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1、上海某生物技术公司办公楼C楼框架结构设计1 引言上海作为我国的经济中心，每天都经历着日新月异的发展。随着市中心用地的紧张，浦东新区等地逐渐发展起来，许多公司和企业争相在这些地区建立办公楼，以争取更好的发展机会，上海某生物技术公司便是其中之一。经上级部门和城建部门的批准，该生物技术公司拟在浦东新区建立一栋三层的办公楼。办公楼要求空间布置能够简便灵活，易于改动，满足使用要求。基于办公楼的使用要求和框架结构的特点，结合施工工期，经济条件等因素，经过讨论，确定该办公楼的结构为现浇钢筋混凝土框架结构。2 楼面板、屋面板、次梁设计2.1 设计资料 楼面构造做法：20厚水泥砂浆面层，20厚水泥砂浆抹灰； 楼
2、面可变荷载标准值为2，屋面可变荷载标准值为2； 材料选用：混凝土：C30（）； 钢筋 ：梁中受力纵向钢筋：HRB400（级钢，） 其他钢筋 ：HPB300（级钢，）； 填充墙：焦渣空心砌块，自重标准值为9.25，混合砂浆强度等级M7.5。2.2 截面尺寸选择 柱：； 板：，且，取； 次梁：，取， ； 主梁：，取， 。2.3 楼板的设计 2.3.1荷载永久荷载标准值：水泥砂浆面层 厚钢筋混凝土板 水泥砂浆板底抹灰 永久荷载设计值 可变荷载设计值 合计 2.3.2 正截面受弯承载力级配筋 ，按单向板计算。取宽板带按连续梁进行计算，中间跨板与次梁固结，边跨与主梁固结，板的计算长度为：中间跨：；边跨
3、：。截面内力及配筋计算如表2-1。其中表2-1 板的受弯承载力及配筋计算（取宽板带计算） 截面端支座边跨跨中离端第二支座中间支座中间跨跨中弯矩系数-1/16-1/14-1/11-1/141/16-2.312.64-3.43-2.752.41受压区高度2.042.343.062.442.14108.0123.9162.1129.2113.3选配A8200A8200A8200A8200A8200实际251.3251.3251.3251.3251.3配筋率/0.250.250.250.250.25，配筋率满足最小配筋率要求。2.4 楼面次梁的设计 2.4.1荷载永久荷载设计值：由板传来 次梁自重 梁
4、侧抹灰 可变荷载设计值：由板传来 合计 2.4.2 正截面受弯承载力计算及配筋次梁与主梁整浇，故计算跨度取净跨：。次梁正截面计算如表2-2。表2-2 次梁的受弯承载力及配筋计算截面端支座边跨跨中离端第二支座中间支座中间跨跨中弯矩系数-1/241/14-1/11-1/14-1/16-29.6350.80-64.65-50.8044.45受压区高度29.587.0268.3352.436.13235.0390.4542.8416.5340.9选配2C162C163C162C162C16实际402.1402.1603.2402.1402.1或20036514003652003652003651400
5、365配筋率/0.550.550.830.550.55，因此配筋率满足最小配筋率要求。注：中间支座配筋误差为，满足要求。 2.4.3 斜截面受剪承载力及箍筋计算斜截面受剪承载力及箍筋计算如表2-3。表2-3 次梁斜截面受剪承载力及箍筋计算截面端支座内侧离端第二支座外侧离端第二支座内侧中间支座外侧中间支座内侧剪力系数0.500.550.550.550.5558.7864.6564.6564.6564.6500000选配（双肢箍）A6200A6200A6200A6200A6200实际0.2830.2830.2830.2830.283配箍率/%0.140.140.140.140.14，因此配箍率满足
6、最小配箍率要求。2.5 屋面板和屋面次梁的设计 2.5.1 屋面次梁的设计屋面板采用结构找坡3%，取板厚为。取宽板带进行计算。 荷载计算永久荷载设计值：35厚预制钢筋混凝土大阶砖 25厚粗砂保护层 塑料薄膜隔离层1厚高分子卷材一层 40厚发泡聚苯保温板 花油法粘贴高聚物油毡一层20厚1:3水泥砂浆找平 100厚现浇钢筋混凝土屋面结构层 可变荷载设计值： 合计 正截面受弯承载力及配筋计算屋面板中间跨与次梁固接，边跨与主梁固接，故板的计算跨度为：中间跨：，边跨 ： ；。截面内力及配筋计算如表2-4。表2-4 屋面板截面内力及配筋计算截面端支座边跨跨中离端第二支座中间支座中间跨跨中弯矩系数-1/16
