计算书总说明与荷载取值

结构设计计算总说明一、工程概况：1、"西南大学教学示范楼项目"位于重庆市北碚区西南大学校园主干道一侧,项目用地基本位于校园的中心地带，北面为西南大学大礼堂，东面及南面为学校运动场，西面为自然山体及其它校园道路。拟建场地属构造剥蚀浅丘地貌类型，整体地形较平缓。建筑分为南北两区,北区地下1层、地上5层,南区地上5层、无地下室。南北两区通过一道变形缝分为两个独立的结构,但其功能布局保持连通。地下1层为库房、车库及设备用房；一层为校史馆、档案馆、博物馆配套用房、消防控制室等；二层为入口大厅、校史馆、临时展厅、接待区等，三层局部为配套区；四层为植物标本馆、昆虫标本馆、美术馆等、五层为历史博物馆、动物标本馆、报告厅等。南区为矩形平面,平面尺寸为50.75X32.00，结构屋面标高为22.800米，以基础顶面为结构嵌固端，嵌固端以上5层。各层层高为6米；结构主要跨度为8.000米；采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。北区近似为矩形平面,矩形平面尺寸为40.00X82.60，突出矩形平面的尺寸分别为20.600X44.600和11.500X27.300,局部突出部位尺寸l/b<1；地下室层高5.100米,结构屋面标高为22.800米，以地下室顶板为结构嵌固端，嵌固端以上5层。各层层高为6米因功能需要局部有夹层；结构主要跨度为8.000米；采用钢筋混凝土框架-抗震墙结构。2、结构重要性系数为1.0，计算可靠度的设计基准期T=50年，建筑结构使用年限为50年。建筑物安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级。3、本地区地震基本烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组。按照《建筑工程抗震设计分类标准》第3.0.2条，本工程建筑抗震设防类别为标准设防类。建筑场地类别为Ⅱ类，设计特征周期为0.35s。4、抗震等级为：框架四级，剪力墙三级。5、依据地勘报告及本工程上部结构特点，选用中风化基岩作基础持力层，其中风化粉砂岩饱和抗压强度标准值4.27Mpa,地基承载力特征值为1410MPa。根据基岩埋深和有无地下室情况,南区采用桩基础、北区采用柱下独立基础及墙下条形基础二、结构设计计算采用软件（1）本工程上部结构计算采用中国建筑科学研究院研制的PKPM2010V2.1系列软件——多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE（2013年12月网络版）。（2）独基及条基计算采用中国建筑科学研究院研制的PKPM系列软件——独基、条基、钢筋混凝土地基梁、桩基础和筏板基础设计软件JCCAD（2013年12月网络版）。三、荷载统计：根据《建筑结构荷载规范》取值（一）屋面恒载：上人屋面8厚防滑地砖3厚水泥砂浆缝宽50.4KN/㎡20厚1：3水泥砂浆找平兼保护层20x0.020=0.4KN/㎡80厚挤塑聚苯板保温层0.8x0.30=0.24KN/㎡防水卷材0.50KN/㎡25厚1：3水泥砂浆找平层20x0.025=0.5KN/㎡陶粒混泥土找坡层10x（0.03+11.7x0.02）/2=1.32KN/㎡板底吊顶1.0KN/㎡4.36KN/㎡板厚120mm0.12x25+4.36=7.36KN/㎡取10KN/㎡不上人屋面(局部屋面)20厚1：2水泥砂浆找平兼保护层20x0.020=0.4KN/㎡防水卷材0.50KN/㎡25厚1：3水泥砂浆找平层20x0.025=0.5KN/㎡陶粒混泥土找坡层1.0KN/㎡板底吊顶1.0KN/㎡3.4KN/㎡板厚120mm0.12x25+3.4=6.4KN/㎡取8KN/㎡局部180厚现浇板覆土0.5m取18KN/㎡(二)楼面恒载：1.