1、上海某生物技術公司辦公樓C樓框架結構設計1 引言上海作為我國的經濟中心，每天都經歷著日新月異的發展。隨著市中心用地的緊張，浦東新區等地逐漸發展起來，許多公司和企業爭相在這些地區建立辦公樓，以爭取更好的發展機會，上海某生物技術公司便是其中之一。經上級部門和城建部門的批準，該生物技術公司擬在浦東新區建立一棟三層的辦公樓。辦公樓要求空間布置能夠簡便靈活，易于改動，滿足使用要求。基于辦公樓的使用要求和框架結構的特點，結合施工工期，經濟條件等因素，經過討論，確定該辦公樓的結構為現澆鋼筋混凝土框架結構。2 樓面板、屋面板、次梁設計2.1 設計資料 樓面構造做法：20厚水泥砂漿面層，20厚水泥砂漿抹灰； 樓

2、面可變荷載標準值為2，屋面可變荷載標準值為2； 材料選用：混凝土：C30（）； 鋼筋 ：梁中受力縱向鋼筋：HRB400（級鋼，） 其他鋼筋 ：HPB300（級鋼，）；，混合砂漿強度等級M7.5。2.2 截面尺寸選擇 柱：； 板：，且，取； 次梁：，取， ； 主梁：，取， 。2.3 樓板的設計 永久荷載標準值：水泥砂漿面層 厚鋼筋混凝土板 水泥砂漿板底抹灰 永久荷載設計值 可變荷載設計值 合計 2.3.2 正截面受彎承載力級配筋 ，按單向板計算。取寬板帶按連續梁進行計算，中間跨板與次梁固結，邊跨與主梁固結，板的計算長度為：中間跨：；邊跨 ：。截面內力及配筋計算如表2-1。其中表2-1 板的受彎承

3、載力及配筋計算（取寬板帶計算） 截面端支座邊跨跨中離端第二支座中間支座中間跨跨中彎矩系數-1/16-1/14-1/11-1/141/16受壓區高度選配A8200A8200A8200A8200A8200實際配筋率/，配筋率滿足最小配筋率要求。2.4 樓面次梁的設計永久荷載設計值：由板傳來 次梁自重 梁側抹灰 可變荷載設計值：由板傳來 合計 2.4.2 正截面受彎承載力計算及配筋次梁與主梁整澆，故計算跨度取凈跨：。次梁正截面計算如表2-2。表2-2 次梁的受彎承載力及配筋計算截面端支座邊跨跨中離端第二支座中間支座中間跨跨中彎矩系數-1/241/14-1/11-1/14-1/16受壓區高度選配2C1

4、62C163C162C162C16實際或200×3651400×365200×365200×3651400×365配筋率/，因此配筋率滿足最小配筋率要求。注：中間支座配筋誤差為，滿足要求。 2.4.3 斜截面受剪承載力及箍筋計算斜截面受剪承載力及箍筋計算如表2-3。表2-3 次梁斜截面受剪承載力及箍筋計算截面端支座內側離端第二支座外側離端第二支座內側中間支座外側中間支座內側剪力系數<0<0<0<0<0選配（雙肢箍）A6200A6200A6200A6200A6200實際配箍率/%，因此配箍率滿足最小配箍率要求。2.5

5、 屋面板和屋面次梁的設計 2.5.1 屋面次梁的設計屋面板采用結構找坡3%，取板厚為。取寬板帶進行計算。 荷載計算永久荷載設計值：35厚預制鋼筋混凝土大階磚 25厚粗砂保護層 塑料薄膜隔離層1厚高分子卷材一層 40厚發泡聚苯保溫板 花油法粘貼高聚物油氈一層20厚1:3水泥砂漿找平 100厚現澆鋼筋混凝土屋面結構層 可變荷載設計值： 合計 正截面受彎承載力及配筋計算屋面板中間跨與次梁固接，邊跨與主梁固接，故板的計算跨度為：中間跨：，邊跨 ： ；。截面內力及配筋計算如表2-4。表2-4 屋面板截面內力及配筋計算截面端支座邊跨跨中離端第二支座中間支座中間跨跨中彎矩系數-1/161/14-1/11-1

6、/141/16續表2-4 屋面板截面內力及配筋計算受壓區高度選配A8200A8200A8200A8200A8200實際配筋率/，配筋率滿足最小配筋率要求。2.5.2 屋面次梁設計 荷載計算永久荷載設計值：由板傳來 次梁自重 梁側抹灰 可變荷載設計值：由板傳來 合計 正截面受彎承載力及配筋計算 次梁與主梁整澆，計算跨度取凈跨。次梁正截面受彎承載力及配筋計算如表2-5所示。表2-5 屋面次梁正截面受彎承載力及配筋計算截面端支座邊跨跨中離端第二支座中間支座中間跨跨中彎矩系數-1/241/14-1/11-1/14-1/16受壓區高度選配2C162C162C14+2C161C14+2C162C16實際或

