畢業(yè)論文------高層混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文（設(shè)計）</p><p>　　題 目： 高層混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　姓 名： XXXXXX </p><p>　　學(xué) 號： XXXXXXXXXXXXX </p><p>　　年

2、 級： </p><p>　　層 次： </p><p>　　專 業(yè)： 土木工程 </p><p>　　指導(dǎo)教師： <

3、;/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的不斷增長，城市化步伐急速加快，基礎(chǔ)設(shè)施及人類居住、工作生活場所設(shè)施建設(shè)也逐步加快，對于小高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)給于更大的關(guān)注。本設(shè)計是山東省萊陽市陽光城小區(qū)小高層住宅樓，根據(jù)建筑總體規(guī)劃和設(shè)計任務(wù)書的要求，對建筑的平面、立面進行合理的設(shè)計，對高層建筑的防火采取了有效的措施。選用剪力墻結(jié)構(gòu)，并

4、進行合理的結(jié)構(gòu)布置。根據(jù)有關(guān)的設(shè)計規(guī)范和規(guī)定，計算結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值、風(fēng)荷載、地震荷載以及豎向荷載作用下的內(nèi)力、剪力墻的剛度特征值，驗算結(jié)構(gòu)的層間位移和頂點位移，按照各片剪力墻的剛度，對于水平荷載進行分配，考慮無地震和有地震作用下的內(nèi)力組合，根據(jù)最不利的內(nèi)力進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面設(shè)計，并采取構(gòu)造措施。關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu)；抗側(cè)剛度；等效剛度；剛度特征值；軸壓比</p><p><b>　　目 錄<

5、;/b></p><p>　　前言 ……………………………………………………………………………1</p><p>　　建筑設(shè)計……………………………………………………………………… 2</p><p>　　2.1 平面設(shè)計…………………………………………………………………………3</p><p>　　2.2豎向交通及層高…………

6、………………………………………………………3</p><p>　　2.3立面造型…………………………………………………………………………4</p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………………… 4</p><p>　　3.1結(jié)構(gòu)方案及………………………………………………………………………4</p><p>　

7、　3.2基本假定及計算簡圖……………………………………………………………4</p><p>　　3.3荷載計算…………………………………………………………………………5</p><p>　　3.4減少溫度影響的措施……………………………………………………………5</p><p>　　第4章 結(jié)構(gòu)分析 …………………………………………………………………… 5<

8、;/p><p>　　4.1 建筑方案的確定對結(jié)構(gòu)的影響……………………………………………… 6 </p><p>　　4.2 水平荷載 …………………………………………………………………… 6 </p><p>　　4.3截面幾何特征……………………………………………………………………6</p><p>　　4.4主體結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下

9、的協(xié)同工作………………………………………7</p><p>　　4.5內(nèi)力計算及組合………………………………………………………………… 8</p><p>　　4.6截面設(shè)計……………………………………………………………………………8</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………9 參考文獻……………………………

10、…………………………………………………………9</p><p><b>　　第1章 前言</b></p><p>　　隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，競爭的日益激烈，中國加入世界貿(mào)易組織，人們逐漸認識到建設(shè)計及施工的重要性，建筑設(shè)計及施工進行的好壞，直接影響消費者的人身安全與財產(chǎn)穩(wěn)定。然而，作為投資者要想做出讓廣大消費者認可并廣為接受的設(shè)計，他們已不在滿足于傳統(tǒng)的建筑理念，而對于

11、西方的建筑風(fēng)格廣為借鑒，吸起精華，與中結(jié)合。本文就有關(guān)小區(qū)小高層的剪力墻進行設(shè)計調(diào)查，內(nèi)容組成等相關(guān)問題提出以下粗淺的看法。</p><p><b>　　建筑設(shè)計</b></p><p>　　高層建筑是社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它的發(fā)展與民用建筑的發(fā)展密切相關(guān)。建筑物在空中發(fā)展可以縮短道路以及各種管線設(shè)施的長度，從而大量節(jié)約地域投資總額，在經(jīng)濟上具有優(yōu)越性。高層建

12、筑可以增大人們的密集程度，縮短互相聯(lián)系的距離，把橫豎向交通聯(lián)系在一起，提高了工作效率。另外，高層建筑能提供更多的地面自由空間，作為綠化休息場所，有利于美化環(huán)境。</p><p><b>　　2.1平面設(shè)計</b></p><p>　　住宅樓根據(jù)使用要求以規(guī)范規(guī)定，進行合理的平面布局。共11層，無地下室，平面布置包括底層、標(biāo)準(zhǔn)層、頂層以及設(shè)備層。</p>