±0.000层楼面面层1.5KN/㎡找平0.5KN/㎡吊顶:0.5KN/㎡2.5KN/㎡180mm厚现浇板25x0.18+2.5=7.0KN/㎡2.其它层楼面面层1.0KN/㎡找平0.5KN/㎡吊顶:0.5KN/㎡2.0KN/㎡120mm厚现浇板25x0.12+2.0=5.0KN/㎡3.其它层加强部位楼面面层1.0KN/㎡找平0.5KN/㎡吊顶:0.5KN/㎡2.0KN/㎡140mm厚现浇板25x0.14+2.0=5.5KN/㎡(三)墙体恒载：页岩空心砖砌体190mm厚（外墙）20x0.06+11x0.19+1.0（石材）=4.29KN/㎡取4.50KN/㎡页岩空心砖砌体190mm厚（内墙）20x0.04+10x0.19=2.70KN/㎡女儿墙(180mm厚实心墙)20x0.05+19x0.18＝4.42KN/㎡取4.50KN/㎡4.8m层高外墙线荷载4.5x（4.8－0.7）＝18.45取18.5KN/m内墙线荷载2.7x（4.8－0.5）＝11.61取12.0KN/m6.0m层高外墙线荷载4.5x（6.0－0.7）＝23.85取24.0KN/m内墙线荷载2.7x（6.0－0.5）＝9.72取11.0KN/m4.0m层高外墙线荷载4.5x（4.0－0.7）＝14.85取15.0KN/m内墙线荷载2.7x（4.0－0.5）＝9.45取10.0KN/m（四）楼屋面活载取值功能分区均布活荷载综合档案(密集集架)12.0kN//m2校史馆、历史博博物馆、陈陈列室、文文献资料中中心、植物物标本馆、动物标本本馆、昆虫虫标本馆、美美术馆、文文化创意产产业馆、临临时专题展展厅、备用用展厅、档档案修复、档案消毒毒杀菌、校校史档案整整理、标本本阅览、标标本制作、文文物修复、文文物复制、各各类库房5.0kN/mm2前厅、阳光大厅厅、多功能能厅、休息息区、楼梯梯、走廊（有有可能人员员密集）、信信息系统中中心、消防防控制中心心、信息中中心、数字字化处理3.5kN/mm2接待、配套用房房、咨询售售票、安保保2.0kN/mm2卫生间(不含隔隔墙、填充充材料)、更衣室室、清洁室室2.5kN/mm2电梯机房,配电电房7.0kN/mm2上人屋面(人员员可能密集集)3.5kN/mm2不上人屋面0.5kN/mm2绿化屋面(6000厚种植土恒恒载不计在在内)3.0kN/mm2屋面水箱折算成成面荷载作作用在楼面面上，取20.00KN//m²非固定隔墙自重重取每米墙墙长重（KKN/m）的1/3作为楼面面活荷载的的附加值考考虑（KNN/m²）消防车道及消防扑救面考虑活荷载标准值35kN/m2。设备用房按实际取值。四、北区夹层计算模型说明本工程北区局部有夹层,主要结构楼层的设计标高分别为▽±0.000,4.800,10.800,16.800,22.800;局部夹层设计标高分别为▽8.800,12.800,20.800。结构计算模型严格按照建筑物的实际情况进行建模,上述各主要楼层分别为计算模型的第1,2,3,4,5层,各局部夹层则按楼层的层间梁进行输入,即▽8.800,12.800,20.800分别为▽10.800,16.800,22.800下部的层间梁,▽±0.000,4.800为平层。在输出结果中出现的同一位置有两种截面及配筋的即为此层在不同标高有两层梁,否则即为只有一层梁,一层梁的具体标高在透视图上可分辨清楚。北区夹层范围柱按三级框架采取构造措施,且按中震计算进行配筋；阳光中庭周边楼板参考楼板应力分析结果进行楼板配筋。五、附:初设北区结构补充计算(分析)(一)结构补充计算原因：北区自标高10.080m层起在中庭上空开洞，且因建筑功能要求局部存在夹层，在最不利情况下有效楼板宽度与楼面宽度百分比为47%，楼板开洞率为21%，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）第5.1.2条的规定进行结构补充计算。(二)结构抗震性能设计目标的选取：本项目抗震设计在满足国家、地方规范外，将根据性能化抗震设计的概念进行设计。