某科技研发楼结构设计实例分析

某科技研发楼结构设计实例分析叶森安徽省建筑科学研究设计院摘要：某信息技术产品研发基地科技研发楼项目，主体采用框架结构，大空间布置，空间分隔灵活，屋顶采用大跨度柱网以满足建筑使用空间的需要。本文介绍了工程结构设计情况和特点，重点分析对比了屋顶大跨度柱网采用十字交叉井字梁和主次梁两种不同布置形式的优缺点，并提出了结构设计思路和合理化建议。关键词：大跨度框架结构；结构布置；主次梁；十字交叉井字梁1引言随着我国市场经济发展得越来越快,高新技术企业发展迅速,且具有更强大的复合性功能,同时，这些企业为了满足其各项功能的发展需求以及对企业扩大的成本控制,在针对自身一些科技研发楼等建筑设计时,更加追求建筑的规模控制、内部各个功能的布置和使用等。本文就某高新技术企业科技研发楼结构设计的相关内容进行了介绍,分析和研究了建筑结构的设计方案，并提出了结构设计思路和合理化建议，希望能对类似的科技研发楼结构设计中对功能及空间的利用方面起到一定的参考作用。本文的设计工程是某国家级高新技术企业、国家规划布局内重点软件企业，整个研发基地用地面积为4万平方米，总建筑面积为8万平方米，主要包括研发楼、公寓楼、会议中心等，功能布局紧凑合理，规划结构明确清晰，其中科技研发楼位于整个地块的中西部，为数据研发和控制中心。2本工程总建筑面积为2356.26m2，建筑安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度区第一组，设计基本地震加速度是0.10g，场地类别二类，基本风压为0.35kN/m，基本雪压为0.60kN/m，地面粗糙度为B类，建筑耐火等级为二级，设计使用年限50年；混凝土结构的环境类别分别为：总体地面以下为二（a）类，地面以上为一类，卫生间等室内潮湿环境以及混凝土露天环境为二（a）类；地基基础设计等级为丙级，室内地面标高±0.000m相当于绝对高程49.450m。该建筑主体结构共两层，建筑高度为9.45m，结构主体高度为9.00m，结构抗震等级三级。建筑形式一侧为直线型，其余三个方向为圆弧形，建筑整体呈三分之二的椭圆状，所有外围为幕墙结构。工程概况框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。本工程科技研发楼是数据研发和控制中心，由于建筑上使用功能的要求，结构二层需要较大的使用空间，去掉了四根500mm×500mm的柱子，因此选择了截面尺寸较大的主次梁结构，即大跨度框架混凝土结构形式，底层柱网为8400mm×7800mm和8400mm×8400mm，屋面最大柱网为16800mm×24000mm。sate参数设置混凝土容重为27kN/m3，钢材容重为78kN/m3，恒活荷载计算信息模拟施工加载3，计算水平地震作用，混凝土抗震等级三级，基本风压为0.35kN/m2，考虑风振影响和双向地震作用，梁活荷载不利布置最高层号3层，计算振型个数9个，活荷重力荷载代表值组合系数0.5，周期折减系数0.8，结构的阻尼比为5%，特征周期Tg=0.35s，梁端负弯矩调幅系数为0.85，柱配筋计算按单偏压计算、双偏压复核，梁、柱保护层厚度为20mm，按新规范要求，此处的梁、柱保护层厚度是指截面外边缘至最外层钢筋（包括箍筋、构造筋、分布筋等）外边缘的距离。4.2基础3结构布置本工程结构采用框架结构形式，层高为4.5m，基础采用人工挖孔灌注桩，单桩最大桩身直径为1100mm；主体结构采用主次梁受力形式，屋面层最大跨度为16800mm×24000mm，屋面最大跨度KL梁高为1600mm（屋面上翻900mm），梁宽为450mm。底层柱网为8400mm×7800mm和8400mm×8400mm，屋面最大柱网为16800mm×24000mm。梁、板、柱均采用C30混凝土，柱子尺寸为500mm×500mm、600mm×600mm等，一般框架梁梁宽为300mm、梁高为700mm，钢筋采用HPB300和HPB400，椭圆状弧形梁分别由对称的两个R=51502mm和一个R=13352mm的圆弧形梁组成。由于地质勘察报告提供的基础持力层深度较深，采用独立基础无法达到设计要求的持力层，因此，依据甲方提供的岩土工程勘察报告以及地基基础设计等级等，本工程基础设计采用人工挖孔灌注桩，一柱一桩，桩端持力层为第3层黏土，桩端承载力特征值不小于1100kPa，桩端全断面进入持力层不得小于2500mm。护壁、桩身及承台采用C30混凝土，基础垫层采用C15混凝土。设计采用四种不同桩身直径分别为800mm、900mm、1000mm、1100mm，单桩竖向承载力特征值分别计算得1400kN、1800kN、2200kN、3200kN，所有桩长均为8m。上部结构传递的荷载通过柱传递到承台上，并均布传递到每根桩上，并达到地下持力层，从而形成了结构的荷载上下传递。4.3受力特点4结构特点4.1设计要点框架结构是由框架梁、框架柱及楼面、屋面板组成。框架结构的特点非常突出，所有的墙都不承重，只起到划分空间和保温、隔热、隔声的作用。框架结构的主要优点是空间分隔灵活、自重轻、节省材料，具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构，采用现浇混凝土框架结构水平方向是楼板，楼板搭在梁上，梁支撑在两边的柱子上，这就把重量递给了柱子，沿着高度方向传到基础的部分，从而形成板一次梁-主梁-柱-基础的传力形式，即梁、板、柱构成的承重体系。现浇结构的板主要受均布面荷载，中部受向下的正弯矩，四周受向上的负弯矩，剪力均布向下，边板负弯矩较小；梁受均布线荷载，中部受向下的正弯矩，两边受向上的负弯矩，剪力均布向下，边梁负弯矩较小；柱受垂直向下压力和偏心受压时的弯矩。本工程即采用了主次梁的框架结构形式来承受并传递荷载。设计选用井字梁与之作对比，井字梁是十字交叉布置的梁，形式成“井字”状，无主次梁之分，是两个方向通过变形协调共同受力的，然后把荷载传递到柱子上，通常用在较大开间的房间楼面或屋面。但从计算结果来看，由于跨度较大，达到16800mm×24000mm，井字梁截面高度增加到1000mm时仍不（下转第82页）

