为 0.85，不满足要求。但是按照抗规表 6.3.7 的注释 3 和
9、 4 的要求对柱子箍筋直径和间距进行严格要求和设置芯柱后，柱子轴压比限值可以增加 0.15，即柱子轴压比限值可以放宽到 1.00。故经过对柱子的特殊加强，C70 的柱子还是能够满足设计要求。但是，经过了解，当地的施工水平有限，商品混凝土的强度等级只能做到 C55，故此方案不可行。第二种，采用钢管混凝土柱，经过计算，轴压比能较好的满足设计要求，但是，开发商不能接受，主要5是不利于装修，所以此方案也不可行。第三种，采用型钢混凝土柱，经过计算，轴压比为 0.83，满足设计要求，且经过同建筑专业和开发商沟通之后，各方均能接受此方案，柱子的大小问题也得到了圆满解决。 6.总结 （1）本工程经过分析计算，
10、周期比，刚度比，位移比，轴压比，剪重比和刚重比均能满足现行规范的要求，但个别数据已经接近限值，在建筑专业允许的前提下，已适当调整剪力墙布置。 （2）如果垂直向的主梁梁高采取措施后，可以降低梁高，框架的刚度就会减小，从而使得主体结构的刚度向结构的周边集中，有利于提高主体结构的整体抗扭刚度，一定程度上可以降低周期比，位移比的数值，使主体结构的安全度有所提高。 （3）柱子的大小问题虽然得到了圆满解决，但是对结构设计和施工提出了较高的要求。对结构设计，解决型钢混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接是关键。型钢混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接构造主要有 3 种，本工程采用的型钢混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接构造主要有 2 种，底部加强区采用了连接构造 2，而上部非加强区侧采用了连接构造 3。对施工来说，钢筋制作，型钢制作，梁主筋穿越型钢，型钢的安装垂直度和每层型钢的现场焊接等，均对施工方提出了相当高的要求，任何一个环节出现问题都将对结构的安全度产生极大的影响。所以，笔者认为，在采用高强混凝土柱子加芯柱的方法能满足设计要求时，尽量避免采用型钢混凝土柱。