13、<p>　　2.2 豎向交通及層高</p><p><b>　　電梯布置原則</b></p><p>　?、偌胁贾茫弘娞轂槌鋈虢ㄖ锝?jīng)常使用的工具，因此宜設(shè)置在人們最易看到的地方，從運行效率、縮短侯梯時間以及降低建筑費用來講電梯應(yīng)集中布置；</p><p>　　②使用方便：根據(jù)電梯的使用效率，可將電梯布置在建筑物的核心。</p

14、><p>　　③分層分區(qū)：應(yīng)將各電梯規(guī)定服務(wù)區(qū)，使用服務(wù)區(qū)等。</p><p>　?、芊指簦褐饕ǖ酪c電梯隔開，避免人流高峰時相互影響，同時，電梯井應(yīng)避開主要通道而設(shè)在凹處。</p><p><b>　　（2）豎向交通</b></p><p>　　本住宅根據(jù)規(guī)范要求每單元設(shè)置直通屋頂?shù)姆罒熓枭翘蓍g，分區(qū)明確，布局合理，互

15、不干擾，充分滿足了整幢樓的建筑垂直方向的人流、物流的需要，并符合高層建筑防火規(guī)范的要求。</p><p>　　本住宅樓樓單元設(shè)置一部電梯，電梯的各項指標(biāo)如下：</p><p>　　型號規(guī)格：GVF-800-C060</p><p>　　額定負載：800kg</p><p>　　控制系統(tǒng)：微機控制交流變頻調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)</p>&l

16、t;p><b>　?。ㄈ痈叽_定</b></p><p>　　根據(jù)規(guī)范要求并結(jié)合實際工程需要，本住宅樓選取層高為2.9m，電梯機房和水箱間的層高均為4.5m。</p><p><b>　　2.3 立面造型</b></p><p>　　立面設(shè)計時首先確定各部分的比例關(guān)系，考慮建筑整體的幾個主要面的統(tǒng)一，相鄰的立面之間

17、的連續(xù)與協(xié)調(diào)，然后著重分析立面的處理，門窗的調(diào)整安排，最后對入口建筑裝飾等作進一步處理。</p><p>　　節(jié)奏的韻律和虛實對比，是建筑立面有表現(xiàn)力的重要設(shè)計方法。建筑立面上，相同構(gòu)件或門窗作用規(guī)律的重復(fù)變化，給人們在視覺上得到類似音樂詩歌中節(jié)奏韻律的感受效果。立面的節(jié)奏感，在門窗的排列組合上，墻面的劃分中表現(xiàn)得較為突出。</p><p>　　材料質(zhì)感和色彩的選擇、配置是使建筑立面進一步

18、取得豐富和生動效果的又一重要方面。本住宅樓11層（不包括電梯機房以及水箱間），建筑高度38.50m。本設(shè)計從整體入手，力求創(chuàng)造出一個新穎大方、突出小區(qū)特點的建筑，對建筑的四個立面均作了合理的設(shè)計，利用構(gòu)架、凹凸、虛實對比等手法，豐富細部處理。</p><p><b>　　第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　3.1 結(jié)構(gòu)方案及布置</p><

19、;p>　　本建筑為陽光城小區(qū)小高層住宅樓，建筑的層數(shù)為11層（無地下室）,建筑面積為13000㎡左右，層高為2.9m。根據(jù)上述要求并結(jié)合規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，選擇短肢剪力墻和一般剪力墻共同抵抗水平作用的結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)《住宅規(guī)范》的要求，本住宅樓的臥室的開間選取為3.3m或3.6m，臥室的進深選取4.5m或4.8m。</p><p>　　3.2 基本假定及計算簡圖</p><p><b

20、>　?。ㄒ唬┗炯俣?lt;/b></p><p><b>　?、倨矫娼Y(jié)構(gòu)假定</b></p><p>　　本工程平面為正交布置，可認為每一方向的水平力只由該方向的剪力墻承擔(dān)，垂直于該方向的剪力墻不受力。因此在結(jié)構(gòu)計算時不考慮縱橫墻的共同工作。</p><p>　?、谠谧陨砥矫鎯?nèi)剛性假定</p><p>　　

