小学加建结构初步规划设计.docx

第四篇 结构设计
1. 工程概况
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿项目，在＿＿＿＿省＿＿＿＿＿市＿＿＿＿＿区＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，本工程±0.000标高相当于测量图绝对标高＿＿＿＿＿＿＿＿＿m。
原教学楼现浇混凝土框架结构，建筑占地面积约＿＿＿＿，于＿＿＿＿年左右建成并投入使用，现应使用要求，拟在原有基础上加建一层（局部加三层）框架结构，功效为学生教室、老师办公室等，加建后建筑总高度为＿＿＿＿＿＿＿米。依据原结构施工图、检测评定汇报、加固补强设计汇报，经过加固补强后基础、关键受力构件承载力基础满足上部结构（含加建）正常使用要求，新旧混凝土受力结构间采取植筋连结。
2. 设计依据、技术要求
2.1 本工程依据国家、省、市规范、规程
《工程结构可靠性设计统一标准》 （GB50153-）
《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB50068-）
《建筑结构设计术语和符号标准》 （GB/T 50083-97）
《建筑结构荷载规范》 （GB50009-）
《混凝土结构设计规范》 （GB50010-）
《建筑工程抗震设防分类标准》 （GB50223-）
《建筑抗震设计规范》 （GB50011-）
《建筑地基基础设计规范》 （GB50007-）
《建筑地基处理技术规范》 （JGJ79-）
《砌体结构设计规范》 （GB 5003-）
《建筑设计防火规范》 （GB50016-）
《混凝土结构耐久性设计规范》 （GB/T 50476-）
《墙体材料应用统一技术规范》 （GB50574-）
广东省标准《建筑地基基础设计规范》 （DBJ 15-31-）
广东省标准《建筑地基基础检测规范》 （DBJ 15-60-）
2.2 自然条件和设计技术要求
1、建筑结构安全等级为二级，关键性系数γ0=1.0；
2、加建设计使用年限为30年；
3、重现期50年基础风压值ω0= 0.5kN/m2；
4、建筑设防类别为乙类，抗震设防烈度为7度（0.10g），抗震方法按8度设防考虑；
5、混凝土环境类别为一类，裂缝控制等级为三级，最大裂缝宽度限值为0.3mm；
6、受弯构件挠度限值符合现行《混凝土结构设计规范》GB50010-第3.4.3条要求。
7、防水砼等级为P6级，具体要求详本说明6.1.2条。
2.3 设计依据其它相关技术文件
1、项目可研汇报或发改、计划、建设、民防等部门批复文件；
2、原教学楼建筑结构检测评定汇报；
3、原教学楼建筑结构加固补强汇报；
4、原教学楼建筑结构施工图。
3. 场地工程地质和水文地质
3.1 地基稳定性评价及基础设计提议
采取原有基础，依据原教学楼建筑结构检测评定汇报测定，基础设计承载力基础满足上部结构（含加建）正常使用要求。
4. 设计荷载及作用
4.1 楼、屋面荷载
4.1.1 楼、屋面附加恒荷载和活荷载标准值
楼、屋面荷载根据《建筑结构荷载规范》GB50009-取值，各部分荷载取值详表4.1.1所表示（楼板自重由程序自动计算）：
表4.1.1 楼、屋面附加恒荷载和活荷载标准值
使用功效
附加恒荷载/（活荷载）
(kN/m2)
使用功效
附加恒荷载/（活荷载）
(kN/m2)
舞蹈室、活动室
1.5/（4.0）
老师休息室、办公室
1.5/（2.0）
器材室、贮备室
1.5/（5.0）
网络室
1.5/（5.0）
走廊
1.5/（3.5）
上人屋面
3.5/（2.0）
消防楼梯、楼梯间
1.5/（3.5）
不上人屋面
3.5/（0.5）
卫生间（含轻质填充料）
4.5/（2.5）