7、200×3651400×365200×365200×3651400×365配筋率/，因此配筋率滿足最小配筋率要求。 斜截面受剪承載力及箍筋計算 屋面次梁的斜截面受剪承載力和箍筋的計算如表2-6。表2-6 屋面次梁斜截面受剪承載力及箍筋計算截面端支座內側離端第二支座外側離端第二支座內側中間支座外側中間支座內側剪力系數續表2-6 屋面次梁斜截面受剪承載力及箍筋計算<09選配（雙肢箍）A6200A6200A6200A6200A6200實際配箍率/%，因此配箍率滿足最小配箍率要求。3 樓梯的設計 取板厚，踏步尺寸，梯段板傾角，。取寬板帶進行計算。

8、 荷載計算永久荷載設計值：三角形踏步自重 混凝土斜板自重 板底抹灰 可變荷載設計值： 合計 截面設計梯段板水平計算跨度，板的有效高度。彎矩設計值，取A，誤差滿足要求。 平臺板設計取板厚為，取寬板帶進行計算。 荷載計算永久荷載設計值： 平臺板自重 板底抹灰 可變荷載設計值： 合計 截面設計平臺板的計算跨度。板的有效高度。平臺板的彎矩設計值，取A，。 平臺梁設計初步選定平臺梁尺寸。 荷載計算永久荷載設計值：平臺梁自重 梁側抹灰 平臺板傳來 梯段板傳來 可變荷載設計值： 合計 截面設計按倒L形計算，計算跨度。彎矩設計值，剪力設計值，選配3C16，。配置A箍筋，斜截面受剪承載力滿足要求。3.2 二、三

9、層樓梯設計 二、三層樓梯的踏步尺寸、梯段板厚度、平臺板厚度都與底層相同，梯段板跨度比底層小，故二、三層樓梯梯段板可按與底層相同來進行配筋。 3.2.2 平臺板設計對二、三層樓梯平臺板，荷載與底層相同，僅計算跨度改為。平臺板的彎矩設計值，取A，。 3.2.3 平臺梁設計平臺梁截面尺寸與底層相同。 荷載計算永久荷載設計值：平臺梁自重 梁側抹灰 平臺板傳來 梯段板傳來 可變荷載設計值： 合計 截面設計按倒L形計算，計算跨度。彎矩設計值，剪力設計值，選配3C16，。配置A箍筋，斜截面受剪承載力滿足要求。4 單榀框架設計4.1 單榀框架的選擇 建筑的結構平面布置如圖4-1，建筑正立面圖如圖4-2。圖4-

10、1 結構平面布置圖圖4-2 建筑北立面圖由于建筑屋面為上人屋面，由橫軸1、2和縱軸B、C圍成的樓梯和電梯開間從三層頂向上突出高度為的開間。單榀框架計算時取位于橫軸4上的一榀框架計算。單榀框架計算簡圖如圖4-3。圖4-3 單榀框架計算簡圖 C30混凝土德彈性模量。據此可算得梁和柱的剛度分別如表4-1和表4-2。表4-1 梁剛度（考慮現澆板的影響）矩形截面慣性矩邊框架梁中框架梁4876965962表4-2 柱剛度構件名稱柱高截面慣性矩標準層柱37202底層柱284074.2 豎向荷載計算（標準值）及內力分析 4.2.1 豎向荷載樓蓋內次梁上的恒載： 樓板傳來 次梁自重 梁側抹灰 總計 樓蓋內次梁上

11、的活載：樓板傳來 屋蓋內次梁上的恒載： 屋蓋內次梁上的活載： 樓蓋邊次梁上的恒載：樓板和次梁重 縱墻荷載（含門窗） 總計 樓蓋邊次梁上的活載： 屋蓋邊次梁上的恒載：屋面板和次梁重 女兒墻重 總計 屋蓋邊次梁上的活載： 主梁自重： 樓蓋邊次梁處的集中恒載： 相應的彎矩： 樓蓋邊次梁處的集中活載： 相應的彎矩： 屋蓋邊次梁處的集中恒載： 相應的彎矩： 屋蓋邊次梁處的集中活載： 相應的彎矩： 樓蓋內次梁處的集中恒載： 樓蓋內次梁處的集中活載： 屋蓋內次梁處的集中恒載： 屋蓋內次梁處的集中活載： 標準層柱重： 底層柱重 ： 由以上結果，考慮柱重，并把主梁重堆聚成集中荷載，得框架上的豎向恒載標準值和豎向

