西安市仕华中学教学楼框架结构设计
1. 绪论
1.1 工程概况
1.1.1 设计概述
- 西安市仕华中学教学楼框架结构设计遵循一系列设计规范和标准，以确保结构的安全性、耐久性和经济性。
- 框架结构适用于多层建筑，具有较大的内部空间，便于教室、办公室等功能的布置。
- 抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为8度，地震分组为第二组，需要考虑地震作用的影响。
- 基本雪压0.25kN/m²，基本风压0.35kN/m²，需要考虑雪荷载和风荷载对结构的影响。
- 地基允许承载力为fak=220kPa，需要进行地基承载力和变形验算。
- 设计使用年限为50年，需要选择合适的材料和构造措施。
- 耐火等级为二级。
1.2 设计内容与方法
1.2.1 建筑设计
- 建筑设计详见建筑图。
1.2.2 结构设计
- 设计依据包括国家标准和地质勘察报告。
- 荷载取值包括基本风压0.35kN/m²和基本雪压0.25kN/m²。
- 结构计算原则和方法包括手算。
2. 建筑设计
建筑设计详见建筑图。
3. 结构设计
3.1 设计依据
3.1.1 国家标准
- 包括混凝土结构通用规范、建筑结构荷载规范、建筑抗震设计规范、混凝土结构设计规范和建筑地基基础设计规范。
- 地基土承载力特征值fak=220kPa，场地为II类。
3.1.2 地质勘察报告
- 建筑场地较平坦，地基土承载力特征值fak=220kPa，场地为II类。
3.1.3 结构设计参数
- 荷载类型及取值（kN/m²）如下：
- 基本风压：0.35
- 基本雪压：0.25
3.2 荷载取值
3.2 荷载取值
- 荷载类型及取值（kN/m²）如下：
- 基本风压：0.35
- 基本雪压：0.25
3.3 结构计算原则和方法
3.3.1 手算
- 本文选择了采用简化化方法选取向一榀框架计算结构内力和位移具体为平面布置图中的8号轴。
4. 结构布置
4.1 结构布置方案构件尺寸
4.1.1 结构承重方案选择
- 根据建筑功能要求以及建筑施工布置图，本工程确定采用框架方案。
4.1.2 楼板尺寸估选
- 最大跨度楼板的短向跨度l=5000mm，板厚应满足h≥l/40=125mm，取板厚120mm。
4.1.3 框架梁截面尺寸估选
- 梁混凝土选用C30（fc=14.3kN/m²，ft=1.43kN/m²）。
- l=7000mm，h≥(1/18-1/10)l=389~700mm，取b×h=300×600
- l=2600mm，h≥(1/18-1/10)l=144~260mm，取b×h=300×400
- l=7000mm，h≥(1/18-1/10)l=389~700mm，取b×h=300×600
4.1.4 框架柱截面尺寸估选
- 柱混凝土选用C40（fc=19.1kN/m²，ft=1.7kN/m²）。
- 边柱和中柱的负载面积分别为F边=5.0×3.5m²和F中=5.0×(3.5+1.3)m²。
- 计算第1层柱截面面积应满足：
- 边柱：
- 中柱：
4.2 确定结构计算简图
4.2.1 水平框架结构计算简图
- 选取8轴号所在的一榀框架进行计算，该榀框架平面示意如下图所示。
4.2.2 垂直框架结构计算简图
- 基础选用阶形基础，基础（梁）顶到室外地面高度-0.40m，基础梁高度取0.6m，室内外高差为0.40m。
- 一榀横向平面框架的几何信息如图(2)所示。为了使1-5层框架边柱外侧对齐，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取在板底出，2-5层柱的计算高度即为层高，底层柱的计算高度从基础梁顶面取至一层板底，即h1=3.60+0.40+-0.40=3.60m。
4.3 侧向刚度计算及侧向刚度比验算
4.3.1 框架梁、柱线刚度计算
- 框架梁线刚度ib=EIb/lb，采用现浇混凝土楼盖，考虑楼板刚度放大对中框架梁取ib=2.00EIb/lb，对边框架取ib=1.50EIb/lb，其中I0为按b×h的矩形截面梁计算所得的梁截面惯性矩。
- 柱线刚度ic=EcIc/hi，计算结果如下表所示。横向中框架梁、柱线刚度及梁柱线刚度比K的计算结果如图4.1-1所示。
4.3.2 框架侧向刚度计算
- 柱侧向刚度D值按下式计算：
- 公式（1）
- 其中对一般层：
- 公式（2）
- 底层：
- 公式（3）
- 下面以第1层和第2层边柱和中柱的侧向刚度计算为例：
- 第1层边柱：
- 第1层中柱：
- 第2层边柱：
- 第2层中柱：
4.3.3 横向框架侧向刚度比验算
- 由结果平面图可见，结构平面内有7榀中框架和2榀边框架，则各层总侧向刚度等于7榀中框架和2榀边框架侧向刚度之和。
- 对于框架结构，楼层与上部相邻楼层的侧向刚度比γ1应按下式计算：γ1=Di-1/Di，其中式中Di1、Di分别表示第i-1层和第i层的侧向刚度。
5. 重力荷载计算
5.1 屋面及楼面恒荷载
5.1 屋面及楼面恒荷载
- 楼面房间恒荷载：4.45kN/m²
- 卫生间恒荷载：4.45kN/m²
- 屋面恒荷载：5.52kN/m²
- 走廊恒荷载：4.45kN/m²
6. 水平荷载计算
6.1 风荷载计算
6.1 风荷载计算
- 荷载计算
- 风荷载位移验算
- 风荷载下框架内力计算
6.2 水平地震作用计算
6.2 水平地震作用计算
- 自振周期
- 水平地震作用及剪重比验算
- 水平地震作用下层间位移验算
- 水平地震作用下框架内力计算
