小学加建结构初步设计.docx

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1、第四篇 结构设计1. 工程概况项目，位于省市区，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，功能为学生教室、教师办公室等，加建后建筑总高度为米。根据原结构施工图、检测评估报告、加固补强设计报告，经过加固补强后的基础、主要受力构件承载力基本满足上部结构（含加建）正常使用要求，新旧混凝土受力结构间采用植筋连结。2. 设计依据、技术要求2.1 本工程依据的国家、省、市规范、规程工程结构可靠性设计统一标准 （GB50153-2008）建筑结构可靠度设计统一标准 （GB5006

2、8-2001）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 （GB50009-2012）混凝土结构设计规范 （GB50010-2010）建筑工程抗震设防分类标准 （GB50223-2008）建筑抗震设计规范 （GB50011-2010）建筑地基基础设计规范 （GB50007-2011）建筑地基处理技术规范 （JGJ79-2012）砌体结构设计规范 （GB 5003-2011）建筑设计防火规范 （GB50016-2006）混凝土结构耐久性设计规范 （GB/T 50476-2008）墙体材料应用统一技术规范 （GB50574-2010）广东省标准建筑地基基础设计规范

3、（DBJ 15-31-2003）广东省标准建筑地基基础检测规范 （DBJ 15-60-2008）2.2 自然条件和设计技术要求1、建筑结构的安全等级为二级，重要性系数0=1.0； 2、加建设计使用年限为30年；3、重现期50年的的基本风压值0= 0.5kN/m2；4、建筑设防类别为乙类，抗震设防烈度为7度（0.10g），抗震措施按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、受弯构件的挠度限值符合现行混凝土结构设计规范GB50010-2010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 设计依据的其它相关

4、技术文件1、项目可研报告或发改、规划、建设、民防等部门的批复文件；2、原教学楼建筑结构检测评估报告；3、原教学楼建筑结构加固补强报告；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建议采用原有基础，根据原教学楼建筑结构检测评估报告测定，基础设计承载力基本满足上部结构（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、屋面荷载按照建筑结构荷载规范GB50009-2012取值，各部分的荷载取值详表4.1.1所示（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能附加

5、恒荷载/（活荷载）(kN/m2)使用功能附加恒荷载/（活荷载）(kN/m2)舞蹈室、活动室1.5/（4.0）教师休息室、办公室1.5/（2.0）器材室、储备室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）本工程外墙采用粘土空心砖，自重按14kN/m3，内隔墙采用加气砼砌块,自重按6kN/m3，荷载取值如下： 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 (

6、双面抹灰)内隔墙kN/m2(双面瓷片)备注粘土空心砖1903.6加气砼砌块1902.02.14.1.3 其他特殊楼面标准值（根据荷载类型判断为恒、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的基本风压及计算参数取值如下：1、承载力计算时，风荷载按照50年重现期的风压值采用，其基本风压为00.5kN/m2；2、位移计算时，风荷载按照50年重现期的风压值采用，其基本风压为00.5kN/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s1.3，风振系数和风压高度变化系数z按现行建

7、筑结构荷载规范及相关规程要求取值。4.3 地震作用根据建筑抗震设防分类标准、广东省地震烈度区划图，本项目场地地震基本烈度7度区，抗震设防烈度为7度(0.10g)，抗震设防类别为乙类，抗震措施按8度设防考虑。1、设计基本地震加速度值为0.10g，水平地震影响系数最大值max0.08，场地类别为类，设计地震分组为第一组，特征周期 Tg0.35s，阻尼比0.05；2、各栋（各区段）的抗震等级详见表4.3。表4.3 构件的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一般部位加强部位框架结构二级注：1、括号内的抗震等级适用于类和、类0.15g、0.30g建筑场地的抗震构造措施。5. 结构构件

8、的耐火等级和耐久性本工程为二类建筑，结构构件的耐火等级为二级。其各构件的燃烧性能和耐火极限均按建筑设计防火规范GB50016-2006执行。 混凝土结构的环境类别为一类。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所示： 表6.1.1 混凝土强度等级层号梁、板砼柱剪力墙C30C30C306.1.2 砼抗渗等级如6.1.2所示： 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P66.2 钢筋 钢筋采用热轧钢筋：HPB300()级，fy270N/mm，直径8； HRB335()级，fy300N/mm，10直径12； HRB400()

9、级，fy360N/mm，直径14。6.3 钢材牌号型钢采用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用重度不大于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 主体结构选型根据原教学楼结构型式采用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

10、度等级提高一级；当需要掺入膨胀剂时，其惨量为12%；新浇混凝土塌落度以4060mm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陷，若有局部缺陷应通知设计人员，进行补强或加固处理后再植筋；对需要在原结构梁上立柱的应对原结构梁进行加固，经验算通过后方可施工。7.2.3 梁 新梁搭接到原有梁时，新梁钢筋通过植筋植入原有梁，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、授权号本项目采用中国建筑科学研究院PKPM系列分析软件之SATWE2010版，软件授权号为