因本工程房屋高度小于24米，在综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等因素，其抗震性能设计目标确定为D等级。抗震性能目标D是指小震下满足结构抗震性能水准1的要求，中震下满足性能水准4的要求，大震下满足性能水准5的要求。满足以上性能水准设计，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。(三)构件性能目标分类根据本工程具体情况和振型分解反应谱法所采用程序(SATWE)的分析特点,主要是对局部夹层部位的分析存在不确定性,故关键构件选取夹层相关部位的所有框架柱。所有层概念明确的框架柱和抗震墙均为一般竖向构件,剪力墙连梁为耗能构件。(四)计算(分析)程序：PKPM(SATWE、PMSAP、EPDA)：多层及高层建筑结构空间有限元分析设计软件程序（PKPM2010V2.1网络版），为中国建筑科学研究院编制。XTRACT：柱截面性能分析软件。(五)补充计算(分析)内容（1）小震（多遇地震）弹性时程补充计算分析。（2）中震（设防地震）弹性楼板应力分析，并对夹层处框架柱进行中震弹性抗震性能化设计分析。（3）大震（罕遇地震）下结构的变形分析。(六)设计反应谱设计反应谱参数地震影响50年超越概率水平地震影响系系数最大值值αmax场地特征周期Tg（s）结构阻尼比时程分析时地震震加速度时时程最大值值（gal）多遇63%0.040.350.0518设防10%0.120.350.0550罕遇2%0.280.400.05125(七)小震（多遇地震）弹性时程分析1、输入地震波的选择根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）第5.1.2条及条文说明相关规定选取地震波。本工程分别选用了2组天然地震波和1组人工地震波，所选波均来自PKPM程序内部数据库。所选各个地震波加速度时程见图7.1-1～7.1-3。图7.1-1人人工波RH1TTG0355加速度时时程(主方向)图7.1-2天天然波TH2TTG0355加速度时时程(主方向)图7.1-3天天然波TH4TTG0355加速度时时程(主方向)由上图可见，选择的地震波为2条天然波，1条人工波，天然波的比例不小于2/3。结构1～3振型所对应的周期为0.892s、0.877s、0.829s，上述3条波的有效持续时间均达到规范要求的结构基本周期的5倍～10倍。结构计算表明，结构地震作用最大的方向为27°,与0°方向大于15°，故SATWE计算总信息中地震作用方向取27°，小震弹性时程计算地震波的作用方向0°和90°对应SATWE计算的X向和Y向，故选择地震波时以结构X向作为地震力作用主方向。本工程结构前三阶振型的周期分别为T1=0.892s，T2=0.877s，T3=0.829s。各条曲线在上述三个周期点上的地震影响系数如图7.1-4所示，可见在主要周期点上相差不大于20%，所选三组地震波频谱特性满足要求。图7.1-4规规范谱与地地震波谱对对比图图7.1-5给出了弹性时程分析所得的楼层剪力分布情况，设计时结构地震作用采用3条波的弹性时程分析的包络值与振型分解反应谱计算结果的较大值。图7.1-5小震弹性性时程计算算的楼层剪剪力对比表7.1对结构底部剪力进行了对比，可以看出所选3条地震波满足规范要求。表7.1小震弹性时程底部剪力与CQC法底部剪力的比较（kN）方向CQCRH1TG0335TH2TG0335TH4TG0335平均值剪力值剪力值百分比剪力值百分比剪力值百分比剪力值百分比X向6114605499%586296%605799%599198%Y向61566231101%579694%6353103%6127100%以上计算的平均底部剪力不小于CQC法计算结果的80%，不大于CQC法计算结果的120%；每条地震波输出的计算结果不小于CQC法计算结果的65%，不大于CQC法计算结果的135%，说明所选用地震波满足规范要求。