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某办公建筑平面呈长方形,长为156m,宽为29m,地上五层,局部六层,总建筑面积21511m2。建筑内部空间主要为大空间的办公区域,因为需要营造绿色生态的办公环境,整栋建筑物内有大量的绿化面积,并且分布在不同楼层。首层入口处有8根“7字形”装饰柱,柱子高度为五层楼高,支承在五层的一根30m跨的横梁上;另外有一个高出屋面约25m,平面呈正方形的拔风塔,塔中央有一根准800直径的圆柱。

2结构选型

国家规范《绿色建筑评价标准》和《广东省绿色建筑评价标准》中均给出在保证安全、耐久的前提下,采用资源消耗低和环境影响小的建筑结构体系的要求,规范指出符合要求的结构体系主要包括轻钢结构体系、砌体结构体系和木结构体系。因此该工程在方案阶段确定结构体系时,根据建筑使用功能要求,进行了多方案的比较:方案1:木结构体系。工程所在地区不是木材出产地,需要从外地运进木材,这样规模的商务办公楼,如果采用了木结构,一方面会消耗大量的森林资源,另一方面,单纯的木结构也不能完全满足建筑的使用功能要求。这个方案不可取。方案2:砌体结构体系。工程所在地区属于抗震设防烈度7度区,该结构体系对于纵横墙间的距离是有要求的不能太大,同时墙体的开窗面积是有限定的。这样就很难满足现在建筑的功能要求,而且这种体系的抗震性能较差,因此不采用该方案。方案3:钢框架与钢筋混凝土组合楼盖结构体系。根据过往的设计经验,在多层建筑中采用框架结构既能很好满足建筑功能要求,又对抗震设防方面有利,同时又是合理、适用的体系。采用钢结构可以减少对周边的环境影响,满足绿色建筑的要求。但是这个方案又存在一个问题:因为存在大量的绿化面积,给钢结构防水措施提出了更高的要求,在这方面的材料消耗相应增多;也会增加使用阶段的维护成本,不符合规范在建筑全寿命周期内,最大限度地节约资源的要点,该方案不是绿色建筑最佳的结构方案,因此也未被采用。方案4:钢筋混凝土框架与部分钢结构组合体系。该方案是在方案3的基础上把钢框架改为钢筋混凝土框架结构,保留部分结构采用钢结构。对照规范的内容综合各方面的因素,因地制宜,进行多方案比较,确定符合规范要求的结构体系,达到经济、合理、适用、节约资源的目标,并且根据工程实际情况,尽可能采用可再利用的建筑材料。通过方案比选,本工程选用方案4:钢筋混凝土框架与部分钢结构组合体系。

3结构设计要点

①入口处的8根“7字形”装饰柱以及其连接的横梁,8根柱子建筑要求外观尺寸为700×1300,有16m高,横梁跨度为30m,建筑外观尺寸要求为800×1500,结构设计上构件采用钢结构,一方面构件自重轻,可以减小地震作用,另一方面在处理横梁与框架柱的连接节点上也变得容易。在工程成本上,采用钢结构较现浇钢筋混凝土结构,能够节省人工、外脚手架、模板及支撑系统费用,另外工期效益显著。②中庭屋盖部分,建筑设计为不上人的采光屋面,该屋面跨度为30m,三边支承。一方面因为跨度比较大,如果采用钢筋混凝土,其自重必然较大,其次从建筑空间效果来看,在二层平台花园以及其他各层均可以看到该屋盖,如果采用钢筋混凝土结构,不够轻盈。所以设计结构设计上决定采用钢网架结构。网架结构平面布置图如图7所示。③对于两处从二层平台花园上三、四楼的楼梯,因为建筑要求做成悬臂形式,中间不加柱子,从节省材料以及造型美观考虑,把它做成钢木组合楼梯(钢骨架木踏步楼梯),从而达到既美观轻巧又相对省材的目的。

4优化设计

结构专业在绿色建筑设计中最突出的内容是节材,因此该工程在设计图纸出来以后,根据绿色建筑的要求,为了达到进一步节材的目标,对主体钢筋混凝土结构部分的设计图纸作了进一步的优化,其中优化的内容主要是通过调整次梁的布置,相对原设计一个房间三道次梁改为两道次梁,从而增大板的跨度,使其在尽量不增加截面厚度以及钢筋量的基础上,达到最大优化值。优化前与优化后的18~28轴三层结构平面布置图如图8、图9所示。根据结构计算得出,前后两个设计成果在混凝土用量上基本持平,而在钢筋用量上,前一个含钢量为35.63kg/m2,而后一个为33.40kg/m2,这一优化节省了6%钢筋用量;同时因为减少了一道次梁,在建筑模板方面也会相应减少材料损耗。另外,拔风塔中央的准800直径的圆柱也作了优化,由原来C25,配18根25钢筋的混凝土柱改为准800×10的钢管柱,这样既节省混凝土8.8m3,钢材量用量也从原来的1.35吨,减少为0.434吨,并且节省人工、模板及支撑系统费用,工期效益显著。综上,优化后的本工程符合国家规范《绿色建筑评价标准》和《广东省绿色建筑评价标准》中,对建筑工程提出的资源消耗低和环境影响小的要求,节省了钢筋用量,减少材料损耗。

5结语

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