7、1/14-1/11-1/141/16-2.743.14-4.08-3.272.86续表2-4 屋面板截面内力及配筋计算受压区高度2.432.853.652.912.54128.7150.9193.3154.1134.5选配A8200A8200A8200A8200A8200实际251.3251.3251.3251.3251.3配筋率/0.250.250.250.250.25，配筋率满足最小配筋率要求。2.5.2 屋面次梁设计 荷载计算永久荷载设计值：由板传来 次梁自重 梁侧抹灰 可变荷载设计值：由板传来 合计 正截面受弯承载力及配筋计算 次梁与主梁整浇，计算跨度取净跨。次梁正截面受弯承载力及配筋
8、计算如表2-5所示。表2-5 屋面次梁正截面受弯承载力及配筋计算截面端支座边跨跨中离端第二支座中间支座中间跨跨中弯矩系数-1/241/14-1/11-1/14-1/16-34.0658.40-74.32-58.4051.10受压区高度34.238.0879.9561.057.06271.9449.3635.2485.0392.6选配2C162C162C14+2C161C14+2C162C16实际402.1402.1710.0556.1402.1或20036514003652003652003651400365配筋率/0.280.280.970.760.55，因此配筋率满足最小配筋率要求。 斜截
9、面受剪承载力及箍筋计算 屋面次梁的斜截面受剪承载力和箍筋的计算如表2-6。表2-6 屋面次梁斜截面受剪承载力及箍筋计算截面端支座内侧离端第二支座外侧离端第二支座内侧中间支座外侧中间支座内侧剪力系数0.500.550.550.550.5568.1374.9474.9474.9474.94续表2-6 屋面次梁斜截面受剪承载力及箍筋计算00.01890.01890.01890.0189选配（双肢箍）A6200A6200A6200A6200A6200实际0.2830.2830.2830.2830.283配箍率/%0.140.140.140.140.14，因此配箍率满足最小配箍率要求。3 楼梯的设计3.
10、1底层楼梯设计 3.1.1梯段板设计 取板厚，踏步尺寸，梯段板倾角，。取宽板带进行计算。 荷载计算永久荷载设计值：三角形踏步自重 混凝土斜板自重 板底抹灰 可变荷载设计值： 合计 截面设计梯段板水平计算跨度，板的有效高度。弯矩设计值，取A，误差满足要求。 3.1.2平台板设计取板厚为，取宽板带进行计算。 荷载计算永久荷载设计值： 平台板自重 板底抹灰 可变荷载设计值： 合计 截面设计平台板的计算跨度。板的有效高度。平台板的弯矩设计值，取A，。 3.1.3平台梁设计初步选定平台梁尺寸。 荷载计算永久荷载设计值：平台梁自重 梁侧抹灰 平台板传来 梯段板传来 可变荷载设计值： 合计 截面设计按倒L形
11、计算，计算跨度。弯矩设计值，剪力设计值，选配3C16，。配置A箍筋，斜截面受剪承载力满足要求。3.2 二、三层楼梯设计 3.2.1梯段板设计 二、三层楼梯的踏步尺寸、梯段板厚度、平台板厚度都与底层相同，梯段板跨度比底层小，故二、三层楼梯梯段板可按与底层相同来进行配筋。 3.2.2 平台板设计对二、三层楼梯平台板，荷载与底层相同，仅计算跨度改为。平台板的弯矩设计值，取A，。 3.2.3 平台梁设计平台梁截面尺寸与底层相同。 荷载计算永久荷载设计值：平台梁自重 梁侧抹灰 平台板传来 梯段板传来 可变荷载设计值： 合计 截面设计按倒L形计算，计算跨度。弯矩设计值，剪力设计值，选配3C16，。配置A箍
12、筋，斜截面受剪承载力满足要求。4 单榀框架设计4.1 单榀框架的选择 建筑的结构平面布置如图4-1，建筑正立面图如图4-2。图4-1 结构平面布置图图4-2 建筑北立面图由于建筑屋面为上人屋面，由横轴1、2和纵轴B、C围成的楼梯和电梯开间从三层顶向上突出高度为的开间。单榀框架计算时取位于横轴4上的一榀框架计算。单榀框架计算简图如图4-3。图4-3 单榀框架计算简图 C30混凝土德弹性模量。据此可算得梁和柱的刚度分别如表4-1和表4-2。表4-1 梁刚度（考虑现浇板的影响）矩形截面惯性矩边框架梁中框架梁0.0085750.01286487690.0171565962表4-2 柱刚度构件名称柱高截
