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1.绪论

1.1工程背景

本项目为9层钢筋混凝土框架结构体系，占地面积约为960.96m2，总建筑面积约为8811.84m2；层高3.6m,平面尺寸为18.3m×52.0m。

采用桩基础，室内地坪为±0.000m，室外内高差0.6m。

框架梁、柱、楼面、屋面板板均为现浇。

1.1.1设计资料

1.1.1.1气象资料

夏季最高气温，冬季室外气温最低。

冻土深度25cm，基本风荷载W。

=0.35kNm2；基本雪荷载为0.2kNm2。

年降水量680mm。

1.1.1.2地质条件

建筑场地地形平坦，地基土成因类型为冰水洪积层。

自上而下叙述如下：

新近沉积层（第一层），粉质粘土，厚度0.5—1.0米，岩性特点，团粒状大孔结构，欠压密。

粉质粘土层（第二层），地质主要岩性为黄褐色分之粘土，硬塑状态，具有大孔结构，厚度约3.0米,qsk=35—40kPa。

粉质粘土层（第三层），地质岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，可塑状态，厚度3.5米，qsk=30—35kPa。

粉质粘土层（第四层），岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，硬塑状态，厚度未揭露，qsk=40—60kPa,qpk=1500—2000kPa。

不考虑地下水。

1.1.1.3地基土指标

自然容重1.90gcm2，液限25.5％，塑性指数9.1，空隙比0.683，计算强度150kpm2。

1.1.1.4地震设防烈度

7度

1.1.1.5抗震等级

三级

1.1.1.6设计地震分组

场地为1类一组Tg（s）=0.25s（表3.8《高层建筑结构》）

1.1.2材料

柱采用C30，纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235，梁采用C30，纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。

基础采用C30，纵筋采用HRB400，箍筋采用HPB235。

1.2工程特点

本工程为九层，主体高度为32.4米，属高层建筑。

高层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-钢筋混凝土组合结构等类型。

根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造高层建筑的一个重要方面。

经过结构论证以及设计任务书等实际情况，以及本建筑自身的特点，决定采用钢筋混凝土结构。

在高层建筑中，抵抗水平力成为确定和设计结构体系的关键问题。

高层建筑中常用的结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合。

高层建筑随着层数和高度的增加水平作用对高层建筑机构安全的控制作用更加显著，包括地震作用和风荷载，高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的机构体系又密切的相关。

不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。

框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系。

这种体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。

本建筑采用的是框架机构体系，框架结构的优点是建筑平面布置灵活，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能；框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，本建筑采用的现浇结构。

由于本次设计是办公楼设计，要求有灵活的空间布置，和较高的抗震等级，故采用钢筋混凝土框架结构体系。

1.3本章小结

本章主要论述了本次设计的工程概况、相关的设计资料、高层建筑的一些特点以及综合本次设计所确定的结构体系类型。

2.结构设计

2.1框架结构设计计算

2.1.1工程概况

本项目为9层钢筋混凝土框架结构体系，占地面积约为960.96m2，总建筑面积约为8811.84m2；层高3.6m平面尺寸为18.3m×52.0m。

采用桩基础，室内地坪为±0.000m，室外内高差0.6m。

框架平面同柱网布置如下图：

图2-1框架平面柱网布置

框架梁柱现浇，屋面及楼面采用100mm厚现浇钢筋混凝土。

2.1.2设计资料

2.1.2.1气象条件:

