某办公楼钢筋混凝土框架结构设计

某办公楼钢筋混凝土框架结构设计 【摘要】 本设计的工程为 广工大华立 某五层办公楼现浇钢筋混凝土框架结构，高度为 建设地区抗震设防烈度为 7 度，基本风压为 建筑场地为 ，本建筑抗震等级为 3 级。 在 实习单位领导 的指导下，先后完成了如下工作：（ 1）建筑设计，（ 2）结构选型，（ 3）楼（屋）面板结构设计，（ 4）框架结构设计，（ 5）基础结构设计，（ 6）楼梯设计等。 其中，楼板采用塑性理论进行计算，屋面板则采用弹性理论。采用分层计算法近似计算竖向荷载作用 下框架内力，用 D 值法近似计算水平荷载作用下的框架内力。本设计采用的板厚为 100向框架梁截面尺寸 250450首层 框架柱 500500余各层框架柱 450450础采用现浇钢筋混凝土阶梯行独立基础，埋深 度 梯为现浇板式楼梯。计算结果见施工图部分。 【 关键词 】 多层办公楼、钢筋混凝土、框架结构 、楼梯、基础 A My is a s .6 9.6 In of . kN/of I. of . I I to s so I as (1) (2) (3) (4) (5) (6) so I of in of of in of s I D is in of In s 00s 5050of 0000I in my of of of in be in 【 校园某办公室钢筋混泥土结构设计 广东工业大学华立学院 1 选型 本设计中，板采用 凝土浇注。 确定钢筋混凝土板截面尺寸 ： 对于双向板，要求1150 , 1l 为双向板的短向跨度。结构布置图如图所示，短边尺寸最大值的 格， 1l 390013 9 0 0 5 0，并且双向板 0h 合考虑，取板厚 h 为 100以取 楼板和屋面板厚度为 100楼盖和屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构 选型 本设计中，梁采用 凝土浇注。 框架主梁截面高度按梁跨度的 1/18 1/10 估算 ，由此估算出的梁截面尺寸如下： 框架横梁 横梁跨度 L 取 6900mm h = (1/18 1/10)L = 383 690 取 h=450mm b = (1/2 1/3)h = 128 345 取 b=250 横梁 bh = 25000架纵梁 跨度 L 取最大跨度 3900mm h = (1/18 1/10)L = 217 390 取 h=400mm b = (1/2 1/3)h = 133 200 取 b=200纵梁 bh = 20000虑刚度等因 素，外墙梁尺寸 bh = 30000截面尺寸（ 各层混凝土强度等级 框架梁 编 号 bh 层 次 混凝土等级 横 梁 00600 1 5 50450 1 5 梁 00600 1 5 00400 1 5 广东工业大学华立学院 2 选型 本设计中，柱采用 凝土浇注。 因为本框架结构总高度小于 30m，抗震设防烈度为 7 度，故框架抗震等级为三级，轴压比限值为 层荷载标准 值为 1015 kN/设计取 12 kN/ 边柱及中柱荷载面积分别为： m 和 m 考虑采用 凝土， 21 4 m mf 边柱： 23 5 4 取柱为矩形： bh = 450450 2中柱： 23 6 3 6 取柱为矩形： bh = 450450 2首层柱取： bh = 500500 2 广东工业大学华立学院 3 性法） 地砖地面： kN/ 25泥砂浆找平层： 20kN/ 100筋混凝土楼板： 25kN/ 管道荷载： kN/ 20合砂浆打底： 17kN/ 恒载标准值： kN/ 活载标准值： kN/ 以可变荷载效应控制时，取 永久荷载效应控制时，取 为 2，所以取可变荷载效应控制的荷载值 恒载设计值： g kN/ 活载设计值 : q=kN/ 荷载设计值： p=g+q=kN/1、 格内力以及配筋计算 计算跨度22 1 0 0 2 0 0 1 9 0 03 9 0 0 2 5 0 3 6 5 03 6 5 0 11 . 9 2 0 . 2 7 2 . 01900m ml m 取 ， 格为四边连续板，四周有梁，内力折减系数为 筋采用分离式布置。 广东工业大学华立学院 4 220 . 8 3113122 ( ) 2 2420 . 8 8 . 2 2 1 . 9 3 1 . 9 2 10 /13122 (1 . 9 2 ) 2 1 . 9 2 2 . 0 0 . 2 7 2 0 . 2 7 2 . 042 m m 取 =000 00 mm，210 N/ 2m i m i n m i 4 5 / 0 . 4 5 1 . 2 7 / 2 1 0 0 . 0 0 2 7 2 0 . 2 7 2 % 0 . 2 %0 . 2 7 2 % 1 0 0 0 1 0 0 2 7 2b h m m 2、 格内力以及配筋计算 计算跨度23 9 0 0 2 5 0 3 6 5 06 9 0 0 1 0 0 1 5 0 1 5 0 / 2 6 7 2 56 7 2 5 11 . 8 4 0 . 3 0 2 . 03650m ml m 取 ， 格为一短边简支，内力折减系 数为 边支座 a 为 格的共同支座，格 a 支座配筋在 格计算中已选定，为 8180， 790 2 7 9 2 1 0 0 . 9 7 0 3 . 7 /y s f h k N m m 2 28 . 