浅析框架结构办公楼设计

浅析框架结构办公楼设计

作者：赵达    ,指导老师：房其娟

山东协和学院，山东济南  250300

摘要：综合考虑建筑物的使用功能、结构重要性等级、各类荷载组合值等，确定本拟建建筑采用现浇混凝土框架结构。在建筑设计板块，应着重解决建筑物内部使用功能和有限空间的合理安排，以及建筑物与周边环境、外部条件的协调配合，在满足建筑物坚固的前提下，应尽量做到适用、经济、美观，并且应富有创新感；在结构设计板块，应明确结构的传力路径，合理选取计算简图进行简化处理，应使计算过程简单，计算结果可靠。

关键词：框架结构；结构设计；强剪弱弯；强柱弱梁

前言

在此次设计中，设计内容包括建筑设计、结构设计和施工组织设计三部分内容。建筑设计是整个过程中首要的，起着主导和先行的作用。创造出既符合科学性又具有艺术的生活环境是多年来建筑设计不变的追求。结构设计的目的在于保证所设计的结构和结构构件在施工和工作过程中能满足预期的安全性和适用性的要求。施工组织设计是毕业设计的实践阶段，通过四年的学习，把学到的理论知识能够灵活的运用到实践中去，锻炼学生的实践能力和组织能力。

1.对建筑设计的认识

作为一个框架结构办公空间设计，要在平面规划中自始至终遵循实用、功能需求和人性化管理充分结合的原则。在设计中，既结合办公需求和工作流程，科学合理的划分职能区域，也要考虑职能区域之间的相互交流。材料运用简洁，大方，耐磨，环保的现代材料，在照明采光上使用全局照明，能满足办公的需要。经过精心设计，在满足各种办公同时，又简洁、大方、美观。

在开始建筑设计时，应首先进行初步的平面设计。为了便于采光，该拟建建筑朝向为南北向布置。为了防止建筑物弱轴破坏，应围绕：

展开设计。其次应进行建筑物的立面设计，在立面设计之前应该熟悉立面设计不当的三个问题，分别是：竖向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变。在已经知道了立面设计的病因之后，应避免建筑竖向体型存在较大的外挑和内收，从而确保竖向质量、刚度、承载力连续且避免出现应力集中现象。

2.对结构设计中某些知识点的认识

2.1对相关尺寸初步确定的认识

对于框架梁截面尺寸的初步确定，应通过公式： 进行初步确定；对于框架柱来说，轴压比是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一，试验表明柱的位移延性随着轴压比增大而急剧下降，尤其在高轴压比条件下，箍筋对柱的变形能力的影响越来越不明显。由此可见，轴压比对柱子的影响很大，通常情况下我们要通过限制轴压比将柱子的破坏形态限制在大偏压破坏下，具体公式为： ；对于楼板厚度的初步确定，应首先判断楼板从属于单向板或双向板，具体判断过程为：①四边支撑的板，当长边与短边之比小于或等于2.0时，按双向板考虑；②当长边与短边之比大于2.0但小于3时，宜按双向板考虑。若采用单向板，应加强沿长度方向分布的构造钢筋；③当长边与短边之比大于或等于3.0时，应按照单向板设计。当判断完板的类型之后，板厚应按照： ，其中a可以通过查表查得，l为跨度。

2.2对框架结构侧向刚度比验算的认识

在进行侧向刚度比验算之前的准备工作其实是很多的，首先应求得框架结构梁、柱线刚度，此时需要注意的是：柱的线刚度仍采用公式 进行计算，但是由于板对梁的约束，致使梁的线刚度有所提高，根据提高程度的不同可将梁线刚度计算公式分为两种类型，一种是两端约束的中框架，按照式 进行计算；另一种是一端约束的边框架，应按照式进行计算。在线刚度已经求得的前提下，接下来应采用D值法（改良的反弯点法）进行柱的侧向刚度计算，其中D值的计算公式为： ， 应由查表取得。在所有准备工作完成之后，方可进行刚度比的验算，框架结构应满足下述两条：①本层与相邻上层的抗侧刚度之比不应小于0.7；②本层抗侧刚度与其上3层抗侧刚度之和的平均值之比不应小于0.8。

