某单位行政办公楼上部结构的设计

1.工程概况

   该行政办公楼由主楼、左配楼及右配楼三幢建筑组成，无地下室。主楼用连廊与左配楼、右配楼加以连接，形成一建筑组群。总建筑面积，4.3万平方米，占地面积7300平方米。建筑组合平面如下图示。

主楼地上十一层，房屋建筑高度44.90米，建筑面积22873平方米。各层层高及建筑功能如下：

一层层高4.5米，为企业文化展示厅，大堂，设备用房；

二层层高4.5米，为会议室，设备用房；

四～九层层高3.9米，为职能部门办公用房，会议室，值班室；

十层层高3.9米，为部门领导办公用房，会议室，值班室；

十一层层高4.1米，为部门领导办公用房，会议室，值班室。

左配楼地上七层，房屋建筑高度29.3米，裙房三层，裙房建筑高度13.70米，建筑面积10406平方米。各层层高及建筑功能如下：

一层层高4.5米，为餐厅、厨房、门厅；

二层层高4.5米，为餐厅、厨房；

三层层高3.9米，为餐厅、办公用房；

四～六层层高3.9米，为办公用房；

七层层高4.1米，为公寓用房。

右配楼地上四层，房屋建筑高度16.6米，建筑面积9311平方米。各层层高及建筑功能如下：

一层层高4.5米，为档案室，阅览室，门厅；

二层层高4.5米，为档案室，阅览室，计算机培训中心；

三层层高3.90米，为档案室，大会议室；

夹层层高3.10米，为办公室，辅助用房。

连廊为地上三层，层高依次为4.5米、4.5米、3.9米，房屋建筑高度13.50米，分左、右连廊，建筑总面积4平方米。

拟建场地位于陕西省榆神工业区清水煤化学工业园内，地处陕北黄土丘陵向毛乌素沙漠过渡地带，地势西北高、东南低。建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，场地卓越周期为0.258s，最大冻结深度为1.46米，标准冻结深度为1.40米。

拟建建筑所在地为半干旱性季风气候，主要气象条件如下：

1）气温

最热月平均气温：               23.7 ℃（7月份）

最热月平均最高气温：           28.3℃（7月份14时）

最冷月平均气温：               -8.7 ℃（1月份）

最冷月平均最低气温：           -15.3 ℃（1月份）

年平均气温：                   8.8 ℃

极端最高气温：                 39 ℃ (2005年6月)

极端最低气温：                 -32.7 ℃ (1954年12月)

年平均严寒日数（气温低于－10℃日数） 18.3天

各月平均最低气温（1986年～2005年）

冬季主导风向：       北西北 (1月)

夏季主导风向：       南东南 (7月)

基本风压：           0.40 kN/m2（50年一遇）

3）降雪

最大积雪深度：       16 cm（1987年）

基本雪压：           0.25 kN/m2（50年一遇）

2.结构选型

本工程结构的安全等级为二级，设计使用年限为50年，抗震设防烈度为6度，建筑抗震设防类别为丙类，主楼及左、右配楼从建筑功能布局方面均要求要较大的立体空间。主楼建筑物长92.4米，宽19.6米，主要柱网尺寸8.4米×(8.4+3.7+7.5)米；左配楼建筑物长84.0米，宽29.4米，主要柱网尺寸8.4米×8.4米；右配楼建筑物长75.6米，宽33.6米，主要柱网尺寸8.4米×8.4米。从建筑功能需要来看，本工程适宜采用钢筋混凝土框架结构体系。

初步设计阶段，按框架结构体系进行了初步的计算，初步设计评审时，有部分专家提出：主楼采用钢筋混凝土框架—剪力墙结构，采用框架—剪力墙结构比采用框架结构可能要经济些。针对初步设计的评审意见，在施工图阶段，首先对主楼采用框架和框架—剪力墙两种结构形式进行了经济技术比较分析。主楼采用框架结构体系时，框架的抗震等级为三级，主楼采用框架—剪力墙结构体系时，框架的抗震等级为四级，剪力墙的抗震等级为三级，下表1为采用两种结构体系时梁、柱、剪力墙主要结构构件在底层的断面尺寸：

表1：梁、柱、剪力墙的断面尺寸

从上表1可以看出，采用框架—剪力墙结构体系，并没有大大减小框架柱的断面尺寸，这是因为，在6度抗震设防区，水平地震作用在结构內力分析时，不起控制作用，起控制作用的是水平风荷载和重力荷载的作用。6度区框架结构房屋的高度为60米，框架—剪力墙结构房屋的高度为130米，本工程房屋高度在框架结构房屋的适宜高度范围内。采用框架结构在经济上比采用框架-剪力墙结构效益要好得多。当然，采用框架—剪力墙结构体系，虽然经济上较采用框架结构体系要差一点，但却多了一道抗震防线。

本工程最终采用钢筋混凝土框架结构体系。

3.结构主要设计要点

（1）主楼采用钢筋混凝土框架结构体系，框架的抗震等级为三级，主楼为超长结构，在建筑平面中部从下到上在施工期间设后浇带，以减轻施工期间温度应力的不理影响；结构计算中，考虑温度差异对建筑结构的影响，楼、屋面在板面设置温度抗裂钢筋；

主楼在建筑平面中部设有突出主体结构平面的二层通高门厅，该部分与主楼主体结构难以脱开，施工图设计时，按与主楼连为一体考虑，对门厅屋面标高处的楼板进行加强，板厚取150，双层双向配筋，每一方向的配筋率不小于0.25%；门厅基础采用柱下基础，主体结构采用钢筋混凝土筏形基础，门厅与主体结构间设800宽的沉降后浇带，以减轻基础沉降差异变形的影响。