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Doors&Windows

建筑规划与设计4.6剪力墙软件计算方法对于高层建筑来说，剪力墙结构设计中，需要对各性能参数进行准确计算，以确保建筑结构的承载力、强度等均在规范标准内，维护高层建筑的使用安全。在参数计算中，大多采用振型分解反应谱法，利用SATWE软件实行数据的分析和处理，增强剪力墙结构抗震性能设计的精准性。同时在参数计算中，还应对不同方向带来的地震作用力予以准确计算，预测可能产生的影响，然后制定合理的预防措施，降低建筑危险系数。例如，当连梁刚度折减系数控制在0.8~0.6之间时，则地震作用下，该值取0.6，缝合作用下取0.8。件的尺寸及配筋率实行管控，这样才能提升约束构件的设计水平。在尺寸及配筋率的计算中，需要按照现有规范要求，选用合理的计算方式获得较为精准的数据，与此同时，还需要充分考虑到抗震设计的不同要求，确保其能够在不同抗震等级要求下具备理想匹配度，纵向钢筋最小截面积得到灵活设计。4.4连梁设计连梁设计中需要关注的核心内容就是连梁截面积，这一参数的不同会带来明显应用效果差异，在适当增大连梁截面积的条件下，能够有效降低压力荷载对剪力墙结构的影响。不过在设计中，连梁截面积的增加会增大剪力墙结构的刚度，进而加强地震力的吸附效果，对建筑结构的稳固带来不利影响。所以在剪力墙连梁截面积提升中，应结合结构性能综合分析。在某些情况下，通过增加连梁截面积并不能够较好提升其抗剪能力，如此也就需要采取其他方式予以调整优化，比如降低连梁刚度就是比较有效的手段，可以较好保障整个结构体系的稳定性，促使受力更为均匀可靠。在连梁刚度的有效降低优化中，可以借助于调整连梁折减系数的方式，另外，合理划分剪力性能布局，也能够加强结构稳定性。5结束语4.5开洞处理在建筑结构设计中，部分剪力墙结构会涉及开洞处理，设计人员需要结合建筑结构设计要求，对开洞的尺寸及深度进行综合分析。如果在相应结构墙的长度超过8米时，就需要合理设置连梁结构，并且合理设定连梁刚度，促使超长墙肢具备理想稳定性效果，能够体现更强抗震能力。（上接第79页）