13、面惯性矩标准层柱4.20.00520837202底层柱5.50.005208284074.2 竖向荷载计算（标准值）及内力分析 4.2.1 竖向荷载楼盖内次梁上的恒载： 楼板传来 次梁自重 梁侧抹灰 总计 楼盖内次梁上的活载：楼板传来 屋盖内次梁上的恒载： 屋盖内次梁上的活载： 楼盖边次梁上的恒载：楼板和次梁重 纵墙荷载（含门窗） 总计 楼盖边次梁上的活载： 屋盖边次梁上的恒载：屋面板和次梁重 女儿墙重 总计 屋盖边次梁上的活载： 主梁自重： 楼盖边次梁处的集中恒载： 相应的弯矩： 楼盖边次梁处的集中活载： 相应的弯矩： 屋盖边次梁处的集中恒载： 相应的弯矩： 屋盖边次梁处的集中活载： 相应的
14、弯矩： 楼盖内次梁处的集中恒载： 楼盖内次梁处的集中活载： 屋盖内次梁处的集中恒载： 屋盖内次梁处的集中活载： 标准层柱重： 底层柱重 ： 由以上结果，考虑柱重，并把主梁重堆聚成集中荷载，得框架上的竖向恒载标准值和竖向活载标准值分别如图4-4、4-5。图4-4 竖向恒载图4-5 竖向活载 4.2.2 竖向荷载作用下的内力分析 竖向恒载作用下的内力 用弯矩分配法，得竖向恒载作用下的弯矩图、剪力图和轴力图如图4-6、4-7、4-8。 图4-6 恒载弯矩图（单位：） 图4-7 恒载剪力图（单位：）图4-8 恒载轴力图（单位：） 竖向活载作用下的内力 竖向活载作用下的计算采用分跨计算组合法。 活载作用
15、在二层梁左跨时的弯矩图、剪力图和轴力图如图4-9、4-10、4-11。图4-9 活载作用在二层梁左跨时的弯矩图（单位：）图4-10 活载作用在二层梁左跨时的剪力图（单位：）图4-11 活载作用在二层梁左跨时的轴力图（单位：） 活载作用在三层梁左跨时的弯矩图、剪力图和轴力图如图3-12、3-13、3-14。图4-12 活载作用在三层梁左跨时的弯矩图（单位：）图4-13 活载作用在三层梁左跨时的剪力图（单位：）图4-14 活载作用在三层梁左跨时的轴力图（单位：） 活载在屋盖梁满布时的弯矩图、剪力图和轴力图如图4-15、4-16、4-17。图4-15 活载在屋盖梁满布时的弯矩图（单位：）图4-16
16、活载在屋盖梁满布时的剪力图（单位：）图4-17 活载在屋盖梁满布时的轴力图（单位：）4.3 地震作用计算 地震作用计算采用底部剪力法。地震作用计算模型如图4-18。图4-18 地震作用计算模型 4.3.1 重力荷载代表值 集中在各楼层标高处的重力荷载代表值包括：楼面或屋面自重标准值，50%楼面活载或50%屋面雪载，屋面活载不计，墙重取上、下各半层墙重的标准值之和。经计算可得，底层楼梯自重标准值226.21，二、三层楼梯自重标准值216.12。 底层重力荷载代表值G1： 恒载：二层板重 二层框架梁自重 二层次梁自重 一层框架柱自重 二层框架柱自重 一层楼梯自重 二层楼梯自重 一层墙和门窗重 二层
17、墙和门窗重 活载：楼面活载 二层重力荷载代表值G2： 恒载：本层现浇板重 1334.19 本层框架梁自重 514.8 本层次梁自重 637.65 本层框架柱自重 551.25 本层楼梯自重 216.12 本层墙和门窗重 1545.87 活载：楼面活载 563.23 三层重力荷载代表值G3： 恒载： 顶层梁重 128.48 顶层柱重 顶层墙重 179.37 本层现浇板和防水保温层重 本层框架梁自重 514.8 本层次梁自重 637.65 下层框架柱自重 551.25 下层墙和门窗重 1545.87 下层楼梯重 216.12 女儿墙重 活载：屋面雪载 局部四层重力荷载代表值G4： 恒载：本层梁重
18、128.48 本层柱重 本层墙重 179.37 活载：本层屋面雪载 建筑总重力荷载代表值4.3.2 框架刚度 柱D值的计算见表4-3。表4-3 柱D值框架的一层层高/柱数柱楼层D 上层中间框架4.210边柱1.77310.4699325307.511893118930 2686285中柱3.54620.639391618180907上层边框架4边柱1.31090.3959410020400802中柱2.62180.567271435628712局部四层框架34边柱0.936370.318426944422112.68845088450底层中间框架5.510边柱2.32200.652941126
