综合办公楼建筑结构设计

论文题目 综合办公楼建筑结构设计 □教师推荐题目 □自拟题目 题目来源 生产实践 题目类别 应用研究 指导教师 郭希贤 选题的目的、意义(理论意义、现实意义): 毕业设计要求我们在指导老师的指导下，独立系统的完成一项工程设计，解决与之有关的的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图集以及工程实践中常用的方法。对于培养学生初步的科学研究能力，分析解决问题能力有重要意义。在完成毕业设计过程中，我们需要运用感性和理性知识去把握整个建筑的处理，这其中就包括建筑外观和结构两个方面。同时积极、独立的完成本次毕业设计也为今后的实际工作做出的必要的准备。 本次选题为框架办公楼设计，理论意义在于理解办公楼建筑设计主流思想，并将理论与实际设计经验紧密结合，设计出功能较为完善，结构布局合理，具有一定特色的框架结构办公楼。

选题的研究现状（理论渊源及演化、国外相关研究综述、国内相关研究综述）：

拟建场地位于隆阳区惠通路中段，场地原为耕地，后因城市建设作为开发用地。场地北面为田家炳中学，南面为昆泰中央一名门。详见插图。首先，从位置和地段来看，靠近商业圈，人流、物流、信息流和资金流汇聚，增值空间较大；同时，位于市政设施完善且交通和通信方便的地段，而且中心占位与地标魅力更能凸显企业身份和形象，对商务合作形成有利影响。所以该拟建项目拟建办公楼为首选。 近年来框架结构在世界各地又有了很大的发展，许多城市普遍兴建了包括商场、住宅、旅馆、办公楼和多功能建筑等各种类型的框架结构建筑。土木工程专业学生毕业后参加或从事框架结构设计已成为必须面对的现实之一。此外框架结构建筑空间布置比较灵活,可以形成较大的空间，自重轻，有利于抗震，节省材料等优点，且能满足地区8度的抗震设防的要求，因此本办公楼设计采用采用现浇混凝土框架结构。 由于本工程是办公类建筑，建筑平面设计主要应考虑建筑物的功能要求，力求建筑物的美观大方，同时兼顾结构平面布置尽量规则合理和抗震要求，以便于结构设计。 国内外相关研究综述： 该综合办公楼是一个集商场、办公、餐饮、健身、休闲为一体的综合办公楼。 1.建筑设计 从某种程度上说，我们现所在做的建筑设计都属于未来的建筑，是供未来使用的，所以我们在做设计时就要充分考虑到未来办公的发展趋势。文献中指出未来办公必然是人性化、智能化、生态化、移动化和集成化的，这是未来办公的趋势。 该项目由主楼和附属楼构成，由空中连楼将主楼于附属楼有机的联系在一起。中建筑与城市的道路之间退让出一定大小的城市广场，将道路对办公楼的噪音影响减少到最低，且将两栋建筑错开布置，减少了视线的干扰。 1.1建筑外立面设计 整个建筑的外立面设计采用现代简约的建筑风格，突出强调建筑体量的虚实对比以获得强烈的视觉感受，并且每一个方向上的建筑立面均不相同，给人丰富的视觉体验，让建筑不显单调乏味。 该项目的每层楼板处都有墙饰条进行装饰，平直的双线条给人们在水平方向上的延伸感，使人心情舒畅。主楼与附属楼之间通过连楼连接，使主楼与副楼的交接感十足。建筑空际轮廓线富于变化，在建筑处理手法上采用虚实对比组合形式，是整个建筑韵律美十足，让整个建筑散发出勃勃生机。 1.2屋顶花园（生态化设计） 方案为创造一个人性化、生态化、舒适的办公环境，分别在附属楼的楼顶及连楼的楼顶、主楼第三、四、七、八层的卫生间旁设置了屋顶花园。该方案也是综合考虑到地区气候较为炎热，屋顶花园的设计不仅可以起到吸收热量，调节小气候，减小建筑的热负荷，而且可以保护屋面不受阳光直射，减缓防水层的老化，延长屋面的使用寿命。除此之外屋顶花园也是为了给紧张工作的人们舒缓压力，可以在上班之余可以与大自然进行亲密的接触，为人们提供交谈、休息的空间场所，也是移动办公的好去处。 