21、由于剪力墻在自身平面內(nèi)的剛度很大，而平面外的剛度很小，因而忽略剪力墻平面外的剛度。</p><p>　?、蹖τ诮Y(jié)構(gòu)體型規(guī)整、剪力墻布置對稱均勻，結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下不計扭轉(zhuǎn)的影響。</p><p>　　在以上基本假定的前提下，將空間剪力墻結(jié)構(gòu)分解成橫向和縱向兩種平面關(guān)系：將所有剪力墻綜合在一起形成總剪力墻；樓板的作用是保證各片平面結(jié)構(gòu)具有的相同的水平位移。</p><p

22、><b>　?。ǘ┯嬎愫唸D</b></p><p>　　在水平作用下，剪力墻之間由連梁連接，連梁對墻產(chǎn)生約束彎矩，墻肢的剛度相對大一些，連梁相對弱一些。</p><p>　　在水平地震的作用下，把地震作用簡化成倒三角形荷載以及頂點集中力后，再將內(nèi)力按照各片剪力墻的剛度進行分配。</p><p>　　在水平風(fēng)荷載的作用下，把風(fēng)荷載作用簡化

23、成倒三角形荷載和均布荷載后，再將內(nèi)力按照各片剪力墻的剛度進行分配。</p><p><b>　　3.3 荷載計算</b></p><p>　　高層建筑水平力是起控制作用的荷載：包括地震作用和風(fēng)荷載。本建筑高度小于40m，且質(zhì)量和剛度沿著建筑物高度變化比較均勻，因此可采用底部剪力法計算水平地震作用。</p><p>　　豎向荷載主要是恒荷載（結(jié)構(gòu)

24、自重）和活荷載（使用荷載）。結(jié)構(gòu)自重可由構(gòu)件截面尺寸直接計算，建筑材料單位體積重量按荷載規(guī)范取?；詈奢d按荷載規(guī)范取值，樓面活荷載折減系數(shù)按荷載規(guī)范取用。</p><p>　　3.4 減少溫度影響的措施</p><p>　?。?）在頂層、底層和內(nèi)縱墻端開間等對溫度變化影響較大的部位提高配筋率；</p><p>　　（2）頂層加強保溫隔熱措施；</p>&

25、lt;p>　?。?）每30-40m間距留出施工后澆帶，寬帶為0.8-1m。</p><p><b>　　第四章 結(jié)構(gòu)分析</b></p><p>　　4.1 建筑方案的確定對結(jié)構(gòu)的影響</p><p>　　建筑方案要求滿足總體規(guī)劃的要求，建筑使用功能的要求，有時候要較大空間，較復(fù)雜的造型來滿足這些要求。由于短肢剪力墻在布置上比較靈活并且可

26、以使建筑獲得較大的空間，因此，本住宅樓中適當(dāng)布置一些短肢剪力墻。在滿足建筑要求需要的前提下，尋找合理的結(jié)構(gòu)布置方案，我認為有以下幾點影響：</p><p>　?。?）由于房間功能分區(qū)的需要，在結(jié)構(gòu)中一般不要只宣布一般剪力墻，以便造成房屋的總重量過大，對抵抗力水平地震作用不利；</p><p>　?。?）為了獲得較大的使用空間，短肢剪力墻的數(shù)量可能會布置過來，這樣會造成整個房屋的整體剛度不足

27、，從而可能會造成層間位移和頂點位移不滿足規(guī)范的相關(guān)規(guī)定；</p><p>　　（3）由于建筑功能的需要，有時需要在剪力墻上開洞，削弱了墻體的抵抗力，減小墻體的等效剛度，同時洞口四周的角度位置易受力而開裂，使結(jié)構(gòu)喪失承載能力。當(dāng)然，對于有些截面高度較大的墻體，在中間的位置開洞對結(jié)構(gòu)可能是有利的，因為這樣可以減少其等效剛度，減少分配到的地震力，從而使各剪力墻的受力均勻，整體抵抗力增強，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的承載能力。<

28、/p><p><b>　　4.2 水平荷載</b></p><p>　　水平荷載的大小由建筑結(jié)構(gòu)的布置來決定的。</p><p>　　為了減少地震作用，可以選用較輕質(zhì)的材料，這些材料同時能滿足外墻保溫，內(nèi)墻隔斷、隔音和防火的要求，能抵抗外力的作用，且不影響建筑使用要求。特別是高層建筑，需要考慮防火，以滿足使用和安全疏散的要求，這樣就要設(shè)置設(shè)備層包括