19、8.97358735801604035中柱4.64410.77424872543624底层边框架4边柱1.71680.596436721268842中柱3.43360.72394815816316 4.3.3 自振周期 用顶点位移法计算结构基本自振周期的公式为 （4-1）式中 把重力荷载代表值水平作用于结构所得的结构顶点位移； 考虑填充墙影响的折减系数（此处取0.7）。 结构顶点位移的计算如表4-4所示。表4-4 结构顶点位移计算层次4402.41402.41884500.004550.1762535126.865529.272686280.0205830.1717025363.1110892
20、.382686260.0405480.1511215568.4416460.821604030.110570.11057得，从而得基本自振周期 4.3.4 水平地震作用 查表得特征周期=0.9s，地震影响系数最大值，从而。结构总水平地震作用标准值为 从而得到各层的地震作用，剪力，层间相对位移如表4-5所示。表4-5 框架各层地震力及弹性位移 层次447.3747.37402.410.1177884500.0005363496.35543.725529.270.098332686280.0020242362.33906.0510892.380.083182686280.0033731213.37
21、1119.3616460.820.068001604030.007519 从表4-5可见，各层的均大于抗震规范规定的最小值0.016。 由表4-5可得底层的层间位移角为0.007519/5.5=1/731，二层的层间位移角为0.003373/4.2=1/1245，局部四层的层间位移角为0.000536/3=1/5597，均小于层间位移角限值1/550。整体结构上的水平地震作用应按柱抗侧向刚度的比例进行分配，先算出5个中间框架分得的地震力，再算出4轴框架分得的地震力。计算过程如表4-6。其中，上层总剪力分配至5个中间框架的分配系数为（118930+80907）/268628=0.74392，底层
22、相应的分配系数为（73580+43624）/160403=0.73068。由4轴框架的层剪力可得其所受的水平地震作用如图4-19。表4-6 4轴框架水平地震力的计算层次12345个中间框架总层剪力816.33670.75402.5223.684轴框架分到的层剪力163.26134.1580.500图4-19 水平地震作用和柱的相对D值 4.3.5 水平地震作用下的内力 用D值法计算水平地震作用下结构的内力。反弯点高度计算见表4-7，其中系按倒三角形荷载查表所得。表4-7 柱的反弯点高度柱型楼层边柱31.77310.4390004.21.84221.77310.4890004.22.0512.3
23、2200.5630005.53.096中柱33.54620.450004.21.8923.54620.500004.22.10014.64410.550005.53.025 柱的相对D值如图4-19所示。框架在地震作用下的弯矩图、剪力图和轴力图分别如图4-20、4-21和4-22所示。图4-20 水平地震作用下的弯矩图（单位：）图4-21 水平地震作用下的剪力图（单位：） 图4-22 水平地震作用下的轴力图（单位：） 4.3.6 重力荷载代表值作用下的内力 重力荷载代表值如图4-23所示。用弯矩分配法得相应的弯矩图、剪力图和轴力图如图4-24、4-25和4-26。图4-23 重力荷载代表值荷载
24、（单位：）图4-24 重力荷载代表值作用下的弯矩图（单位：）图4-25 重力荷载代表值作用下的剪力图（单位：）图4-26 重力荷载代表值作用下的轴力图（单位：）4.4 风荷载作用下的内力风压标准值计算公式为：。基本风压。因结构总高度小于30，故风振系数。对于矩形截面，体型系数。将风荷载换算成作用于楼板处的集中荷载，计算过程如表3-6所示，其中面积=（下部高+上部高）房屋长，房屋长为58.3。计算得到的作用在各楼屋盖处的集中风荷载如表4-8所示。表4-9进一步算出4轴框架分配到的层剪力和楼屋盖处的集中风力。风荷载作用见图4-27。表4-8 风荷载集中力和层剪力计算层次下部高上部高层集中力层剪力313.351.1362.11.22127.16103.28103.2829.151.002.12.116