11、：S-3:50527155242。8.2 结构构件尺寸及平面布置8.2.1 剪力墙、柱：1、剪力墙典型墙厚为：；2、框架柱典型截面： ；3、框支柱典型截面： 无。具体位置详初设结构图。8.2.2 楼面结构：1、典型板厚：；2、框架梁典型截面：；3、框支梁典型截面：无。具体详相应平面布置图。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SATWESATWESATWES结构材料信息钢砼结构钢砼结构混凝土容重2626钢材容重7878水平力的夹角(度)00地下室层数0300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

12、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00墙元细分最大控制长度(m)11墙元侧向节点信息内部节点内部节点对全楼强制采用刚性楼板假定是否修正后的基本风压(kN/m2)0.50.510年一遇的舒适度验算风压值(kN/m2)地面粗糙度类别CC结构基本周期0.60.6体型变化分段数11第一段最高层号66第一段体形系数1.31.3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77场地类别类类设计地震分组一组一组特征周期0.350.35多遇地震影响系数最大值0.080.08活荷质量折减系数0.5

13、0.5周期折减系数0.70.7结构的阻尼比 (%)55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的附加地震数00计算振型个数1212斜交抗侧力构件方向附加地震数附加地震相应角度考虑活荷不利布置的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的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0.850.85梁活荷载内力放大系数11连梁刚度折减系数0.60.6梁扭矩折减系数0.40.4全楼地震力放大系数11是否按抗震规范5.2.5调整楼层地震力是是梁柱重叠部分简化为刚域否否是否考虑 P-效应否否柱配筋计算原则按双偏压计算按双偏压计算采用的楼层刚

14、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1.0512T2第 2 平动周期0.9723Tt 第 1扭转周期0.8419 Tt/T1 第1扭转周期/第1平动周期0.80090.9，满足 结构总质量（KN）110689.34有效质量系数(%)99.5899.4090，满足地震作用基底总剪力Qo(KN)3652.49 3655.20Qo/Wt(%

15、)剪重比3.303.301.60%，满足基底总弯矩o(KNm)51359.1151205.08水平位移顶点位移U (mm)1.331.75U/H1/27161/2060最大层间 位移角u/h 1/977 1/9681/550，满足所在楼层1层2层最大位移/层平均位移(所在楼层)1.215层1.246层扭转不规则类最大层间位移/平均层间位移(所在楼层)1.325层1.364层扭转不规则类风荷载作用总风力Qw(KN)685.5835.3基底总弯矩w(KNm)9313.811742.4水平位移顶点位移U (mm)0.190.36U/H1/99991/9942最大层间 位移角u/h1/58721/50

16、411/550，满足所在楼层 1层2层楼层受剪承载力与上层比值(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）28.8733.85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的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K0K0/K1是否满足规范要求竖向构件最大轴压比框架柱 0.240.75，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 123456789周期(s)1.050.970.840

17、.350.320.290.210.190.188.3.4 抗震性能目标（参考广东省高规设计）1、 根据本工程的结构特点和抗震重要性要求，结构抗震性能指标确定为C级，在多遇地震下达到第1性能水准，在设防地震下达到第3性能水准，在预估的罕遇地震下达到第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的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状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，结构薄弱

18、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，结构薄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，结构薄弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求斜撑及相连的墙、柱 弹性正截面不屈服，抗剪弹性正截面不屈服，抗剪不屈服，结构薄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，结构薄弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求普通竖向构件损坏部位状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

19、截面要求，结构薄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，结构薄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状况无损坏轻度损坏、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，结构薄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，结构薄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，结构薄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，结构薄弱部位层间弹塑性位移角满足限值要求继续使用的可能性不要修理经

20、一般修理后经修复或加固后2、 设防地震和罕遇地震作用下的计算参数取值详表8.3.4-2所示。表8.3.4-2 设防地震和罕遇地震作用下的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RE材料强度设防地震0.230.0610.51.5不考虑不考虑不考虑不考虑标准值罕遇地震0.50.0710.31.0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.基础设计采用原有基础，根据原教学楼建筑结构检测评估报告测定，基础设计承载力基本满足上部结构（含加建）正常使用要求。10.施工要求1、本工程在

21、原有建筑物上加建，施工时应采取避免或减少损伤原结构的措施。若现场实际尺寸与图纸有出入，以现场实际尺寸为准。若出入较大或存在结构隐患，应及时与设计单位联系。2、施工中发现原结构或相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷时，应暂停施工，在会同设计单位采取有效措施处理后方可继续施工。3、当可能出现倾斜、开裂或倒塌等不安全因素时，施工前应采取安全措施。11.项目初设结论根据上述计算结果，按结构抗震概念设计方法，可以得出如下结论：1、第一扭转周期与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、考虑偶偏的最大楼层位移比

22、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，则满足高规的第 3.7.3条要求。5、楼层层间抗侧力结构的受剪承载力大于其上一层受剪承载力的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条规定。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。因此，本工程结构体系选型和结构布置方案基本合理，运用概念设计方法对薄弱部位做了适当加强，选用的计算分析模型准确，同时采用抗震性能化设计方法对关键构件、普通竖向构件和耗能构件在中震和大震作用下的地震反应做了详细分析，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。可以认为，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），本工程加建结构具备足够的强度、适宜的刚度和良好的延性，是可行且安全可靠的。12.结构初设图纸序号图号图纸名称规格备注1G-00初步设计图纸目录A42G-01结构图A13G-02结构图A14G-03结构图A14-6