29、水箱間、電梯機房，使得頂層的荷載較大，同時規(guī)范規(guī)定，對于突出頂層的小房子，當(dāng)計算地震作用的同時，其重力荷載代表值乘以地震力增大系數(shù)3（但增大的部分不向下傳），對結(jié)構(gòu)的受力不利，所以在設(shè)計這些設(shè)備時只需要滿足需要即可。</p><p>　　一旦建筑方案、選用的建筑材料、結(jié)構(gòu)的布置確定，那么水平荷載的計算就只需按照規(guī)范的規(guī)定計算：高度不大于40m，質(zhì)量和剛度分布比較均勻，以剪切變形為主的結(jié)構(gòu)的地震作用可以用底部剪力法

30、計算，除此之外的結(jié)構(gòu)需要用振型分解法計算地震作用。</p><p>　　4.3 截面幾何特征 </p><p>　?。?）剪力墻等效剛度</p><p>　　等效剛度的計算首先要判斷剪力墻的類型，在一定程度上，判斷的剪力墻的類型就決定了剪力墻等效剛度的大?。ㄡ槍ν黄瑝?，由大到小依次為整體墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、壁式框架）。同時，剪力墻的類型又與墻上的開洞情況有關(guān)

31、。我認為正是這些原因，規(guī)范上規(guī)定剪力墻上開洞不宜過大，且孔洞間間距及孔洞至墻邊凈距不宜太小，采取構(gòu)造措施對洞口進行加強，防止結(jié)構(gòu)由于局部失去承載能力而使整個結(jié)構(gòu)失去承載能力，否則剪力墻的等效剛度就較小，需要布置更多的剪力墻才能滿足結(jié)構(gòu)頂點位移和層間位移的需要。</p><p>　　（2）壁式框架的剛度</p><p>　　壁式框架（剪力墻的一種，對于它的設(shè)計計算按照一般框架的理論進行計算。

32、由于在剪力墻的類型判別中出現(xiàn)了壁式框架，因此下面的內(nèi)力計算將按照壁式框架-剪力墻協(xié)同工作原理進行急計算）的剛度主要與壁梁和壁柱的線剛度有關(guān)，壁梁和壁柱的線剛度主要與其截面的高度有較大的關(guān)系，壁梁的截面高度大，它的慣性距就大，對柱的約束能力越強，壁柱的截面高度大，柱的線剛度越大，兩者結(jié)合起來，壁式框架的抗側(cè)剛度就大，從而提高總壁式框架的等效剪切度。</p><p>　?。?）連梁剛度的計算</p>&

33、lt;p>　　連梁剛度的計算，與計算簡圖的確定有關(guān)。據(jù)總剪力墻和總壁式框架間聯(lián)系和互相作用方式不同，將壁式框架剪力墻結(jié)構(gòu)水平荷載作用下的計算簡圖分為鉸接體系和剛接體系。如果剪力墻之間由連系梁連接，連系梁對剪力墻產(chǎn)生約束彎矩，此時宜將結(jié)構(gòu)簡化為剛接計算體系，按規(guī)范要求計算連系梁的剛度，但有時把連系梁及由其連接的兩片剪力墻看作聯(lián)肢墻時，可以將結(jié)構(gòu)簡化為鉸接體系，而無需計算連系梁對剪力墻的約束彎矩，在計算剪力墻的等效剛度時按聯(lián)肢墻計算即

34、可。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)的剛度特征值</p><p>　　結(jié)構(gòu)的剛度特征值λ與結(jié)構(gòu)的高度、剪力墻的等效剛度、總壁式框架的等效剪切剛度和連系梁的等效剛度有關(guān)，是反映綜合壁式框架和綜合剪力墻之間剛度比值的一個參數(shù)，是影響壁式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)受力和變形的主要參數(shù)（水平荷載在結(jié)構(gòu)中的分配，從總剪力墻彎矩和總剪力的計算公式中可以看出，在結(jié)構(gòu)輪廓尺寸確定的情況下，僅與結(jié)構(gòu)的剛度特征值λ有關(guān)

35、；結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的位移計算也僅與剪力墻的等效剛度、結(jié)構(gòu)的剛度特征值λ、外部荷載的簡化形式有關(guān)）。</p><p>　　4.4 主體結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的協(xié)同工作</p><p>　　水平荷載作用在結(jié)構(gòu)中的分配，首先是根據(jù)結(jié)構(gòu)的計算簡圖在總剪力墻和總壁式框架之間進行分配，如果是較接體系，把總壁式框架受到的總剪力根據(jù)柱的抗側(cè)剛度的大小分配給各個壁柱，根據(jù)節(jié)點的平衡求得壁梁梁端的彎矩和剪力

