从综合办公楼结构设计分析抗震能力

从综合办公楼结构设计分析抗震能力
作者：尹杰
来源：《建筑建材装饰》2014年第05期
摘要：综合办公楼是复合性办公场所，她的结构是较为复杂的，体现在超高，平面不规则和竖向不规则三大方面。

本文从分析综合办公楼的设计特点出发，以综合办公楼结构设计理论为基础，分析综合办公楼结构体系类型，从而得到综合办公楼分析与设计方法，最后讨论了综合办公楼的抗震分析等方面。

关键词：综合办公楼；结构设计；抗震；设计特点
前言
随着经济的迅猛发展，我国办公楼建筑行业也经历了容许应力设计法、破损阶段设计法、极限状态设计法和概率极限状态设计法的重大变化。

但在结构设计安全度上一直没有大的变化，与国际通用设计标准相比始终处于低水平。

下面从安全现状去分析分析综合办公楼的安全抗震能力。

1综合性办公楼建筑结构设计安全度的现状
综合办公楼结构设计安全度的高低，是国家经济和资源状况、社会财富积累程度以及设计施工技术水平与材料质量水准的综合反映。

提高结构安全度必然会增加结构造价和耗费更多材料，但能相应降低结构的失效风。

所以，确定建筑的结构设计安全度，实际上是在结构造价与结构风险之间权衡得失，寻求较优的选择。

在结构设计标准中，安全度主要表现为安全系数（容许应力法、破损阶段法）、分项系数（极限状态法）和可靠指标（概率极限状态法），同时还与其它许多因素相关，如结构的构造规定，荷载标准值与材料强度标准值的取值，构件承载力计算公式的精度及结构内力分析的精度等。

2综合办公楼结构分析与设计特点
2.1水平载荷成为决定因素
任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力。

在较低楼房中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计，水平荷载产生的内力和位移很小，对结构的影响也就较小；但在较高楼房中尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响，水平荷载却起着决定性的作用。

随着楼房层数的增多，水平荷载愈益成为结构设计中的控制因素。

一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中所引起
的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面对某一高度楼房来说，竖向荷载的风荷载和地震作用，其数值随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

2.2轴向变形不容忽视
通常在低层建筑结构分析中，只考虑弯矩项，因为轴力项影响很小，而剪切项一般可不考虑。

但对于综合办公楼结构，情况就不同了。

由于层数多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使综合办公楼结构的内力数值与分布产生显著的改变。

对连续梁弯矩的影响：采用框架体系和框—墙体系的高楼中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。

当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁的中间支座产生沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩增大。

对构件剪力和侧移的影响，与考虑竖向杆件轴向变形。

当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁的中间支座产生沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩增大。

对构件剪力和侧移的影响，与考虑竖向杆件轴向变形的剪力相比较，不考虑竖杆件轴向变形时，各构件水平剪力的平均误差达30%以上，结构顶点侧移减小一半以上。

2.3侧移成为控制指标
与低层建筑不同，结构侧移已成为综合办公楼结构设计中的关键因素，随着楼层的增加，水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。

设计高层结构时，不仅要求结构具有足够的强度，能够可靠地承受风荷载作用产生的内力；还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，保证良好的居住和工作条件。

2.4结构延性是重要设计指标
相对低层结构而言，高层结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。

为了使建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采以恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

3高层家住结构体系结构
当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架—剪力墙体系。

在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。

在体系中框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平荷载。

框架—剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。

当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。

在剪力墙体系中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。

剪力墙体系属刚性结构其位移曲线呈弯曲型。

剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架—剪力墙体系。

凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体、筒体—框架、筒中筒、多束筒等多种型式。

筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。

实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。

筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超综合办公楼。

4综合办公楼结构分析与设计方法
综合办公楼结构是由竖向抗侧力构件（框架、剪力墙、筒体等）通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。

要完全精确文章从分析综合办公楼的设计特点出发，以综合办公楼结构设计理论为基础，分析综合办公楼结构体系类型，从而得到综合办公楼分析与设计方法，最后讨论了综合办公楼的抗震分析等方面。

5抗震分析与设计在综合办公楼的应用
在罕遇地震作用下，抗震结构都会部分进入塑性状态。

为了满足大震作用下结构的功能要求，有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。

当前国内外抗震设计的发展趋势，是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计，结构弹塑性分析成为抗震设计的必要的组成部分。

我国现行抗震规范（GB50011-2001）要求综合办公楼的抗震计算主要是在多遇地震作用下（小震），按反应谱理论计算地震作用，用弹性方法计算内力及位移。

对于重要建筑或有特殊要求时，要用时程分析法补充计算，并进行罕遇地震作用下（大震）的变形验算。

在我国综合办公楼的抗震分析与设计中常见的问题有以下几种：首先是高度问题，对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。

因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。

其次是材料选用和结构体系的问题，在综合办公楼中，我国150m以上的建筑，采用的三种主要结构体系（框—筒、筒中筒和框架—支撑），这些也是其他国家综合办公楼采用的主要体系。

但国外特别在地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构及混。