12、活載標準值分別如圖4-4、4-5。圖4-4 豎向恒載圖4-5 豎向活載 4.2.2 豎向荷載作用下的內力分析 豎向恒載作用下的內力 用彎矩分配法，得豎向恒載作用下的彎矩圖、剪力圖和軸力圖如圖4-6、4-7、4-8。 圖4-6 恒載彎矩圖（單位：） 圖4-7 恒載剪力圖（單位：）圖4-8 恒載軸力圖（單位：） 豎向活載作用下的內力 豎向活載作用下的計算采用分跨計算組合法。 活載作用在二層梁左跨時的彎矩圖、剪力圖和軸力圖如圖4-9、4-10、4-11。圖4-9 活載作用在二層梁左跨時的彎矩圖（單位：）圖4-10 活載作用在二層梁左跨時的剪力圖（單位：）圖4-11 活載作用在二層梁左跨時的軸力圖（單

13、位：） 活載作用在三層梁左跨時的彎矩圖、剪力圖和軸力圖如圖3-12、3-13、3-14。圖4-12 活載作用在三層梁左跨時的彎矩圖（單位：）圖4-13 活載作用在三層梁左跨時的剪力圖（單位：）圖4-14 活載作用在三層梁左跨時的軸力圖（單位：） 活載在屋蓋梁滿布時的彎矩圖、剪力圖和軸力圖如圖4-15、4-16、4-17。圖4-15 活載在屋蓋梁滿布時的彎矩圖（單位：）圖4-16 活載在屋蓋梁滿布時的剪力圖（單位：）圖4-17 活載在屋蓋梁滿布時的軸力圖（單位：）4.3 地震作用計算 地震作用計算采用底部剪力法。地震作用計算模型如圖4-18。圖4-18 地震作用計算模型 4.3.1 重力荷載代表

14、值。 底層重力荷載代表值G1： 恒載：二層板重 二層框架梁自重 二層次梁自重 一層框架柱自重 二層框架柱自重 一層樓梯自重 二層樓梯自重 一層墻和門窗重 二層墻和門窗重 活載：樓面活載 二層重力荷載代表值G2： 本層框架柱自重 三層重力荷載代表值G3： 恒載： 頂層梁重 頂層柱重 本層現澆板和防水保溫層重 本層次梁自重 女兒墻重 活載：屋面雪載 局部四層重力荷載代表值G4： 恒載：本層梁重 本層柱重 活載：本層屋面雪載 建筑總重力荷載代表值4.3.2 框架剛度 柱D值的計算見表4-3。表4-3 柱D值框架的一層層高/柱數柱樓層D 上層中間框架10邊柱11893118930 2686285中柱1

15、618180907上層邊框架4邊柱10020400802中柱1435628712局部四層框架34邊柱694448845088450底層中間框架10邊柱7358735801604035中柱872543624底層邊框架4邊柱6721268842中柱815816316 4.3.3 自振周期 用頂點位移法計算結構基本自振周期的公式為 （4-1）式中 把重力荷載代表值水平作用于結構所得的結構頂點位移； 考慮填充墻影響的折減系數（此處取0.7）。 結構頂點位移的計算如表4-4所示。表4-4 結構頂點位移計算層次488450326862822686261160403得，從而得基本自振周期 4.3.4 水平地

16、震作用 查表得特征周期=0.9s，地震影響系數最大值，從而。結構總水平地震作用標準值為 從而得到各層的地震作用，剪力，層間相對位移如表4-5所示。表4-5 框架各層地震力及彈性位移 層次488450326862822686281160403 從表4-5可見，各層的均大于抗震規范規定的最小值0.016。 由表4-5可得底層的層間位移角為0.007519/5.5=1/731，二層的層間位移角為0.003373/4.2=1/1245，局部四層的層間位移角為0.000536/3=1/5597，均小于層間位移角限值1/550。整體結構上的水平地震作用應按柱抗側向剛度的比例進行分配，先算出5個中間框架分得

17、的地震力，再算出4軸框架分得的地震力。計算過程如表4-6。其中，上層總剪力分配至5個中間框架的分配系數為（118930+80907）/268628=0.74392，底層相應的分配系數為（73580+43624）/160403=0.73068。由4軸框架的層剪力可得其所受的水平地震作用如圖4-19。表4-6 4軸框架水平地震力的計算層次12345個中間框架總層剪力24軸框架分到的層剪力0圖4-19 水平地震作用和柱的相對D值 4.3.5 水平地震作用下的內力 用D值法計算水平地震作用下結構的內力。反彎點高度計算見表4-7，其中系按倒三角形荷載查表所得。表4-7 柱的反彎點高度柱型樓層邊柱3000