2、主要计算结果指标小震弹性时程计算的底部剪力、底部倾覆弯矩、顶层位移、最大层间位移角对比见表7.2-1～7.2-4。表7.2-1小震弹性时程与CQC法底部剪力的比较（kN）方向CQCRH1TG0335TH2TG0335TH4TG0335平均值剪力值剪力值百分比剪力值百分比剪力值百分比剪力值百分比X向6114605499%586296%605799%599198%Y向61566231101%579694%6353103%6127100%由上表对比可见，选择的三条地震波满足规范要求。表7.2-2小震弹性时程与CQC法底部倾覆弯矩的比较（kN-m）方向CQCRH1TG0335TH2TG0335TH4TG0335平均值倾覆弯矩倾覆弯矩百分比倾覆弯矩百分比倾覆弯矩百分比倾覆弯矩百分比X向13400911234784%11484286%134442100%12054390%Y向13576511423984%11496085%140799104%12333391%表7.2-3小震弹性时程与CQC法顶层位移的比较（mm）方向CQCRH1TG0335TH2TG0335TH4TG0335平均值顶层位移顶层位移百分比顶层位移百分比顶层位移百分比顶层位移百分比X向5.745.84102%5.5296%6.03105%5.80101%Y向5.666.11108%5.67100%6.05107%5.94105%表7.2-4小震弹性时程与CQC法最大层间位移角的比较方向CQCRH1TG0335TH2TG0335TH4TG0335平均值层间位移角层间位移角百分比层间位移角百分比层间位移角百分比层间位移角百分比X向1/28001/2682104%1/292496%1/343182%1/298194%Y向1/25591/2123121%1/260698%1/278992%1/2473103%3、主要计算结果曲曲线小震弹性时程计计算的各楼楼层剪力、楼层弯矩、楼层位移、层间位移角与CQC法结果对比分别如图7.3-1～7.3-4。图7.3-1小震弹性性时程计算算的楼层剪剪力对比图7.3-2小震弹性性时程计算算的楼层弯弯矩对比图7.3-3小震弹性性时程计算算的楼层位位移对比图7.3-4小震弹性性时程计算算的层间位位移角对比比可见，选择的三三条地震波波计算的小小震弹性时时程结果与与CQCC法计算算的结果较较为接近，误误差满足规规范要求。4、结构弹性时程分分析总结结构弹性时程分分析选用了了3条地震波波进行计算算，每条地地震波计算算所得结构构底部剪力力与振型分分解反应谱谱法计算结结果之间的的误差均在在35%以内，3条波计算算的平均底底部剪力与与振型分解解反应谱法法计算结果果之间的误误差均在20%以内，满足规范范要求，同同时结构的的变形指标标与规律均均与振型分分解反应谱谱法计算结结果接近，验验证了振型型分解反应应谱法计算算的合理性性。经对比，CQCC法计算结结果能否包包络每条地地震波计算算结果统计计见下表。表7.4CQQC法计算结结果能否包包络每条地地震波计算算结果比较较结构高度部位楼层剪力倾覆弯矩楼层位移层间位移角X向Y向X向Y向X向Y向X向Y向下部√×√×××√√中部√×√√××√√上部××√√××××由上表可见，CCQC法计算结结果不能完完全包络每每条地震波波计算结果果,而楼层位位移、层间间位移比与与规范限值值比较有较较大的富余余,故结构设设计时，按按CQC法计算楼楼层剪力可可乘以1.05的系数。(八)中震（多遇遇地震）作作用下性能能目标验算算1、中震弹性的主要要计算参数数进行中震弹性分分析时，构构件件承载载力需满足足弹性设计计要求，地地震作用标标准值的构构件内力计计算中不需需要乘以与与抗震等级级有关的增增大系数，不不计入风荷荷载作用效效应的组合合，材料强强度采用设设计值；分分析时，在在小震参数数输入的基基础上，对对下列参数数进行局部部修改：a)最大地地震影响系系数:0.122；b)场地特特征周期：：0.35；c)选择按按中震弹性性作结构设设计（程序序将自动取取消组合内内力调整，考考虑荷载作作用分项系系数、材料料分项系数数取及材料料强度采用用设计值）；d)不考虑虑地震放大大系数；e)不考虑虑风荷载；；f)结构阻尼尼比为0.005。