基本风荷载W。

=0.35kNm2;基本雪荷载为0.2KNm2。

2.1.2.2楼、屋面使用荷载：

走道：

2.5kNm2；消防楼梯2.5kNm2；办公室2.0kNm2；机房

8.0kNm2，为安全考虑，均按2.5kNm2计算。

2.1.2.3工程地质条件：

建筑物场地地形平坦，地基土成因类型为冰水洪积层。

自上而下叙述如下：

新近沉积层（第一层），粉质粘土，厚度0.5—1.0米，岩性特点，团粒状大孔结构，欠压密。

粉质粘土层（第二层），地质主要岩性为黄褐色分之粘土，硬塑状态，具有大孔结构，厚度约3.0米,

粉质粘土层（第三层），地质岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，可塑状态，厚度3.5米，

粉质粘土层（第四层），岩性为褐黄色粉质粘土，具微层理，含铁锰结核，硬塑状态，厚度未揭露，

不考虑地下水。

场地位1类一组Tg（s）=0.25s（表3.8《高层建筑结构》）

2.1.2.4屋面及楼面做法：

屋面做法：

20mm厚1：

2水泥砂浆找平；

100～140mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩；

100mm厚现浇钢筋混凝土楼板；

15mm厚纸筋石灰抹灰。

楼面做饭：

25mm厚水泥砂浆面层；

100mm厚现浇钢筋混凝土楼板

15mm纸筋石灰抹灰

2.1.3梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定

2.1.3.1初估截面尺寸

（1）柱：

b×

考虑承载力抗震调整系数

==0.85×209.49=178.07kN

=0.85×246.11=209.19kN

表2-25梁的斜截面强度计算

截面

支座C右

支座D左

支座D右

设计剪力V´（kN）

211.96

213.89

240.30

（kN）

180.17

181.81

204.26

调整后的剪力V（kN）

209.49

246.11

（kN）

178.07

209.19

300×665

300×465

713.21×103＞V

370.91×103＞V

箍筋直径Φ（mm）肢数（n）

n=2;Φ=8

50.3

箍筋间距S（mm）

100

335.37×103＞·V

214.59×103＜·V

0.335

0.402

0.204

b.标准层框架梁

图2-20第二层框架梁内力示意

取CD跨梁，梁控制截面的内力如图2-20所示。

图中单位为kN·m，的单位为kN。

混凝土强度等级（=14.3Nmm2，=1.43Nmm2）,纵筋为HRB335（=300Nmm2）,箍筋为HPB235（=210Nmm2）。

按梁的跨度考虑

按梁的净距考虑

=300+3700=4000mm

按梁翼缘高度考虑，=800-35=765mm

=100765=0.13>0.1图2-21T形梁计算截面

故翼缘不受限制。

翼缘计算宽度取三者中较小值，即2600mm。

判别T形梁截面类型

=2658.37kN·m〉M

属于第一类T型截面。

1.梁的正截面强度计算（见表2-26）

2.梁的斜截面强度计算（见表2-27）

为了防止梁在弯曲屈服前先发生剪切破坏，截面设计时对剪力设计值进行调整如下：

由表2-19查得：

CD跨：

顺时针方向=292.11kN·m=-439.77kN·m

逆时针方向=-494.13kN·m=231.11kN·m

DE跨：

顺时针方向=±196.86kN·m

逆时针方向=232.07kN·m

计算中+取顺时针方向和逆时针方向中较大值。

剪力调整

CD跨：

+=292.11+439.77=731.88kN·m

＞494.13+231.11=725.24kN·m

=（24.97+0.5×7.8）×1.2×7.2×12=99.68kN·m

DE跨：

+=196.86+232.07=428.93kN·m

=23.52×1.2×12×2.1=29.07kN·m

=1.05×731.887.2+99.68=206.41kN

=1.05×428.932.1+29.07=243.54kN

考虑承载力抗震调整系数=0.85

若调整后的剪力值大于组合表中的静力组合的剪力值,则按调整后的剪力进行斜截面计算。

根据国内对低周期反复荷载作用下的钢筋混凝土连续梁和悬臂梁受剪承载力试验，反复加载使梁的受剪承载力降低。

考虑地震作用的反复性，表中静力荷载作用下梁的受剪承载力公式乘0.85的降低系数。

表2-27第二层梁的斜截面强度计算

截面

支座C右

支座D左

支座D右

设计剪力V´（kN）

209.93

210.89

237.68

（kN）

178.44

179.26

202.03

调整后的剪力（kN）

206.41

243.54

（kN）

175.45

207.01

300×665

250×415

713.21×103＞V

370.91×103＞V

箍筋直径Φ（mm）肢数（n）

n=2;Φ=8

50.3

续表2-27

箍筋间距S（mm）

100

335.37×103＞V

214.59×103＜V

0.335

0.402

0.204

2.1.9.3柱截面设计

a.底层D柱截面设计

以第一，二层D柱为例，对图2-22中的Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ，截面进行设计。

混凝土等级为C30，=14.3Nmm2，=1.43Nmm2

纵筋为HRB335，=300Nmm2，箍筋为HPB235，=210Nmm2

1.轴压比验算

表2-28轴压比限值

类别

抗震等级

一

二

三

框架柱

0.7

0.8

0.9

框架梁

0.6

0.7

0.8

由D柱内力组合表3-15查得:

Ⅰ-Ⅰ=2539.50kN

c==2539.50×103（600×600×14.3）=0.30＜0.9

Ⅱ-Ⅱ=2870.50kN

c==2870.50×103（600×600×14.3）=0.56＜0.9

Ⅲ-Ⅲ=2928.26kN

c==2928.26×103（600×600×14.3）=0.680＜0.9

均满足轴压比的要求。

2.正截面承载力的计算

框架结构的变形能力与框架的破坏机制密切相关，一般框架梁的延性远大于柱子。

梁先屈服使整个框架有较大的内力重分布和能量消耗能力，极限层间位移增大，抗震性能较好。

若柱子形成了塑性铰，则会伴随产生较大的层间位移，危及结构承受垂直荷载的能力，并可能使结构成为机动体系。

因此，在框架设计中，应体现“强柱弱梁”，即一、二级框架的梁柱节点处，除顶层和轴压比小于0.15者外（因顶层和轴压比小于0.15的柱可以认为具有与梁相近的变形能力）。