4.1.2外墙和内隔墙荷载标准值（恒荷载）
本工程外墙采取粘土空心砖，自重按14kN/m3，内隔墙采取加气砼砌块,自重按6kN/m3，荷载取值以下：
表4.1.2 砌体材料自重标准值
砌体类型
墙厚
(mm)
外墙
kN/m2
(抹灰+瓷片）
内隔墙kN/m2
(双面抹灰)
内隔墙kN/m2
(双面瓷片)
备注
粘土空心砖
190
3.6

加气砼砌块
190

2.0
2.1

4.1.3 其它特殊楼面标准值（依据荷载类型判定为恒、活荷载）
1、 屋面消防水箱：自重180kN，水重90kN；
2、 （若有）积灰荷载、施工、检修荷载及栏杆水平荷载详现行规范。
4.2 风荷载
本项目各计算工况下基础风压及计算参数取值以下：
1、承载力计算时，风荷载根据50年重现期风压值采取，其基础风压为ω0＝0.5kN/m2；
2、位移计算时，风荷载根据50年重现期风压值采取，其基础风压为ω0＝0.5kN/m2；
3、建筑物所在区域地面粗糙度类别C类，风载体型系数取μs＝1.3，风振系数β和风压高度改变系数μz按现行《建筑结构荷载规范》及相关规程要求取值。
4.3 地震作用
依据《建筑抗震设防分类标准》、《广东省地震烈度区划图》，本项目场地地震基础烈度7度区，抗震设防烈度为7度(0.10g)，抗震设防类别为乙类，抗震方法按8度设防考虑。
1、设计基础地震加速度值为0.10g，水平地震影响系数最大值αmax＝0.08，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，特征周期 Tg＝0.35s，阻尼比ζ＝0.05；
2、各栋（各区段）抗震等级详见表4.3。
表4.3 构件抗震等级列表
结构
类型
楼层
框架
大跨度
框架
剪力墙
框支
框架
筒体
通常
部位
加强
部位
框架结构

二级

注：1、括号内抗震等级适适用于Ⅰ类和Ⅲ、Ⅳ类0.15g、0.30g建筑场地抗震结构方法。
5. 结构构件耐火等级和耐久性
本工程为二类建筑，结构构件耐火等级为二级。其各构件燃烧性能和耐火极限均按《建筑设计防火规范》GB50016-实施。
混凝土结构环境类别为一类。
6. 结构材料
6. 1 混凝土
6.1.1 结构混凝土强度等级如6.1.1所表示：
表6.1.1 混凝土强度等级
层号
梁、板
砼柱
剪力墙