2、中震弹性结构层层间位移角角验算根据《建筑抗震震设计规范范》（GBB500111－2010）附录M.1..3条及条文文说明，中中震结构轻微微破坏时主主体结构的的最大层间间位移角限限值取1/300。对主体体结构进行行中震弹性验算，其其层间位移移角如下表表所示。计计算结果表表明，大震震时主体结结构的最大大层间位移移角满足限限值要求。表8.2中震弹性性结构层间间位移角计计算结果最大层间位移转转角（所在计算层号号）X方向Y方向1/933（4F）1//853（6F）满足≤1/300的的要求3、中震弹性楼板应应力验算本结构存在中庭透透空开洞、局部夹层层情况，在最最不利情况况下有效楼楼板宽度与与楼面宽度度百分比为为47%，楼板开开洞率为21%，故对楼板板提出了中中震弹性的的性能目标标要求。运用用PKPMMPMSSAP软件对大大开洞楼层层及其上下下相邻楼层层进行了楼楼板应力分分析，后续续设计中参参考楼板应应力分析结结果进行楼楼板配筋。代表楼层在中震震弹性下的荷载典典型组合的的X向和和Y向的的楼板最大大主应力如如图8.33-1～8.3-6。图8.3-1第三层楼板面面内主应力力S1(kkN/m22)等值线图图图8.3-2第三层楼板面面内主应力力S2(kN/mm2)等值线图图图8.3-3第四层楼板面面内主应力力S1(kkN/m22)等值线图图图8.3-4第四层楼板面面内主应力力S2(kN/mm2)等值线图图图8.3-5第五层楼板面面内主应力力S1(kkN/m22)等值线图图图8.3-6第五层楼板面面内主应力力S2(kN/mm2)等值线图图由图8.3-11～8.3-6的楼板应应力可见，结结构层大部部分楼板在在中震弹性性作用下保保持弹性工工作状态，主主拉应力均均小于C30混凝土抗抗拉强度设设计值ft=11.43NN/mm22(14300kN/mm2)，角部应应力集中部部位加强构构造处理。4、中震弹性夹层柱柱抗震性能能验算4.1正截面面承载力中中震弹性验验算SATWE采用用中震弹性性内力对框框架柱正截截面进行配配筋设计，根根据柱截面面配筋结果果，采用XTRAACT截面分析析软件确定定屈服面，选选取控制内内力进行正正截面承载载力中震弹弹性验算，验验算结果如如图8.4..1所示。结结果表明，夹夹层柱均能能满足正截截面承载力力中震弹性性的性能目目标要求。KZ1～KZ99(7000X7000C335)KZ1～KZ99(7000X7000C330)图8.4.14.2斜截面面抗剪承载力力中震弹性性验算夹层柱“中震弹性”斜截截面抗剪承承载力验算算构件编号柱截面混凝土强度等级级构件剪力(kNN)3层/4层/5层构件抗剪承载力力（kN）3层/4层/5层构件抗剪能力b(mm)ho(mm)KZ1700650C35/C30353/2922/36111169/11116/9902满足要求KZ2700650C35/C30158/1500/22771207/11140/8890满足要求KZ3700650C35/C3056/77/22691204/11139/8876满足要求KZ4700650C35/C30151/1655/32331189/11139/9946满足要求KZ5700650C35/C30272/2177/48881259/11184/9941满足要求KZ6700650C35/C30330/2500/43661262/11183/9914满足要求KZ7700650C35/C30407/2866/31111246/11184/9903满足要求KZ8700650C35/C30291/2922/547