钢框架-支撑结构设计实例4.10.1 工程设计概况本建筑为某公司办公楼，位于沈阳市区，共七层。总建筑面积约5900，总高度30.6m，室内外高差0.600m；底层层高4.5m，顶层层高4.5m，其余层均为4.2m。设两部楼梯和两部电梯。墙体采用聚氨酯PU夹芯墙板。屋面为不上人屋面。结构形式为钢框架支撑体系。设计基准期50年，雪荷载0.50，基本风压：0.55。抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.1，结构抗震等级四级。结构设计基准期50年。地质条件：拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地坪-9.0m以下，冰冻深度-1.20m，地质条件见表4-24，类场地。建筑地层一览表 表4-24序号岩土分类土层深度（m）厚度范围（m）地基土承载力（kPa）桩端阻力（kPa）桩周摩擦力（kPa）1杂填土0.00.50.52粉土0.51.51.0120103中砂1.52.51.0230254砾砂2.56.54.03402400305圆砾6.512.56.0520350060注：表中给定土层深度由自然地坪算起。4.10.2 方案设计1.建筑方案概述1）设计依据民用建筑设计通则GB50352-2005办公建筑设计规范JGJ67-2006建筑设计防火规范GB50016-20062）设计说明（1）屋面（不上人屋面）防水层：SBS改性沥青卷材(带保护层)；40mm厚1:3水泥沙浆找平层；70mm厚挤塑板保温层；1:6水泥炉渣找坡（最薄处30mm,坡度2%）；压型钢板混凝土组合板（结构层折算厚度100mm）；轻钢龙骨吊顶。（2）楼面：20mm厚大理石面层；20mm厚1：3干硬性水泥沙浆找平层；压型钢板混凝土组合（结构层折算厚度100mm）； 轻钢龙骨吊顶。（3）门窗本工程采用实木门和塑钢玻璃窗。（4）墙体外墙为双层聚氨酯PU夹芯墙板300mm（内塞岩棉）；内墙为双层聚氨酯PU夹芯墙板180mm厚聚氨酯PU夹芯墙板；2. 结构方案概述1）设计依据本设计主要依据以下现行国家规范及规程设计：建筑结构荷载规范（GB50009-2001）（2006版） 钢结构设计规范（GBJ50017-2003）建筑抗震设计规范（GB50011-2010）混凝土结构设计规范（GB50010-2002）钢-混凝土组合结构设计规程（DLT5085-99）2）结构形式及布置采用钢框架-支撑结构。纵向设置十字交叉支撑两道，支撑杆件用H型钢截面。框架梁、柱均采用焊接工字形截面。楼板采用压型钢板钢筋混凝土组合结构；楼梯为钢楼梯；基础采用柱下独立基础，结构布置如下：图4-69 结构布置及计算单元底层计算高度为4.5m+1.5m=6.0m，其中1.5m为初估室内地坪至柱脚底板的距离。3）材料选用所有构件及零件均采用Q235B；组合楼板混凝土强度等级C20，基础混凝土强度等级C25，钢筋为HRB335级及HPB235。4.主要参数及结构计算方法1）抗震设计该建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，类场地，设计基本地震加速度为0.1g，房屋抗震等级为四级。2）自然条件基本风压0.55，地面粗糙度类别为C类（按房屋比较密集的城市市区计）；基本雪压0.50.3)计算方法采用底部剪力法计算水平地震作用；采用修正反弯点法（D值法）计算水平地震作用下的框架内力和风荷载作用下的框架内力；采用弯矩二次分配法，计算竖向荷载作用下框架内力。4.10.3 结构布置及截面初选1. 计算简图及构件截面初选1）计算单元本设计的结构计算单元如图4-69所示，结构的竖向布置如图4-70所示（基础顶面距室外地坪按0.9m考虑）。 图4-70 结构竖向布置图2）结构构件截面初选（1）柱截面初估钢框架支撑结构按每平米58计算竖向荷载，此处取7，柱的长细比（60120）。轴压力设计值（3.3+3.3）671.372522.52kN，1.3为荷载分项系数平均值。取长细比80 （按较小刚度y轴考虑），计算长度系数=1（设有侧向支撑），按b类截面查得稳定系数0.688，则所需要面积：A考虑弯矩及倾覆压力作用的影响取：（1.31.5）A（1.31.5）17885.14 =23250.726827.7 mm2所需截面回转半径：iy6000/8075mm。 （2）钢梁截面初估纵向框架梁高/（1520）6000/156000/20400mm300mm；横向框架梁高/（1520）=6600/156600/20=440mm330mm；（3）压型钢板压型钢板采用YX70200600（V200），板厚1mm，有效截面惯性矩100.64cm4/m,有效截面抵抗矩27.37cm3/m，一个波距宽度内截面面积 =321.42，自重0.15。经试算，柱、梁截面尺寸见表4-25。图4-71 梁、柱截面参数结构构件初选截面参数 表4-25项目截面尺寸构件截面特性重量（kN/m）（mm）（mm）（mm）（mm）（mm）A(mm2)(mm4)(mm4)(mm)(mm)框架柱500450224561426184217.8113.02.042横向框架梁50026014472811056212.760.90.862纵向框架梁450 240 14 422 8 10096 191.33 56.54 0.787 横(纵)向次梁4002401038087840167.254.20.6124.10.4 荷载汇集1. 屋面均布荷载1）屋面恒载合计 5.272）屋面活载不上人屋面 0.5雪荷载 0.5重力荷载代表值计算时屋面可变荷载取雪荷载。竖向荷载作用下结构分析时活荷载和雪荷载不同时考虑，取二者较大值。2. 楼面均布荷载1）楼面恒荷载合计 3.73 2）楼面活载 楼面活荷载 2.0走廊、楼梯的活荷载 2.5为简化计算，本设计偏于安全楼面均布荷载统一取2.5计算。3. 构件自重1）柱（单根）1层 9.19 kN26层 8.58 kN7层 9.19 kN2）梁（单根）横向框架梁 5.69kN纵向框架梁 4.72kN横向次梁 4.04kN 纵向次梁 3.67kN3）墙体 外墙 0.65内墙 0.50隔墙 0.434）门窗 木门 0.2塑钢窗 0.34.10.5 地震作用计算1. 重力荷载代表值计算各楼层重力荷载代表值（组合值系数取0.5），计算结果如下：5798.30kN5548.78kN5518.74kN5561.20kN房屋总重力荷载代表值：5798.30+5548.78+5518.744+5561.20 =38983.24kN图4-72 重力荷载分布图2.横向框架水平地震作用下结构分析1）层间侧移刚度计算（1）梁线刚度计算钢材的弹性模量N/mm2。框架梁线刚度 表4-26层跨度L（mm）截面惯性矩（mm4）边框架中框架=1.2（mm4）（kNm）=1.5（mm4）（kNm）176600 1.87312.3414（2）柱线刚度计算柱的线刚度按式计算框架柱线刚度 表4-27层h（m）A,D轴柱惯性矩（）A,D轴柱子线刚度（kNm）B,C柱轴惯性矩（）B B,C轴柱子线刚度（kNm）7 4.51.24245.68751.24245.68756 4.21.24246.09381.24246.09385 4.21.24246.09381.24246.09384 4.21.24246.09381.24246.09383 4.21.24246.09381.24246.09382 4.21.24246.09381.24246.09381 6.01.24244.26561.24244.2656（3）柱侧移刚度计算图4-73 柱侧移刚度计算简图一般层：= 首 层：= 框架柱的值 表4-28层柱子类别（m）(104KNm)(104KNm)（104 KN/m）（104 KN/m）7