辦公樓綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的論文
1工程概況
某辦公建筑平面呈長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為156m，寬為29m，地上五層，局部六層，總建筑面積21511m2。建筑內(nèi)部空間主要為大空間的辦公區(qū)域，因?yàn)樾枰獱I(yíng)造綠色生態(tài)的辦公環(huán)境，整棟建筑物內(nèi)有大量的綠化面積，并且分布在不同樓層。首層入口處有8根“7字形”裝飾柱，柱子高度為五層樓高，支承在五層的一根30m跨的橫梁上；另外有一個(gè)高出屋面約25m，平面呈正方形的拔風(fēng)塔，塔中央有一根準(zhǔn)800直徑的圓柱。
2結(jié)構(gòu)選型
國(guó)家規(guī)范《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》和《廣東省綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中均給出在保證安全、耐久的前提下，采用資源消耗低和環(huán)境影響小的建筑結(jié)構(gòu)體系的要求，規(guī)范指出符合要求的結(jié)構(gòu)體系主要包括輕鋼結(jié)構(gòu)體系、砌體結(jié)構(gòu)體系和木結(jié)構(gòu)體系。因此該工程在方案階段確定結(jié)構(gòu)體系時(shí)，根據(jù)建筑使用功能要求，進(jìn)行了多方案的比較：方案1：木結(jié)構(gòu)體系。工程所在地區(qū)不是木材出產(chǎn)地，需要從外地運(yùn)進(jìn)木材，這樣規(guī)模的商務(wù)辦公樓，如果采用了木結(jié)構(gòu)，一方面會(huì)消耗大量的森林資源，另一方面，單純的木結(jié)構(gòu)也不能完全滿(mǎn)足建筑的使用功能要求。這個(gè)方案不可取。方案2：砌體結(jié)構(gòu)體系。工程所在地區(qū)屬于抗震設(shè)防烈度7度區(qū)，該結(jié)構(gòu)體系對(duì)于縱橫墻間的距離是有要求的不能太大，同時(shí)墻體的開(kāi)窗面積是有限定的。這樣就很難滿(mǎn)足現(xiàn)在建筑的功能要求，而且這種體系的抗震性能較差，因此不采用該方案。方案3：鋼框架與鋼筋混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)過(guò)往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在多層建筑中采用框架結(jié)構(gòu)既能很好滿(mǎn)足建筑功能要求，又對(duì)抗震設(shè)防方面有利，同時(shí)又是合理、適用的體系。采用鋼結(jié)構(gòu)可以減少對(duì)周邊的環(huán)境影響，滿(mǎn)足綠色建筑的要求。但是這個(gè)方案又存在一個(gè)問(wèn)題：因?yàn)榇嬖诖罅康木G化面積，給鋼結(jié)構(gòu)防水措施提出了更高的要求，在這方面的材料消耗相應(yīng)增多；也會(huì)增加使用階段的維護(hù)成本，不符合規(guī)范在建筑全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源的要點(diǎn)，該方案不是綠色建筑最佳的結(jié)構(gòu)方案，因此也未被采用。方案4：鋼筋混凝土框架與部分鋼結(jié)構(gòu)組合體系。該方案是在方案3的基礎(chǔ)上把鋼框架改為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，保留部分結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)。對(duì)照規(guī)范的內(nèi)容綜合各方面的因素，因地制宜，進(jìn)行多方案比較，確定符合規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)體系，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理、適用、節(jié)約資源的目標(biāo)，并且根據(jù)工程實(shí)際情況，盡可能采用可再利用的建筑材料。通過(guò)方案比選，本工程選用方案4：鋼筋混凝土框架與部分鋼結(jié)構(gòu)組合體系。
3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