2 2 3 . 6 5( 3 1 ) ( 3 1 . 8 4 1 ) 3 . 71 2 1 23 . 4 2 /1 3 1 32 ( ) 2 2 ( 1 . 8 4 ) 2 1 . 8 4 2 . 0 0 . 3 04 2 4 2k N m 取 =000 00 mm，210 N/ 2截面位置 弯矩设计值 (kNm/m) 20( / )m m 实配钢筋 短跨跨中 0 50以取永久荷载效应控制的荷载值 恒载设计值： g=kN/载设计值 : q=kN/载设计值： p=g+q =kN/m2 p=g+q/2=kN/m2 p”=q/2=kN/矩计算方法：（ 1）求跨中弯矩时，按 p=g+q/2，和 p”=q/2叠加作用进行计算 。 （ 2）求支座弯矩时，按 p=g+q 进行计算。 广东工业大学华立学院 12 1、 格内力以及配筋计算 四边固定 计算跨度2 1 0 0 2 0 0 1 9 0 03 9 0 0 2 5 0 3 6 5 019000 . 5 23650m ml m 、 、 为 弯 矩 系 数单位板宽弯矩（ /kN m m ）计算： 跨中弯矩： 2 2 2 22 2 2 2 0 . 0 3 9 4 9 . 5 6 1 . 9 0 . 0 9 3 6 0 . 2 4 5 1 . 91 . 4 4 / 0 . 0 0 4 5 9 . 5 6 1 . 9 0 . 0 1 8 8 0 . 2 4 5 1 . 90 . 1 7 /x x xy x xM p l p m mM p l p m m 支座弯矩： 220 . 0 8 2 0 9 . 8 0 5 1 . 9 2 . 9 0 2 /0 . 0 5 7 0 9 . 8 0 5 1 . 9 2 . 0 1 8 /p l k N m mM p l k N m m d 支 座a 支 座配筋计算： 000 00 s=中正弯矩配筋，选用 筋， 10 2/N m i m i n m i 4 5 / 0 . 4 5 1 . 2 7 / 2 1 0 0 . 0 0 2 7 2 0 . 2 7 2 %0 . 2 7 2 % 1 0 0 0 1 0 0 2 7 2b h m m 截 面 M(kNm) 200 . 8 ( )s m 选用钢筋 实际配筋 面积（ 跨 中 上表可见，z沿房屋高度在 围内变化，即风压脉动的影响较大。因此该房屋应该考虑风压脉动的影响。 框架结构分析时，应按静力等效原理将上图的分布风荷载转化为节点集中荷载， 广东工业大学华立学院 30 如图所示。例如， 第 3 层的集中荷载 计算过程如下： 313 . 1 7 2 1 . 9 4 3 2 . 8 7 6 1 . 7 6 2 3 . 62113 . 6 9 5 3 . 1 7 2 2 . 2 6 3 1 . 9 4 3 3 . 623123 . 1 7 2 2 . 8 7 6 1 . 9 4 3 1 . 7 6 2 3 . 6 1 8 . 6 323 （ 2）风荷载作用下的水平位移验算。 根据上图所示的水平荷载，由公式 计算层间剪力后根据表“中框架柱侧移刚度 D 值”，求出 轴线框架的层间侧移刚度，再按公式 1/ si i D 和 1nk 计算各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程见下表。 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算 层次 1 2 3 4 5 /iF /D N m m 32634 50104 50104 50104 50104 /iu 1/1643 1/2449 1/3429 1/5373 1/10588 由上表可见，风荷载作用下框架的最大层间位移角为 1/1643，远小于 1/550，满足规范要求。 （ 3）风荷载作用下框架结构内力计算。 风 荷载作用下框架结构内力计算过程与水平地震作用下的相同。计算过程见下表。 轴线横向框架在风荷载作用下的弯矩、梁端剪力及柱轴力见下图。 风荷载作用下各层柱端弯矩及剪力计算 广东工业大学华立学院 31 层次 /iV / 边柱 边柱 1y 115 0104 10812 4 0104 10812 3 0104 10812 2 0104 10812 1 2634 7054 中柱 轴中柱 2y 2214240 14240 14240 14240 9263 风荷载作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算 层次 边 跨梁 中 跨梁 柱轴力 l l 边柱 中柱 5 4 3 2 1 风荷载作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如下图所示。 广东工业大学华立学院 32 （ ） 框架弯矩图（ ）（ ） 梁端剪力及柱轴力图（ ） 广东工业大学华立学院 33 （ 1）计算单元 取 轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为 下图所示。本设计不考虑纵向框架梁的中心线与柱的不重合，因此在框架节点上不考虑有集中力矩作用。 横向框架计算单元 （ 2）荷载计算 1）恒载计算。 在下图中， 均布荷载形式。对于第 5 层 kN/m 22上图所示几何关系可得： 广东工业大学华立学院 34 2 6 . 