C30
C30
C30
6.1.2 砼抗渗等级如6.1.2所表示：
表6.1.2 砼抗渗等级
建筑层号
抗 渗 等 级
地下室
底板
地下室外墙
顶板

裙楼、塔楼屋面
P6

6.2 钢筋
钢筋采取热轧钢筋：HPB300()级，fy＝270N/mm²，直径≤8；
HRB335()级，fy＝300N/mm²，10≤直径≤12；
HRB400()级，fy＝360N/mm²，直径≥14。
6.3 钢材牌号
型钢采取Q345B、Q235B级。
6.4 焊条
HPB300钢筋，Q235B钢焊接：E43系列；
HRB335钢筋，Q345B钢焊接：E50系列；
HRB400钢筋焊接：E55系列。
6.5 砌体填充墙
本工程采取重度小于6kN/m3加气砼砌块作为填充墙或隔墙，砌筑砂浆强度等级MU5，砌体干燥收缩率0.4mm/m。
7. 结构选型
7.1 主体结构选型
依据原教学楼结构型式采取现浇混凝土框架结构，楼梯间为部分剪力墙。
7.2 新旧混凝土结构连结
新旧混凝土结合面处理：铲除原结构抹灰层，原混凝土面凿成麻坑，面上均匀涂布结构界面胶；新浇混凝土强度等级应较原混凝土强度等级提升一级；当需要掺入膨胀剂时，其惨量为12%；新浇混凝土塌落度以40~60mm为宜；新浇混凝土12小时内开始保水养护，养护期为两周。
7.2.1柱
新柱在原柱上植筋建立，并应交由专业施工队施工，植筋锚固部位不得有缺点，若有局部缺点应通知设计人员，进行补强或加固处理后再植筋；对需要在原结构梁上立柱应对原结构梁进行加固，经验算经过后方可施工。
7.2.3 梁
新梁搭接到原有梁时，新梁钢筋经过植筋植入原有梁，锚固部位应进行加强以满足植筋锚固条件，如加大原梁截面等。
8. 结构计算分析
8.1 计算软件名称、版本号、授权号
本项目采取中国建筑科学研究院PKPM系列分析软件之SATWE，软件授权号为：S-3:。
8.2 结构构件尺寸及平面部署
8.2.1 剪力墙、柱：
1、剪力墙经典墙厚为：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；
2、框架柱经典截面： ＿＿＿＿＿＿＿＿＿；
3、框支柱经典截面： 无。
具体位置详初设结构图。
8.2.2 楼面结构：
1、经典板厚：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；
2、框架梁经典截面：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；
3、框支梁经典截面：无。
具体详对应平面部署图。
8.3 计算参数及结算结果
8.3.1计算参数（多遇地震）
计算目标
多遇地震（小震）
多遇地震（小震）
计算内容
位移
承载力
计算软件
SATWE
SATWE
SATWES
结构材料信息
钢砼结构
钢砼结构
混凝土容重
26
26
钢材容重
78
78
水平力夹角(度)
0
0
地下室层数
0
3
0
0
计算嵌固端位置
基础
基础
转换层所在位置

竖向荷载计算信息
模拟施工加荷3
模拟施工加荷3
风荷载计算信息
计算
计算
地震力计算信息
X,Y两个方向
X,Y两个方向
结构类别
框架结构
框架结构
裙房层数
0
0
墙元细分最大控制长度(m)
1
1
墙元侧向节点信息
内部节点
内部节点
对全楼强制采取刚性楼板假定
是
否
修正后基础风压(kN/m2)
0.5
0.5
一遇舒适度验算风压值(kN/m2)

地面粗糙度类别
C
C
结构基础周期
0.6
0.6
体型改变分段数
1
1
第一段最高层号
6
6
第一段体形系数
1.3
1.3
第二段最高层号
－
－
第二段体形系数
－
－
是否考虑风振影响

结构规则性
不规则
不规则
地震烈度
7
7
场地类别
Ⅱ类
Ⅱ类
设计地震分组
一组
一组
特征周期
0.35
0.35
多遇地震影响系数最大值
0.08
0.08
活荷质量折减系数
0.5
0.5
周期折减系数
0.7
0.7
结构阻尼比 (%)
5
5
是否考虑偶然偏心
是
是
是否考虑双向地震扭转效应
是
是
斜交抗侧力构件方向附加地震数
0
0
计算振型个数
12
12
斜交抗侧力构件方向附加地震数

附加地震对应角度

考虑活荷不利部署层数
不考虑
不考虑
柱、墙活荷载是否折减
折减
折减
传到基础活荷载是否折减
折减
折减
梁刚度放大系数
按砼规取值
按砼规取值
梁端弯矩调幅系数
0.85
0.85
梁活荷载内力放大系数
1
1
连梁刚度折减系数
0.6
0.6
梁扭矩折减系数
0.4
0.4
全楼地震力放大系数
1
1
是否按抗震规范5.2.5调整楼层地震力
是
是
梁柱重合部分简化为刚域
否
否
是否考虑 P-Δ效应
否
否
柱配筋计算标准
按双偏压计算
按双偏压计算
采取楼层刚度算法
层间剪力比层间位移
层间剪力比层间位移
地震作用分析方法
侧刚分析方法
总刚分析方法
8.3.2 整体计算结果-SATWE（多遇地震）：
计算结果 (地下 0 层，地上 6 层 框架 结构)
计算程序
SATWE
方向
X向
Y向
是否满足规范要求
自振周期（秒） 考虑扭转耦联 (共12个振型)
T1第 1 平动周期
1.0512