2.3对竖向荷载作用下框架结构内力分析的认识

竖向荷载在进行计算时，比水平荷载要复杂。首先应该确定竖向荷载作用下框架结构的计算单元，在这一步中最关键的一点是：应当分清楼板类型，并根据单、双向板的传力特点划分受力简图中每个柱子、每根梁的有效受荷区域然后进行荷载统计，恒载活载类似做法。在荷载统计完成之后，目标是进行内力分析，但是在内力分析之前要进行一步操作，就是要求出梁上剪力的大小，而柱的剪力是不需要求的，因为在求柱的内力时，由节点平衡就可以求得柱的内力。梁上剪力通过受力分析很容易求解。在所有准备工作完成之后，便可以开始内力计算，其中最常用的方法为弯矩二次分配法，这种方法简便、容易理解，并且精度满足施工要求。在运用弯矩二次分配法时，首先应当求解出杆端弯矩分配系数，此时应当注意由于弯矩二次分配法计算简图取的是半结构，故中间跨梁长为原跨长的一半，根据线刚度公式，可知中间跨梁线刚度变为了原来的两倍。之后进行的是杆件固端弯矩的计算，此时有的梁上荷载并非简单的均布线荷载而是既有梯形均布荷载又有三角形均布荷载，直接分析起来太过于复杂，解决这个问题的方法就是将两种复杂均布线荷载进行转化，转化为比较熟悉的均布线荷载，折减系数为

。在计算中间跨梁的固端弯矩时应当注意，由于取的半结构，所以中间跨梁右侧支座情况变为了滑动支座，所以计算弯矩前面的系数也相应发生了变化。

2.4对强柱弱梁和强剪弱弯的认识

进行强柱弱梁和强剪弱弯设计的实质是多道抗震防线的设置，在多遇地震发生时，先让水平承力构件的梁先屈服，柱子不屈服或后屈服，这样处理可以在地震发生时不至于危及竖向荷载的传递，从而保证人的安全；强剪弱弯处理则是因为剪力使构件发生错动，往往是突发性的破坏，而弯矩所发生的破坏往往是一个缓慢性的过程，对人的危害较小。

2.4.1强柱弱梁

现行规范规定一、二、三、四级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应满足式，其中可查表取得。对于边柱来说，由于只有一根梁与其相连，则计算起来比较简单，只需要将重力荷载代表值（1恒+0.5活）与相应的地震荷载按一定的比例组合即可，最后将组合值乘以放大系数。而对于中柱来说，由于与柱子相连的梁有两根，则分析过程复杂。此时查看由恒载、活载、地震荷载所引起的内力图便可发现，恒载和活载所引起的梁端弯矩都是上侧受拉，而由地震荷载所引起的内力图则不是固定的，既可以呈现出顺时针形式的弯矩，又可以呈现出逆时针形式的弯矩。计算的方法则是分别算出恒载、活载与左震内力图组合值，恒载、活载与右震内力图组合值，这样做会出现中柱左右两根梁中有一根梁处于内力叠加状态，另一根梁处于内力消减状态。最后对比两种组合值中两根梁四个组合值的大小，选取最大值。

2.4.2强剪弱弯

强剪弱弯的原理与强柱弱梁有一定的相似之处，其都是通过乘以一定的放大系数来实现对剪力设计值的放大，规范规定一、二、三、四级的框架柱和框支柱组合的剪力设计值应按下式调整：，其中可以通过查表取得，为柱的净高（层高-梁高）。

3.结束语

本文梳理了框架结构办公楼在进行设计时的大体思路，突出了设计过程中的重点，针对设计过程中的难点，本文又给出了自己对相关知识点的认识。本篇文章对于土木毕业设计、实际工程设计都具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]梁兴文，史庆轩.土木工程专业毕业设计指导[M].北京.科学出版社.2002

[2]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范(GB50010-2010)（2015版）[S].北京.中国建筑工业出版社.2010