梁、柱端弯矩应符合下述公式的要求：

图2-22D柱截面计算示意图

二级框架=1.1

式中——节点上、下柱端顺时针或逆时针截面组合的弯矩设计值之和；

——节点上、下梁端逆时针或顺时针截面组合的弯矩设计值之和。

地震往返作用，两个方向的弯矩设计值均应满足要求，当柱子考虑顺时针弯矩之和时，梁应考虑逆时针方向弯矩之和，反之亦然。

可以取两组中较大者计算配筋。

由于框架结构的底层柱过早出现塑性屈服，将影响整个结构的变形能力。

同时，随着框架梁塑性铰的出现，由于塑性内力重分布，底层柱的反弯点具有较大地不确定性。

因此，对一、二级框架底层柱底考虑1.5的弯矩增大系数。

第一层梁与D柱节点的梁端弯矩值由内力组合表2-19查得

：

左震441.14+197.03=638.17kN·m

右震238.37+237.41=475.78kN·m

取=638.17kN·m

第一层梁与D柱节点的柱端弯矩值由内力组合表2-22查得

：

左震346.22+312.15=658.37kN·m

右震215.38+240.19=455.57kN·m

梁端取左震，也取左震：

=658.37kN·m＜1.1=1.1×638.17=701.99kN·m

取´=701.99kN·m

将和´的差值按柱的弹性分析弯矩值比分配给节点上下柱端（即I-I、II-II截面）。

=×（701.99-658.37）

=22.94kN·m

=×（701.99-658.37）

=20.68kN·m

=346.22+22.94=369.16kN·m

=312.15+20.68=332.83kN·m

对底层柱底（III-III截面）的弯矩设计值应考虑增大系数1.5。

=432.03×1.5=648.05kN·m

根据D柱内力组合表2-22，选择最不利内力并考虑上述各种调整及抗震调整系数后，各截面控制内力如下：

Ⅰ-Ⅰ截面：

①=369.16×0.8=295.33kN·m

=1465.23×0.8=1172.18kN

②=82.38kN·m

=2270.45kN

Ⅱ-Ⅱ截面：

①=332.83×0.8=266.26kN·m

=1589.79×0.8=1271.83kN

②=45.76kN·m

=2536.66kN

Ⅲ-Ⅲ截面：

①=648.05×0.8=518.44kN·m

=1647.55×0.8=1318.04kN

②=22.19kN·m

=2593.41kN

截面采用对称配筋，具体配筋见表2-29，表中：

当＜15时,取=1.0

（小偏心受压）

式中——轴向力对截面形心的偏心距；

——附加偏心距；

——初始偏心距；

——偏心受压构件的截面曲率修正系数；

——考虑构件长细比对构件截面曲率的影响系数；

——偏心距增大系数；

——轴力作用点到受拉钢筋合力点的距离；

——混凝土相对受压区高度；

、——受拉、受压钢筋面积。

表2-29柱正截面受压承载力计算（底层）

截面

Ⅰ-Ⅰ

Ⅱ-Ⅱ

Ⅲ-Ⅲ

M（kN·m）

295.33

82.38

266.26

45.76

518.44

22.19

N（kN）

1172.18

2270.45

1271.83

2536.66

1318.04

2593.41

（mm）

5400

5875

（m2）

600×565

（mm）

251.95

36.28

209.35

18.04

393.34

8.56

（mm）

169.5