9 3 . 9 2 6 . 9 1 /q k N m 2 6 . 9 2 . 1 1 4 . 4 9 /q k N m 别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和屋面墙体等的重力荷载，计算如下图： 各层梁上作用的恒 载 126 . 93 . 9 6 . 9 4 . 9 1 4 3 . 9 3 . 8 4 1 3 . 9 1 2 6 . 9 826 . 9 2 . 13 . 9 6 . 9 2 . 1 8 4 3 . 9 1 2 9 . 6 122P k NP k N 对于 1 4 层， 均布荷载。其他荷载计算方法同第 5 层，结果为： 1 3 1 /q k N m 1 3 . 0 7 1 3 . 6 8 3 . 1 5 1 4 . 6 6 /q k N m 2 4 . 5 2 3 . 9 1 7 . 6 3 /q k N m 2 4 . 5 2 2 . 1 9 . 4 9 /q k N m 各层梁上作用的恒载 q 1P 2 P 2q 2P 1q 2q 1P 2P 2q 2P 1q 2 广东工业大学华立学院 35 1226 . 93 . 9 4 . 5 2 4 . 9 1 4 3 . 9 3 . 9 0 . 4 5 ( 3 . 6 0 . 6 ) 2 . 1 1 . 8 5 . 3 420 . 4 2 . 1 1 . 8 1 1 6 . 5 86 . 9 2 . 1 2 . 0 2 . 13 . 9 4 . 5 2 2 . 1 8 4 3 . 9 3 . 9 0 . 4 5 ( 3 . 6 0 . 4 ) 3 . 6 82 2 22 . 0 2 . 10 . 2 1 2 1 . 0 526 . 9 2 . 122 3 . 9 0 . 4 53 . 9 4 . 5 2 2 . 1 8 4 3 . 9 3 . 9 0 . 4 5 ( 3 . 6 0 . 4 ) ( 3 . 6 0 . 4 )223 . 6 8 1 0 8 . 1 6 框架恒载计算表 层次 (kN/m) (kN/m) (kN/m) (kN/m) kN kN 1 4 ）活荷载计算。 各层梁上作用的活载 对于第 5 层 2 0 . 5 3 . 9 1 . 9 5 /q k N m 2 0 . 5 2 . 1 1 . 0 5 /q k N m 126 . 93 . 9 0 . 5 6 . 7 326 . 9 2 . 13 . 9 0 . 5 8 . 7 822P k NP k N 对于第 1 4 层 2 2 . 0 3 . 9 7 . 8 /q k N m2 2 . 0 2 . 1 4 . 2 /q k N m 1q 1q 2q 2q 2P 2q 1P 2 P 2q 2P 1 广东工业大学华立学院 36 126 . 93 . 9 2 . 0 2 6 . 9 126 . 9 2 . 1 3 . 9 2 . 0 3 5 . 122P k NP k N 框架活荷载 计算表 层次 (kN/m) (kN/m) kN 4 3）内力 计算。 梁端、柱端弯矩采用力矩分配法计算。以下取第五层 梁为例，在恒载作用下，计算没有分配之前的梁端弯矩。 在 恒载作用下，梁端所产生的弯矩是由梁的自重所形成的矩形均布荷载，和板的重量形成的梯形均布荷载叠加形成的。 在梁的自重所形成的矩形均布荷载作用下的梁端弯矩： 2 2112 2113 . 0 7 1 6 . 9 1 2 . 1 81 2 1 23 . 0 7 1 6 . 9 1 2 . 1 81 2 1 2k N k N m 在板的重量形成的梯形均布荷载作用下的梁端弯矩： 2 22 3 2 3222 22 3 2 3222 6 . 9 1 6 . 91 2 1 2 0 . 2 8 3 0 . 2 8 3 9 2 . 1 21 2 1 22 6 . 9 1 6 . 91 2 1 2 0 . 2 8 3 0 . 2 8 3 9 2 . 1 21 2 1 21 . 9 50 . 2 8 36 . 9k N k N 弯矩叠加： 12 1 2 . 1 8 9 2 . 1 2 1 0 4 . 3 01 2 . 1 8 8 2 . 1 2 1 0 4 . 3 0A D A D A D A D Am m m k N mm m m k N m 根据力矩分配法，转动弯矩 1 0 1 04 4 0 . 7 7 1 0 4 4 2 . 8 4 8 1 0A B A BS i S i 柱 柱，2q 2q 1P 2P 广东工业大学华立学院 37 分配系数： 0 . 7 7 0 . 2 1 30 . 7 7 2 . 8 4 82 . 8 4 8 0 . 7 8 70 . 7 7 2 . 8 4 8 柱柱下 柱柱恒载作用下没有分配之前的梁端弯矩值 m kN m 层次 左端 右端 左端 右端 左端 右端 5 1 4 活荷载载作用下没有分配之前的梁端弯矩值 m kN m 层次 左端 右端 左端 右端 左端 右端 5 1 4 各节点分配系数 层次 边柱 中柱 各层柱上端 各层柱下端 左梁 左梁 各层柱上端 各层柱下端 右梁 5 2 4 1 具体弯矩过程见下图。 广东工业大学华立学院 38 上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