（2）左配楼采用钢筋混凝土框架结构体系，初步设计时三层裙房和七层主体建筑之间连为一体，形成大底盘结构，属高规中规定的复杂高层结构，结构计算时，楼层的质心偏置，远超过底盘相应边长20%的规定。考虑到裙房三层，主体建筑七层，裙房和主体建筑体量都大，两者的体量差异很大，施工图设计时，在三层裙房和七层主体建筑之间设抗震缝，地上部分分为两个结构单元，基础不设缝。抗震缝缝净宽100。右配楼三层裙房框架的抗震等级为四级，七层主体建筑框架的抗震等级为三级；

（3）右配楼采用钢筋混凝土框架结构体系，框架的抗震等级为四级，右配楼亦为超长结构，与主楼一样，在建筑平面中部从下到上在施工期间设后浇带，以减轻施工期间温度应力的不理影响；结构计算中，考虑温度差异对建筑结构的影响，楼、屋面在板面设置温度抗裂钢筋；

（4）连廊采用钢筋混凝土框架结构体系，框架的抗震等级为四级，连廊与主楼及左右配楼间设抗震缝，缝净宽100；

（5）由于建筑墙体布局的原因，各楼层外墙轴线上的框架柱均为短柱，应按短柱采取抗震构造措施，其体积配箍率不小于1.2%；

（6）左配楼裙房顶，右配楼顶层局部楼板不连续，有错层，应加强洞口边部位的楼板，板厚采用150，并双层双向配筋，每一方向的配筋率不小于0.25%；

（7）为了减小底层结构的计算高度，在-1.500米～-2.300米标高范围设基础短柱，基础短柱的刚度按底层相应框架柱刚度的5倍考虑，基础短住的箍筋间距为100，纵筋按计算确定，并不得小于底层相应框架柱的配筋，框架柱的钢筋应延伸至基础底部；

（8）右配楼顶层设有大会议室，其屋面梁跨度达25.4米，其平面范围为25.4米×25.4米，初步设计对此未做交待，做施工图时，经于业主沟通，大会议室屋盖采用空间网架结构。网架上覆钢框架式轻质混凝土板；

（9）屋面属温度应力较大的部位，其板厚不小于120，板面应设置双向通长钢筋，通长钢筋不小于 8@200；

（10）基本风压取0.40 kN/m2，地面粗糙度为B类，考虑风振影响；

（11）结构整体计算中，应考虑重力二阶效应的影响；

（12）该行政办公楼各结构单元处于建筑立面效果的需要，在各单元屋面标高处均有高达3.9米的出屋面装饰构架，装饰构架仅要求沿建筑外墙设置，装饰构架的结构设计考虑水平地震作用和风荷载作用，水平地震作用计算时按抗规中的非结构构件的规定进行；风荷载计算时，风压高度变化系数和阵风系数按按装饰构架顶高度计算，风荷载体型系数正压区取1.3，负压区取-2.2；主楼装饰构架风荷载作用标准值为1.38（-2.33）kN/m2；

（13）温度对结构构件的作用效应以均匀温度场变化来考虑，温度作用标准值应根据结构设计的工况按下列规定确定：

对结构最大温升的工况，温度作用标准值按下式计算：

ΔTk = Ts,max −T0,min

式中 T s,max、 T 0,min——结构最高平均温度和结构最低初始温度；

           对结构最大温降的工况，温度作用标准值按下式计算：

ΔTk = Ts,min −T0,max

式中 T s,min、T0, max ——结构最低平均温度和结构最高初始温度。

结构的最高初始温度T0,max 和最低初始温度T0,min近似按下式计算：

T0,min=0.7Tmin+0.3Tmax，T0,max=0.3Tmin+0.7Tmax

基本气温Tmax 和Tmin 分别取当地最高月平均气温和最低月平均气温。对本工程，Tmax=23.7℃，Tmin=-8.7℃，T0,min=1.02℃，T0,max=13.98℃。

结构的最高平均温度T s,max和结构最低平均温度T s,min对暴露于室外环境中的结构，T s,max=23.7℃，T s,min=-8.7℃。

对结构最大温升的工况，温度作用标准值为：

ΔTk = Ts,max −T0,min=22.68℃

    对结构最大温降的工况，温度作用标准值为：

ΔTk = Ts,min −T0,max=-22.68℃ 

对室内环境中的结构，结构的最高平均温度T s,max和结构最低平均温度T s,min按室内外环境温度的平均值近似计算，。室内环境温度，夏季可近似取20℃，冬季可近似取25℃，T s,max=21.85℃，

T s,min=8.15℃。

对结构最大温升的工况，温度作用标准值为：

ΔTk = Ts,max −T0,min=20.83℃

    对结构最大温降的工况，温度作用标准值为：

ΔTk = Ts,min −T0,max=-5.83℃ 

因此，对与室外环境中的结构，温度作用标准值对结构最大温升工况近似取20℃，对结构最大温降的工况，近似取-20℃；对室内环境中的结构，温度作用标准值对结构最大温升工况近似取20℃，对结构最大温降的工况，近似取-6℃。

结构计算中，温度作用的荷载的分项系数取1.4，组合值系数可取0.6，频遇值系数可取0.5，准永久值系数可取0。

    由于温度气候作用对建筑结构的影响比较复杂。实际上，不同楼层，同一楼层的不同位置，温度场的变化在设计阶段也难以定量确定，采用均匀温度场的变化来考虑温度气候作用对建筑结构的影响，其结果仅作为设计参考。