1.3城市广场设计 良好的绿化设计不仅是体现建筑生态的设计手段，更重要的是其营造的健康舒适的空间，不仅要在功能上满足绿色建筑的要求，更要满足使用者心灵和精神上的要求。在该城市广场的设计中，大胆的运用曲线对地面进行装饰，宛如水流一般，星星点点的椭圆花坛镶嵌在曲线之间，就像水流中的岛屿，水流的律动感和穿梭感淋漓尽致，表现和象征着活泼的商业气象。 2.结构设计 2.1工程概况 本工程位于隆阳区兰城路中段为一栋综合办公楼。综合办公楼总建筑面积约10580m2；建筑体主要包含主楼和副楼，主楼地面以上9层，高度为 32.4m,副楼地面处以上高最高处18m，两栋楼南北相对，之间采用连楼和屋面桁架相连，连楼宽度 12m,跨度 4.5m；无地下室。 本工程设计使用年限为 50 年；抗震设防类别为丙类；建筑结构安全等级为一级；抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g；设计地震分组为第三组；框架抗震等级为三级；根据地勘报告，拟建场地场地类别为Ⅲ类，地层分布较稳定，无液化土层，特征周期 Tg=0.4026S；地面粗糙度类别：B 类；体型系数：1.3;基本雪压不考虑。 2.2结构选型 近年来框架结构在世界各地又有了很大的发展，许多城市普遍兴建了包括商场、住宅、旅馆、办公楼和多功能建筑等各种类型的框架结构建筑，技术较为成熟。框架结构由梁、板、柱、基础构成，具有空间布置灵活，自重轻，抗震性能好，结构传力路径简单等优点。又综合考虑了地区的抗震设防烈度，建筑的抗震类别，建设场地的地勘报告建筑高等相关参数后，最终选取现浇钢筋混凝土框架结构为该项目的结构。 2.3确定构件尺寸 参考文献[4]框架柱的截面尺寸：截面高度 h=H/6～H/12,截面宽度b=1h～h/1.5,其中H为房屋层高。也可按轴心受压柱估算,考虑弯矩的影响,将轴力乘以1.2～1.4的放大系数。 框架主梁的截面尺寸:截面高度h=L/8～L/14,截面宽度b=h/2～h/3 ,其中L为梁的计算跨度。可根据跨数、荷载、承重、非承重选取大者或小者,一般可取h=L/10,b不宜小于 200mm,也不宜小于h/4 。次梁的截面高度h=L/12～L/18 ,应比框架主梁高度至少小50 mm,可以的话,最好比主梁小100mm。次梁的截面最好比主梁宽度小50 mm ,一般可取 200 mm或250mm,但不应小于150mm。主次梁相交处应注意附加箍筋或附加吊筋的增设。 楼板的结构体系常用的有双向板和单向板两种。一般情况下 , 可通过次梁使楼板尽量成为双向板结构 , 这样可以使整体受力更加合理 , 配筋也更加均匀 , 楼板厚度也可以比单向板要薄一些。通常 , 单向板板厚可取 h=L/30～L/35 ,双向板板厚可取h=L/35～L/45 ,可根据荷载、跨数及使用实际情况取大者或小者。一般来说,框架结构的楼板板厚不宜小于100mm。另外,还要注意楼板开洞的各种处理方法。 普通楼梯是多层房屋的竖向主要通道之一,要注意楼梯柱TZ 的灵活布置及楼梯梁的合理选择和布置。要保证楼梯梁下的净高不应小于2m , 楼梯段净高不应小于2. 20m。一般来说,板式楼梯板的板厚可取h=L/30 。 自动扶梯是现在大型商场所必需的竖向通道之一,要注意自动扶梯相交处的框架梁高度和宽度的特殊要求。由于自动扶梯的存在,该处的框架梁宽度不宜小于350mm ,高度一般也不小于1000mm,而且在梁上部还要按建筑要求预留缺口形状,以方便自动扶梯的安装。 2.4.周期折减系数 参考文献[5]，对于较高层建筑，当不考虑扭转耦联时，振型数应不小于 3；当振型数多于3时,宜取为3的倍数，但不能多于层数；当房屋层数不大于2时,振型数可取层数。