①入口處的8根“7字形”裝飾柱以及其連接的橫梁，8根柱子建筑要求外觀尺寸為700×1300，有16m高，橫梁跨度為30m，建筑外觀尺寸要求為800×1500，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上構(gòu)件采用鋼結(jié)構(gòu)，一方面構(gòu)件自重輕，可以減小地震作用，另一方面在處理橫梁與框架柱的連接節(jié)點(diǎn)上也變得容易。在工程成本上，采用鋼結(jié)構(gòu)較現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省人工、外腳手架、模板及支撐系統(tǒng)費(fèi)用，另外工期效益顯著。②中庭屋蓋部分，建筑設(shè)計(jì)為不上人的采光屋面，該屋面跨度為30m，三邊支承。一方面因?yàn)榭缍缺容^大，如果采用鋼筋混凝土，其自重必然較大，其次從建筑空間效果來(lái)看，在二層平臺(tái)花園以及其他各層均可以看到該屋蓋，如果采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不夠輕盈。所以設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上決定采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖7所示。③對(duì)于兩處從二層平臺(tái)花園上三、四樓的樓梯，因?yàn)榻ㄖ笞龀蓱冶坌问剑虚g不加柱子，從節(jié)省材料以及造型美觀考慮，把它做成鋼木組合樓梯（鋼骨架木踏步樓梯），從而達(dá)到既美觀輕巧又相對(duì)省材的目的。
4優(yōu)化設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)在綠色建筑設(shè)計(jì)中最突出的內(nèi)容是節(jié)材，因此該工程在設(shè)計(jì)圖紙出來(lái)以后，根據(jù)綠色建筑的要求，為了達(dá)到進(jìn)一步節(jié)材的目標(biāo)，對(duì)主體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)圖紙作了進(jìn)一步的優(yōu)化，其中優(yōu)化的'內(nèi)容主要是通過(guò)調(diào)整次梁的布置，相對(duì)原設(shè)計(jì)一個(gè)房間三道次梁改為兩道次梁，從而增大板的跨度，使其在盡量不增加截面厚度以及鋼筋量的基礎(chǔ)上，達(dá)到最大優(yōu)化值。優(yōu)化前與優(yōu)化后的18～28軸三層結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖8、圖9所示。根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算得出，前后兩個(gè)設(shè)計(jì)成果在混凝土用量上基本持平，而在鋼筋用量上，前一個(gè)含鋼量為35.63kg/m2，而后一個(gè)為33.40kg/m2，這一優(yōu)化節(jié)省了6%鋼筋用量；同時(shí)因?yàn)闇p少了一道次梁，在建筑模板方面也會(huì)相應(yīng)減少材料損耗。另外，拔風(fēng)塔中央的準(zhǔn)800直徑的圓柱也作了優(yōu)化，由原來(lái)C25,配18根25鋼筋的混凝土柱改為準(zhǔn)800×10的鋼管柱，這樣既節(jié)省混凝土8.8m3，鋼材量用量也從原來(lái)的1.35噸，減少為0.434噸，并且節(jié)省人工、模板及支撐系統(tǒng)費(fèi)用，工期效益顯著。綜上，優(yōu)化后的本工程符合國(guó)家規(guī)范《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》和《廣東省綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中，對(duì)建筑工程提出的資源消耗低和環(huán)境影響小的要求，節(jié)省了鋼筋用量，減少材料損耗。
5結(jié)語(yǔ)
結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)在進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)，除了滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求外，在確定結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行多方案比較時(shí)，應(yīng)對(duì)照綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)和要求，綜合各方面的因素，因地制宜，采用經(jīng)濟(jì)、合理、適用與節(jié)約資源的最佳方案。并應(yīng)重視對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到資源消耗和環(huán)境影響小的目標(biāo)。本工程對(duì)照《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中與結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)有關(guān)的內(nèi)容，做到符合規(guī)范的要求，為項(xiàng)目獲得國(guó)家公共建筑三星級(jí)綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)起到了應(yīng)有的作用。
作者:孔德欣 單位:廣東啟源建筑工程設(shè)計(jì)院有限公司
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