18、20001000中柱300020001000 柱的相對D值如圖4-19所示。框架在地震作用下的彎矩圖、剪力圖和軸力圖分別如圖4-20、4-21和4-22所示。圖4-20 水平地震作用下的彎矩圖（單位：）圖4-21 水平地震作用下的剪力圖（單位：） 圖4-22 水平地震作用下的軸力圖（單位：） 4.3.6 重力荷載代表值作用下的內力 重力荷載代表值如圖4-23所示。用彎矩分配法得相應的彎矩圖、剪力圖和軸力圖如圖4-24、4-25和4-26。圖4-23 重力荷載代表值荷載（單位：）圖4-24 重力荷載代表值作用下的彎矩圖（單位：）圖4-25 重力荷載代表值作用下的剪力圖（單位：）圖4-26 重力荷

19、載代表值作用下的軸力圖（單位：）4.4 風荷載作用下的內力風壓標準值計算公式為：。基本風壓。因結構總高度小于30，故風振系數。對于矩形截面，體型系數。將風荷載換算成作用于樓板處的集中荷載，計算過程如表3-6所示，其中面積=（下部高+上部高）。計算得到的作用在各樓屋蓋處的集中風荷載如表4-8所示。表4-9進一步算出4軸框架分配到的層剪力和樓屋蓋處的集中風力。風荷載作用見圖4-27。表4-8 風荷載集中力和層剪力計算層次下部高上部高層集中力層剪力321表4-9 4軸框架水平風力計算層次1235個中間框架總層剪力4軸框架分配到的層剪力4軸框架樓屋蓋處的風力 圖4-27 風荷載作用簡圖柱的D值與前述表

20、3-3相同。反彎點高度修正值也與前述相同均為零。標準反彎點高度則按均布荷載由相關表格查得。反彎點高度見表4-10。表4-10 風荷載下柱的反彎點高度樓層邊柱中柱31.631.8921 從而算得框架在風荷載作用下的彎矩圖、剪力圖和軸力圖如圖4-28、4-29、4-30所示。圖4-28 風荷載作用下的彎矩圖（單位：）圖4-29 風荷載作用下的剪力圖（單位：）圖4-30 風荷載作用下的軸力圖（單位：）4.5 荷載組合與內力組合梁柱控制截面如圖4-3所示。內力符號規則：梁彎矩下部受拉為正；柱端彎矩繞桿端順時針為正；剪力繞桿件順時針為正；軸力受壓為正。梁控制截面的內力標準值匯總于表4-11和表4-12，

21、柱控制截面的內力標準值匯總于表4-13和4-14。表4-11 梁截面內力之一（標準值）梁截面恒載風載水平地震作用重力荷載代表值123456表4-12 梁截面內力之二梁截面活載在二層左跨活載在二層右跨活載在三層左跨活載在三層右跨活載在屋面滿跨1238456表4-13 柱截面內力之一柱截面恒載風載水平地震作用重力荷載代表值789101112130000001400000015000000160000001700000018000000表4-14 柱截面內力之二柱截面活載在二層左跨活載在二層右跨活載在三層左跨活載在三層右跨活載在屋面滿跨7891011續表4-14 柱截面內力之二1213001452.

22、83001500160017001800考慮如下幾種荷載效應組合：活載；風載；（活載+風載）；1.35風載；，其中對結構不利時取，有利時取1.0，取1.3，為重力荷載代表值效應，為水平地震作用標準值的效應。 4.5.1 梁截面內力組合 梁截面的荷載效應組合和內力組合如表4-15.從表中選取控制內力時，對地震效應組合還應考慮承載力抗震調整系數。對梁抗彎，=0.75；對梁抗剪，=0.85。如此得到的梁截面控制內力如表4-16。表4-15 梁截面荷載效應組合與內力組合（設計值）梁截面組合項結果組合項結果組合項結果 恒+活123456 恒+風123456 恒+0.9（活+風）123456 恒+（0.7

23、活+0.6風）123456 重力荷載代表值+地震作用123456表4-16 梁截面的控制內力設計值（已考慮）梁截面數值控制荷載組合數值控制荷載組合數值控制荷載組合1地震作用組合（右震）地震作用組合（左震）地震作用組合（左震）2恒活風組合地震作用組合（左震）地震作用組合（左震）3地震作用組合（左震）恒活風組合恒活風組合4地震地震作用組合（右震）地震作用組合（左震）恒活風組合5恒活風組合地震作用組合（左震）恒活風組合6地震作用組合（左震）恒活風組合恒活風組合 4.5.2 柱截面內力組合C30混凝土，鋼筋用級鋼，。取，界限軸力設計值為按標準值計算，有： 。軸壓比為時的設計軸力為： 柱截面的內力組合見表4-17。柱截面受偏壓時，當軸壓比小于0.15時，承載力抗震調整系數為0.75；當軸壓比不小于0.15時，為0.8。此處的軸壓比是進行承載力