对于不规则建筑,当考虑扭转耦联时，振型数应不小于9；结构层数较多或结构刚度突变较大时，振型数应多取，如结构有转换层,顶部有小塔楼等,振型数应大于 12或更多，但不能多于房屋层数的3倍。有必要时，才可以取更多的振型。文献明确指出:振型数可以取振型参与质量达到总质量 90%所需的振型数。 4.连楼结构设计 4.1钢结构不仅适用于高层、超高层建筑，也是体型复杂的连体结构的首选。所以该连楼部分采用钢结构，连接方式采用一端滑动、一端铰接，通过滑动端在X、Y向的变形释放双塔之间的影响，从而减轻了双塔由于铰支座变形协调而产生的附加力。 连接体结构与主体结构非刚性连接时，支座滑移量应能满足两个方向罕遇地震作用下的位移要求。参考文献复杂高层建筑结构设计中指出，空中连廊、屋面桁架与主体结构在连廊或桁架跨度方向的抗震缝宽Wc由式（1）计算： 式(1) 式中W c 表示防震缝宽度,Δ1 、Δ2 表示沿跨度方向连接体支座处大震弹塑性位移，可由式(2)近似得到： Δ1(Δ2)=2β大Δ1E(Δ2E) 式(2) 式中β大 表示大震作用与小震作用比值（β大= αmax大震/αmax小震=6），系数 2 考虑大震作用下结构进入弹塑性阶段后结构弹性刚度退化影响；Δ1E、Δ2E表示沿跨度方向连接体支座处小震弹性位移。 连接体一端滑动、一端铰接时，滑动端支座宽度b如图3所示，可按式(3)计算： b≥2Wc+bc 式(3) 式中bc表示连廊沿跨度方向最小支承宽度，本工程取值为300mm;系数2考虑滑动端支座最小宽度应能满足同向运动避免塔楼与连廊碰撞及反向运动防止连廊滑落的要求。 4.2 连廊支座节点处牛腿抗震构造措施连楼的滑动支座及铰支座均搁置在剪力墙端柱的外伸牛腿上，为保证两塔楼在地震作用下能在足够支座宽度范围内发生水平错动且有一定的限位措施，两牛腿之间设置拉梁及拉板，并在牛腿侧面设置 100厚混凝土立板。为保证牛腿在罕遇地震时有足够刚度和承载力，另在牛腿内设工字形钢骨，钢骨与剪力墙端柱内的型钢翼缘板坡口熔透焊接，达到牛腿在弹性阶段与主体刚性连接，在弹塑性阶段牛腿仍能与主体可靠连接，不致塌落，便于修复，真正做到强节点弱连接。 4.3连廊及屋面桁架滑动支座、铰支座选型由于塔楼与连楼为弱连接，支座既要承受拉压力，又要具有足够的变形协调能力，因此本工程的滑动支座采用可双向滑动的抗震球形钢支座，并设置限位装置;铰支座采用具有转动能力的抗震球形钢支座。抗震球形钢支座能够承受很大拉压力及水平方向剪力，具有转动及平动能力，抗震性能优越，同时采用聚四氟乙烯制品，摩阻力小，保证支座灵活转动，主要材料钢材及聚四氟乙烯耐久性好，满足建筑设计使用年限。 5.多层框架房屋地基基础设计 5.1 要正确地阅读和使用地质报告。熟悉勘察报告的主要内容,了解勘察结论和计算指标的可靠程度,进而判断报告中的建议对该项工程的适用性。这里,要把场地的工程地质条件与拟建建筑物的具体情况和要求联系起来进行综合分析。 5.2 在满足承载力和变形的基本要求下 , 尽量采用比较经济的天然地基上的浅基础。地基持力层的选择应从地基基础和上部结构的整体性出发 , 综合考虑场地土层的分布情况及稳定性,土层的物理力学性质,建筑物的体型、结构类型和荷载性质与大小,还要考虑地下水的影响。 5.3多层房屋一般采用条形基础或独立基础。一般先由地基承载力和变形确定基础底面尺寸 , 然后再进行基础截面设计验算。基础高度由混凝土抗冲切和剪切条件确定,基础配筋则由基础验算截面的抗弯能力确定。除满足计算要求以外 , 还要满足一些规范规定的构造要求。需要注意的是 , 在确定基础底面尺寸或计算基础沉降时 , 应考虑设计地面以下基础及其上覆土重力的作用 ; 而在进