（mm）

271.95

56.28

229.35

36.04

413.34

28.56

9.79

1.0

0.993

1.0

1.120

1.581

1.169

2.073

1.094

2.345

（mm）

304.58

88.98

268.11

74.71

452.19

66.97

e（mm）

569.58

353.98

533.11

339.71

717.19

331.97

0.242

0.468

0.262

0.523

0.272

0.535

偏心性质

大偏心

641

＜0

403

＜0

2264

＜0

选筋

420

228+322

实配面积（mm）

1256

2372

0.63

0.67

3.斜截面承载能力计算

以第一层D柱为例，剪力设计值按下式调整：

式中——柱净高；

——分别为柱上下端顺时针或逆时针方向截面组合的弯矩设计值。

取调整后的弯矩值，一般层应满足=1.1,底层柱底应考虑1.15的弯矩增大系数。

由正截面计算中第Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ截面的控制内力得：

=332.83kN·m=648.05kN·m=4.1m

柱的抗剪承载能力:

式中——框架的计算剪跨比，，当＜１时，取=１

当＞3，取=3；

——考虑地震作用组合的框架柱轴向压力设计值，当＞时取=

=取=3.0

=1589.79kN＞=1544.4kN

取=1544.4kN

设柱箍筋为4肢Φ8﹫150,则

=527.43kN＞263.16kN

同时柱受剪截面应符合如下条件：

即

kN＞263.16kN

截面满足抗剪要求。

b.标准层D柱截面设计

以第二、三层D柱为例，对图2-22中的Ⅰ-Ⅰ，Ⅳ-Ⅳ，Ⅴ-Ⅴ，截面进行设计。

混凝土等级为C30，=14.3Nmm2，=1.43Nmm2

纵筋为HRB335,=300Nmm2，箍筋为HPB235，=210Nmm2

1.轴压比验算

由D柱内力组合表2-22查得:

=2495.28kN

c==2495.28×103（600×600×14.3）=0.485＜0.9

=2178.51kN

c==2178.51×103（600×600×14.3）=0.423＜0.9

均满足轴压比的要求。

2.正截面承载力的计算

第二层梁与D柱节点的梁端弯矩值由内力组合表2-19查得

：

左震439.77+196.86=636.63kN·m

右震231.11+232.07=463.18kN·m

取=636.63kN·m

第二层梁与D柱节点的柱端弯矩值由内力组合表2-22查得

：

左震320.25+337.94=658.19kN·m

右震217.85+223.6=441.45kN·m

梁端取左震,也取左震：

=658.19kN·m＜1.1=1.1×636.63=700.29kN·m

取´=700.29kN·m

将和´的差值按柱的弹性分析弯矩值比分配给节点上下柱端（即IV-IV、V-V截面）。

=×（700.29-636.63）=30.94kN·m

=×（7000.29-636.63）=32.69kN·m

=320.25+30.94=351.19kN·m

=337.94+32.69=370.63kN·m

根据D柱内力组合表2-22，选择最不利内力并考虑上述各种调整及抗震调整系数后，各截面控制内力如下:

Ⅳ-Ⅳ截面：

①=351.19×0.8=280.95kN·m

=1310.34×0.8=1048.27kN

②=71.35kN·m

=2226.23kN

Ⅴ-Ⅴ截面：

①=370.63×0.8=296.50kN·m

=1421.01×0.8=1136.81kN

②=64.0kN·m

=1975.26kN

截面采用对称配筋,具体配筋见表2-30中.

表2-30柱正截面受压承载力计算（标准层）

截面

Ⅳ-Ⅳ

Ⅴ-Ⅴ

M（kN·m）

280.95

71.35

296.50

64.0

N（kN）

1048.27

2226.23

1136.81

1975.26

（mm）

5875

（m2）

600×565

（mm）

268.01

32.05

260.82

32.40

（mm）

169.5

（mm）

288.01

52.05

280.82

52.40

9.79

1.0

1.134

1.743

1.138

1.738

（mm）

326.60

90.72

319.57

91.07

续表2-30

e（mm）

591.6

355.72

584.57

356.07

0.216

0.459

0.235

0.407

偏心性质

大偏心

559

＜0

594

＜0

选筋

420

实配面积（mm）

1256

0.63

3.斜截面承载能力计算

以第二层柱为例，剪力设计值按下式调整：

由正截面计算中第Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ截面的控制内力得：

=351.19kN·m=519.33kN·m=3.0m

柱的抗剪承载能力:

=取=2.65

=1421.01kN＜=1544.4kN，取=1421.01kN

设柱箍筋为4肢Φ8﹫150,则

=455.94kN＞319.15kN

同时柱受剪截面应符合如下条件：

即

kN＞319.15kN

截面满足抗剪要求。

a.底层C柱截面设计

以第一，二层C柱为例，对图2-23中的Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ，截面进行设计。

混凝土等级为C30，=14.3Nmm2，=1.43Nmm2

纵筋为HRB335,=300Nmm2，箍筋为HPB235，=210Nmm2

1.轴压比验算

由C柱内力组合表2-21查得：

Ⅰ-Ⅰ=2240.89kN

c==2240.89×103（600×600×14.3）=0.44＜0.9

Ⅱ-Ⅱ=2536.95kN

c==2536.95×103（600×600×14.3）=0.49＜0.9

Ⅲ-Ⅲ=2594.71kN图2-23C柱截面计算示

c==2594.71×103（600×600×14.3）=0.50＜0.9

均满足轴压比的要求。

2.正截面承载力的计算

第一层梁与C柱节点的梁端弯矩值由内力组合表2-19查得

：

左震311.85kN·m

右震501.22kN·m

取=501.22kN·m

第一层梁与C柱节点的柱端弯矩值由内力组合表2-21查得

：

左震126.22+248.64=374.86kN·m

右震276.26+161.95=438.21kN·m

梁端取右震,也取右震：

=438.21kN·m＜1.1=1.1×501.22=551.34kN·m

取´=551.34kN·m

将和´的差值按柱的弹性分析弯矩值比分配给节点上下柱端（即I-I、II-II截面）。

=×（551.34-438.21）=72.32kN·m

=×（551.34-438.21）=40.81kN·m

=276.26+72.32=348.58kN·m

=161.95+40.81=202.76kN·m

对底层柱底（III-III截面）的弯矩设计值应考虑增大系数1.5。

=359.27×1.5=538.91kN·m

根据C柱内力组合表2-21选择最不利内力并考虑上述各种调整及抗震调整系数后，各截面控制内力如下:

Ⅰ-Ⅰ截面：

①=348.58×0.8=278.86kN·m

=1198.55×0.8=958.

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