能满足计算要求，且梁平面较难布置，与柱相邻较近，需做加强处理；另通过混凝土、钢筋用量比较分析，发现井字梁形式并不经济，因此采用大截面尺寸的主次梁形式。通过计算后梁、板、柱配筋结果显示，除大跨度梁配筋相应较大以外，其余相比较都比较经济，且截面形式灵活，结构空间比较容易控制，达到了建筑上的使用和功能要求。因此，不同的结构布置应针对性的具体分析，不能一概而论，在特定的条件下，屋顶大跨度采用主次梁布置，优于井字梁布置体系。综上所述，全面加强剪力墙结构设计的合理性，不仅能够增大建筑结构的刚度系数，还可以扩展建筑内部结构的可用空间，提高建筑的美观性和实用性。故而在剪力墙结构设计中，设计人员应当根据具体情况，对设计方案实行优化调整，并注重各项参数的准确性、合理性，以此增大建筑结构的安全系数，保障工程的顺利完工。参考文献：[1]边疆,王志友.剪力墙结构在建筑结构设计中的运用[J].中华建设,2019(5).[2]袁海梅,郜志远.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用研究[J].建材与装饰,2019(7).[3]高斯佳.基于剪力墙的建筑结构设计研究[J].绿色环保建材,2019(6).设计较为合理，能够满足功能使用要求。参考文献：[1]林同炎,S·D·斯多台斯伯利.结构概念和体系[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.[2]张瑾,谭丽华,郭永恒等.苏州工业园区档案管理中心大楼结构设计[J].建筑结构,2009(4).[3]某研发中心大楼的结构设计过程与分析[J].颜俊辉.建筑工程技术与设计,2013(2).5结论随着经济不断的健康发展和企业对建筑功能使用要求的不断提高，建筑功能合理化布置以及空间布局的高要求已成为常态，因此对结构布置和结构设计的要求越来越高。本工程科技研发楼采用大跨度框架结构体系，屋顶大跨度采用主次梁布置方式，充分体现了框架结构空间布置灵活、结构整体性和刚度较好，可以较灵活地配合建筑平面布置等优点，结构（上接第80页）

程，在此阶段更要进一步融入生态理念。建筑设计课程实践教学一般采取课程设计的形式，学生会依次进行查阅资料、实地调研、建筑方案设计等工作，最终提交成果。其中，实地调研属于观察性研究，学生通过客观观察，描述搜集建筑信息。而生态技术产生的生态效益是需要进行相关实验才能展现出来，单纯的实地调研很难获取，因此建议在调研过程中加入生态节能实验，在实验过程中制定实验方案，建立指标体系，测量数据，计算结果，得出结论，进而指导后期建筑方案设计。实验可从多角度选题，如“不同屋面形式的节能实验”“住宅窗户的节能实验”等，内容应具有可行性、可操作性，促进实践教学与理论教学内紧密联系。作者简介：叶森（1989—）男，安徽宿州人，2012年5月毕业于河北科技大学结构工程专业，硕士研究生，工程师，主要从事建筑结构设计工作。和材料，设计出符合地域特征的生态建筑作品。为实现生态理念的贯彻融入，应不断尝试建筑设计课程教学改革的实践和探索，在生态文明教育的道路上持续前行。参考文献：[1]陈喆,刘刚,张建.生态思想与建筑设计教学模式变革[J].建筑学报,2007(1):15~17.[2]屈万英.生态思想融入建筑设计课程的教学模式探讨[J].高等建筑教育,2011(2):49~52.[3]牛盛楠.基于翻转课堂模式下的“生态建筑材料与技术”课程教学探讨[J].安徽建筑,2017(6):217~218+220.基金项目：南阳师范学院校级教学研究项目（编号：2019—JXYJYB—64）作者简介：张灿灿（1989—）女，汉族，南阳南阳人，硕士研究生，助教，研究方向：城市规划与设计、建筑设计及其理论。4结束语建筑与环境的关系一直以来是建筑设计领域研究的重要

内容，生态文化的普及使建筑设计已不再仅关注“经济、适用、美观”，这也对建筑学专业的学生提出了更高的要求，越来越多的院校开始将生态思想与建筑设计进行融合，并开设相关课程帮助学生拓宽设计思路，科学合理地应用生态建筑技术82

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