T2第 2 平动周期

0.9723
Tt 第 1扭转周期
0.8419
Tt/T1 第1扭转周期/第1平动周期
0.8009
≤0.9，满足
结构总质量（KN）
110689.34

有效质量系数(%)
99.58
99.40
≥90，满足
地震作用
基底总剪力Qo(KN)
3652.49
3655.20

Qo/Wt(%)剪重比
3.30
3.30
≥1.60%，满足
基底总弯矩Ｍo(KN·m)
51359.11
51205.08

水平位移
顶点位移
U (mm)
1.33
1.75

U/H
1/2716
1/2060

最大层间 位移角
△u/h
1/977
1/968
＜1/550，满足
所在楼层
1层
2层

最大位移/层平均位移(所在楼层)
1.21
5层
1.24
6层
扭转不规则Ⅰ类
最大层间位移/平均层间位移(所在楼层)
1.32
5层
1.36
4层
扭转不规则Ⅰ类
风荷载作用
总风力Qw(KN)
685.5
835.3

基底总弯矩Ｍw(KN·m)
9313.8
11742.4

水平位移
顶点位移
U (mm)
0.19
0.36

U/H
1/9999
1/9942

最大层间 位移角
△u/h
1/5872
1/5041
＜1/550，满足
所在楼层
1层
2层

楼层受剪承载力和上层比值
(层号)
0.87(1)
0.90(1)
≥0.8，满足
结构整体稳定验算结果（刚重比）
28.87
33.85
满足稳定性要求，不需要考虑重力二阶效应
框架-剪力墙结构底部抗倾覆力矩分担比
或剪力墙结构短肢墙倾覆力矩分担比
地震作用倾覆力矩

