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59002m ，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0.502m kN ，基本风压：0.552m kN 。

抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.1g ，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，Ⅱ类场地。

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》GB50016-2006 2）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，Ⅱ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0.552m kN ，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0.502m kN . 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5～82m kN 计算竖向荷载，此处取72m kN ，柱的长细比λ＝（60～120）y f 235。

轴压力设计值=N （3.3+3.3）×6×7×1.3×7＝2522.52kN ，1.3为荷载分项系数平均值。

取长细比y λ＝80 （按较小刚度y 轴考虑），计算长度系数μ=1（设有侧向支撑），按b 类截面查得稳定系数ϕ＝0.688，则所需要面积：A ≥2314.17885205688.01052.2522mm f N =⨯⨯=ϕ 考虑弯矩及倾覆压力作用的影响取：（1.3～1.5）A ＝（1.3～1.5）×17885.14 =23250.7～26827.7 mm 2 所需截面回转半径：i y ＝6000/80＝75mm 。

（2）钢梁截面初估纵向框架梁高l /（15～20）＝6000/15～6000/20＝400mm ～300mm ； 横向框架梁高l /（15～20）=6600/15～6600/20=440mm ～330mm ； （3）压型钢板压型钢板采用YX70－200－600（V200），板厚1mm ，有效截面惯性矩ef I ＝100.64cm 4/m,有效截面抵抗矩ef W ＝27.37cm 3/m ，一个波距宽度内截面面积s A =321.422mm ，自重0.152m kN 。

经试算，柱、梁截面尺寸见表4-25。

4.10.4 荷载汇集1. 屋面均布荷载 1）屋面恒载合计5.272mkN2）屋面活载不上人屋面 0.52m kN雪荷载 0.52m kN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3.732m kN2）楼面活载楼面活荷载2.02m kN走廊、楼梯的活荷载 2.52m kN为简化计算，本设计偏于安全楼面均布荷载统一取2.52m kN 计算。

3. 构件自重 1）柱（单根）1层 9.19 kN 2～6层 8.58 kN 7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 0.652m kN内墙 0.502m kN隔墙 0.432m kN4）门窗木门 0.22m kN 塑钢窗 0.32m kN4.10.5 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：=7G 5798.30kN=6G 5548.78kN=5G =4G =3G =2G 5518.74kN=1G 5561.20kN房屋总重力荷载代表值：∑=i G G ＝5798.30+5548.78+5518.74×4+5561.20 =38983.24kN7=5798.30kN6=5548.78kN5=5518.74kN4=5518.74kN3=5518.74kN2=5518.74kN1=5561.20kN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310206⨯=E N/mm 2。

框架梁线刚度 表4-26柱的线刚度按式hEI K cc =计算c2）结构自振周期1T将各层重力荷载代表值集中在相应楼层处作为假想水平荷载计算整体框架的顶点位移。

考虑非结构构件的影响取9.0=ψ。

结构自振周期表4-293）水平地震作用计算（1）水平地震作用计算（底部剪力法）设防烈度7度，设计基本加速度值为0.1g （第一组），则08.0max =α；Ⅱ类场地，s T g 35.0=，阻尼比04.0＝ς；g T ＜1T =1.198s ＜5g T ＝5×0.35=1.75。

07.104.06.108.004.005.016.108.005.01919.004.063.004.005.09.063.005.09.02=⨯+-+=+==⨯+-+=+=ζζηζζγ＋－＋－max12αηαγ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=TT g=08.0198.135.007.1919.0⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=0.028（2）结构总水平地震作用eq EK G F α=＝0.028×0.85×38983.24＝915.71 kN1T =1.198s ＞1.4g T =1.4×0.35=0.49s ，需要考虑顶部附加水平地震作用。

n δ=0.081T +0.07=0.08×1.198+0.07=0.1658顶部附加地震作用=⨯==34.95916580.EK n F F δ∆151.85 kN（3）各层水平地震作用标准值及楼层地震剪力()n EK nj jjii i F HG H G F δ-=∑=11i H ——第i 个质点的计算高度。

楼层地震剪力：∑=∆+=nij j eki F F V （1≤i ≤j ≤7）按抗震规范规定：各楼层地震剪力∑=>nij jeki GV λ，剪力系数016.0=λ，具体计算如下表所示：（5）楼层地震剪力作用下横向框架侧移楼层地震剪力作用下横向框架侧移等于层间剪力除以楼层侧移刚度，计算如下表：（6）考虑节点域剪切变形对侧移的修正由于本结构横向框架梁及框架柱截面没有改变，故每层的侧移修正系数相同，计算如下： 由横向框架梁的截面参数可知： 梁的腹板平均高度度：bm h =472mm梁截面的平均惯性矩：bm I =7501474884mm 柱的腹板平均高度度：cm h =456mm柱截面的平均惯性矩：cm I = 1242416352 4mm 节点域腹板平均厚度：m t =14mmG t h h K m bm cm m ==456×472×14×79000=2.3805×510m kN ⋅472103805.27501474881006.2115⨯⨯⨯⨯==bm m bm h K EI ς=1.375＞1，需要修正。

()427.108.15.17cmbm bmcm h I h I ⨯--=ςςη=（17.5×1.375-1.8×1.3752-10.7）×44567501474884721242416352⨯⨯=11.401修正系数：1079.1401.115.0100401.1115.010011=⨯-+=-+=ηηκ从上表计算可知层间位移角ii h ＜][e θ，满足要求。

图4-74 地震作用下的层间剪力4）水平地震作用下框架内力计算（采用D 值法） 取④轴横向框架计算。

（1）框架柱的反弯点高度计算 3210y y y y y +++=i yh y =y —反弯点到柱下端结点的距离，即反弯点高度。

0y —标准反弯点高度比。

1y —上下横粱线刚度比对标准反弯点高度比0y 的修正系数。

2y —上层层高变化修正系数。

3y —下层层高变化修正系数。

0y 根据框架总层数、该柱所在层数和梁柱线刚度比K 查表得。

（2）框架柱端弯矩计算 第i 层第k 根柱所受的剪力：i ikik ik V D D V ∑==i i ik V D D第i 层第k 根柱下端弯矩：yh V M ik c =下第i 层第k 根柱上端弯矩：h y V M ik c )1(-=上 具体计算过程见表4-36和表4-37。