青岛市第三实验小学教学楼结构设计

1. 设计概述

1.1 设计背景

• 设计为青岛市第三实验小学教学楼，为五层建筑，层高分别为底层3.9m，标准层3.9m。室外标高-0.45m，建筑室外地面到屋面的高度为19.950m。建筑全长56.40m，宽19.50m，为“一”字型建筑。建筑位于山东省青岛市，采用框架结构进行设计。
• 楼梯采用板式楼梯，基础采用独立基础。

1.2 设计资料

1.2.1 地质资料

• 从上至下分别为：
  • 人工填土0.5m；
  • 粘土：0.5m，fak=220kPa；
  • 微风化岩：10m， fak =320kPa，推荐为建筑持力层。
• 待建地抗震设防烈度为7度，分组为第二组，地震加速度为0.10g。

1.2.2 气象条件

• 当地气象资料按50年一遇设计：
  • 风荷载：ωk=0.60kN/m2
  • 雪荷载：Sk=0.20kN/m2

1.2.3 主材资料

• 对非受力的次要构件，如垫层构造柱、圈梁、女儿墙压顶梁等采用C10~20强度的混凝土，构造钢筋为HPB300的钢筋。
• 对受力构件，梁采用C30、柱采用C35强度混凝土。受力钢筋采用HRB400。
• 砌体采用加气混凝土砌块作为墙体材料，容重≤7.5kN/m3，门窗采用铝合金门窗。

1.3 建筑平面设计

• 按要求对平面进行方案构思，最终确定平面设计图如文中所示。

1.4 结构平面布置

• 依据建筑平面图，首先在柱与柱之间设置主梁，再依据墙体位置，布置次梁，起到梁托墙体作用，最后再依据跨度大小决定是否增设次梁，跨度足够的话就可以进行结构板布置，结构平面布置最终如文中所示。

2. 截面设计及抗侧刚度计算

2.1 截面设计

2.1.1 梁截面估算

• 横向梁截面：依据梁跨度，AB、CD跨截面估算示例：取b=250mm。
• 纵向梁截面：纵梁截面估算示例：取b=250mm。
• 板截面尺寸的估算：依据双向板估算原则，本工程主要板跨为双向板及介于单向板与双向板之间的结构板（按双向板计算），因本工程选取的为现浇混凝土楼板，故板厚按短边板厚h>（1/30~1/40）l0进行估算。选取本工程常见短向跨度为L=4800mm，故板均取120mm，屋面依据规裂要求，取厚度120mm。
• 柱截面面积估算：选取3轴作为手算一榀框架轴，前文已知建筑地点及设计材料，则建筑的抗震等级为三级，轴压比限值为μN=0.85。

2.1.2 抗侧移刚度计算

• 梁柱刚度计算：框架梁在计算时，因板可作为有效翼缘，故将梁视作为T型梁。在惯性矩计算过程中，中间框梁线刚度取2EcIb/lb，边上框梁取EcIb/lb。
• 柱截面惯性矩公式：
• 柱线刚度计算公式：

2.2 抗侧刚度计算

• 因梁和柱跨度及截面以及层高各不相同，故采用列表方式计算，本建筑主要结构件刚度详下表2-1~2-2:

3. 重力荷载统计及水平荷载计算

3.1 荷载计算

3.1.1 恒载计算及统计

• 恒载计算及统计如文中所示。

3.1.2 活载取值

• 活载取值如文中所示。

3.2 纵向荷载传递计算

• 纵向荷载传递计算如文中所示。

3.3 重力荷载代表值汇总

• 重力荷载代表值汇总如文中所示。

3.4 剪重比验算及地震剪力计算

3.4.1 自振周期计算

• 自振周期计算如文中所示。

3.4.2 剪重比验算

• 剪重比验算如文中所示。

3.5 风载标准值计算

• 风载标准值计算如文中所示。

4. 水平向荷载内力分析及计算

4.1 水平地震侧移计算

• 水平地震侧移计算如文中所示。

4.2 地震下内力计算

• 地震下内力计算如文中所示。

4.3 风载侧移验算及内力分析

4.3.1 风载侧移验算

• 风载侧移验算如文中所示。

4.3.2 风载下内力分析计算

• 风载下内力分析计算如文中所示。

5. 竖向荷载下梁柱内力分析计算

5.1 梁上竖向荷载计算

• 梁上竖向荷载计算如文中所示。

5.2 相对刚度计算

• 相对刚度计算如文中所示。

5.3 恒载下内力计算

• 恒载下内力计算如文中所示。

5.4 活载下内力计算

• 活载下内力计算如文中所示。

6. 内力组合

6.1 内力组合分类

• 内力组合分类如文中所示。

6.2 梁柱控制截面

• 梁柱控制截面如文中所示。

6.3 支座边缘内力转换

6.3.1 弯矩调幅

• 弯矩调幅如文中所示。

6.3.2 柱边内力转换

• 柱边内力转换如文中所