抗倾覆力矩

分担比

转换层刚度比
（等效剪切或等效侧向刚度比）
位置
转换梁截面
X向
Y向

嵌固部位
首层K1
嵌固层K0
K0/K1
是否满足规范要求

竖向构件
最大轴压比
框架柱
0.24
＜0.75，满足
框支柱

剪力墙

短肢剪力墙
∟/丅/十字型

一字型

8.3.3 结构自震周期（前9个震型）
振型
1
2
3
4
5
6
7
8
9
周期(s)
1.05
0.97
0.84
0.35
0.32
0.29
0.21
0.19
0.18
8.3.4 抗震性能目标（参考广东省高规设计）
1、 依据本工程结构特点和抗震关键性要求，结构抗震性能指标确定为C级，在多遇地震下达成第1性能水准，在设防地震下达成第3性能水准，在预估罕遇地震下达成第4性能水准，各构件承载力和层间位移角要求详表8.3.4-1所表示。
表8.3.4-1 性能目标及对应承载力、变形要求
设防水准
多遇地震
设防烈度地震
预估罕遇地震
宏观损坏程度
完好，
无损坏
轻度损坏
中度损坏
结构性能水准
第1水准
第3水准
第4水准
关键构件
损坏部位情况
无损坏
轻微损坏
轻度损坏
底部加强部位剪力墙
弹性
正截面不屈服，抗剪弹性
正截面不屈服，抗剪不屈服，结构微弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求
转换梁
弹性
正截面不屈服，抗剪弹性
正截面不屈服，抗剪不屈服，结构微弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求
转换柱
弹性
正截面不屈服，抗剪弹性
正截面不屈服，抗剪不屈服，结构微弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求
斜撑及相连墙、柱
弹性
正截面不屈服，抗剪弹性
正截面不屈服，抗剪不屈服，结构微弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求
水平长悬臂和大跨度构件及其相连墙、柱
弹性
正截面不屈服，抗剪弹性
正截面不屈服，抗剪不屈服，结构微弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求
一般竖向构件
损坏部位情况
无损坏
轻微损坏
部分构件中度损坏
非底部加强部位剪力墙
弹性
正截面不屈服，抗剪弹性
部分构件屈服，但截面受剪满足最小截面要求，结构微弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求
框架柱
弹性
正截面不屈服，抗剪弹性
部分构件屈服，但截面受剪满足最小截面要求，结构微弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求
耗能构件
损坏部位情况
无损坏
轻度损坏、部分中度损坏
中度损坏、部分比较严重损坏
剪力墙连梁
弹性
部分构件正截面屈服，抗剪不屈服，结构微弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求
大部分构件屈服，但截面受剪满足最小截面要求，结构微弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求
框架梁
弹性
部分构件正截面屈服，抗剪不屈服，结构微弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求
大部分构件屈服，但截面受剪满足最小截面要求，结构微弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求
继续使用可能性
不要修理
经通常修理后
经修复或加固后
2、 设防地震和罕遇地震作用下计算参数取值详表8.3.4-2所表示。
表8.3.4-2 设防地震和罕遇地震作用下计算参数
地震水准
地震影响系数最大值
阻尼比
周期 折减系数
连梁刚度折减系数
中梁刚度放大系数
荷载效应 S
抗震等级内力调整
承载力 R
风荷载
分项
系数
γRE
材料
强度
设防地震
0.23
0.06
1
0.5
1.5
不考虑
不考虑
不考虑
不考虑
标准值
罕遇地震
0.5
0.07
1
0.3
1.0
不考虑
不考虑
不考虑
不考虑
标准值
3、 计算结果
计算结果满足规范要求。
9.基础设计
采取原有基础，依据原教学楼建筑结构检测评定汇报测定，基础设计承载力基础满足上部结构（含加建）正常使用要求。
10.施工要求
1、本工程在原有建筑物上加建，施工时应采取避免或降低损伤原结构方法。若现场实际尺寸和图纸有出入，以现场实际尺寸为准。若出入较大或存在结构隐患，应立即和设计单位联络。
2、施工中发觉原结构或相关工程隐蔽部位结构有严重缺点时，应暂停施工，在会同设计单位采取有效方法处理后方可继续施工。
3、当可能出现倾斜、开裂或坍毁等不安全原因时，施工前应采取安全方法。
11.项目初设结论
依据上述计算结果，按结构抗震概念设计方法，能够得出以下结论：
1、第一扭转周期和第一平动周期之比均小于 0.90，满足《高规》3.4.5 条要求。
2、有效质量系数均大于 90％，所取振型数足够。满足《高规》5.1.13 条要求。
3、考虑偶偏最大楼层位移比为1.22，满足《高规》3.4.5 条要求。
4、在地震及风荷载作用下最大层间位移角＜1/550，则满足《高规》第 3.7.3条要求。
5、楼层层间抗侧力结构受剪承载力大于其上一层受剪承载力80%，满足《抗规》第 3.4.3 条及《高规》3.5.3条楼层抗剪承载力无突变要求。
6、刚重比大于 20，满足《高规》第5.4.1条及5.4.4条要求。
7、X、Y 方向剪重，满足《抗规》第5.2.5条及《高规》第4.3.12条。
8、本工程不属于超限建筑结构类型。
所以，本工程结构体系选型和结构部署方案基础合理，利用概念设计方法对微弱部位做了合适加强，选择计算分析模型正确，同时采取抗震性能化设计方法对关键构件、一般竖向构件和耗能构件在中震和大震作用下地震反应做了具体分析，计算分析结果表明，各项控制指标均符合国家、省、市现行规范、规程及相关行业标准要求。能够认为，在原结构经过加固设计加固后（柱加大截面外包角钢、梁粘碳纤维布、剪力墙外包角钢法），本工程加建结构含有足够强度、适宜刚度和良好延性，是可行且安全可靠。
12.结构初设图纸
序号
图号
图纸名称
规格
备注
1
G-00
初步设计图纸目录
A4

2
G-01
结构图
A1

3
G-02
结构图
A1

4
G-03
结构图
A1