36、，把求得的剪力墻的總彎矩和總剪力按照墻體的等效剛度分配給各片剪力墻；如果是剛接體系，先根據(jù)壁式框架剪切剛度和連梁等效剛度分配廣義總剪力，再把壁式框架受到的總剪力根據(jù)柱的抗側(cè)剛度的大小分配給各個壁柱，根據(jù)節(jié)點的平衡求得壁梁梁端的彎矩和剪力，剪力墻的總彎矩需加上總連梁的約束力距，然后再按等效剛度進行分配。在這種分配方式下，對于壁式框架，抗側(cè)剛度大的壁柱，受到的力就大，它的配筋需要加大。</p><p>　　4.5 內(nèi)

37、力計算及組合</p><p>　　重力荷載作用下，在高層建筑中，對于壁式框架，可以采用活荷載滿布的情況通過分層法進架內(nèi)力的計算。這種荷載布置方式可以覆蓋大部分的不利內(nèi)力組合的情況，能滿足構(gòu)件承載能力的要求。對于其他類型的剪力墻，在重力荷載作用下，我們只計算各個墻肢的軸力。</p><p>　　在進行內(nèi)力組合的時候，由于是手算，且時間有限，只能取有代表性的構(gòu)件進行組合。在豎向荷載作用下，由于

38、是滿布，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可以看作是固定的；在水平荷載作用下，壁式框架受到的力有幾個層次：在底部受到的水平力較小，但由于軸力較大，需要進行內(nèi)力組合；中間幾層受到的水平力相對最大，軸力相對底層減少較多，需進行內(nèi)力組合；頂上幾層，軸力較小，為了更加經(jīng)濟，需對其進行內(nèi)力組合，計算其配筋，減少鋼筋的使用量。壁梁除了豎向荷載下產(chǎn)生的內(nèi)力以外，主要是根據(jù)節(jié)點平衡分配給壁梁的彎矩，使壁梁梁端和跨中產(chǎn)生不利內(nèi)力組合。由于在水平荷載下分配給壁框架的剪力進行了調(diào)整

39、，所以各層壁梁和壁柱節(jié)點分配給壁梁的內(nèi)力相差不大，對相應(yīng)于壁柱內(nèi)力組合的各層壁梁內(nèi)力進行組合即可。</p><p>　　其它類型的剪力墻在底層受到的彎矩和剪力都很大，所以需要對底層的剪力墻截面進行內(nèi)力組合，在中間偏上位置，由于剪力墻受到的彎矩和剪力都出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折點，為了降低成本，需對其進行內(nèi)力組合，減少鋼筋的使用量。</p><p><b>　　4.6 截面設(shè)計</b>

40、</p><p>　　壁式框架截面設(shè)計，按照一般框架截面設(shè)計理論進行設(shè)計。需根據(jù)荷載效應(yīng)組合所得內(nèi)力按構(gòu)件正截面抗彎、斜截面抗剪承載力要求計算構(gòu)件的配筋數(shù)量。</p><p>　　抗震結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度下，構(gòu)件進入塑性變形狀態(tài)，為了有良好的耗能能力，以及在強震下結(jié)構(gòu)不倒塌，抗震結(jié)構(gòu)要求設(shè)計成延展性結(jié)構(gòu)，其構(gòu)件應(yīng)有足夠的延性。因此規(guī)范規(guī)定：在進行截面設(shè)計時，要做到“強柱弱梁（控制塑性鉸出現(xiàn)的位置

41、）、強剪弱彎（控制構(gòu)件的破壞形態(tài)）、強節(jié)點強錨固（保證節(jié)點區(qū)的承載力）”，對壁梁和壁柱剪力設(shè)計值進行調(diào)整、壁柱的設(shè)計彎矩進行調(diào)整、底層柱的彎矩加大。</p><p>　　其他類型的剪力墻的截面設(shè)計，應(yīng)進行正截面偏心受壓、偏心受拉和斜截面抗剪承載力計算。墻體在集中荷載作用下還應(yīng)進行局部受壓承載力計算。在進行剪力墻配筋時，首先按構(gòu)造要求確定水平和豎向分布鋼筋，一般情況下，正截面縱向受力筋按對稱配筋率的要求。同時規(guī)范規(guī)

42、定，對剪力墻的底部加強部位的內(nèi)力進行調(diào)整。對于開洞的剪力墻，小洞口腳部容易應(yīng)力集中，應(yīng)加強配筋，大洞口周圍應(yīng)設(shè)暗梁和暗柱，對洞口進行加強。</p><p><b>　　第五章 致謝</b></p><p>　　經(jīng)過三個月的緊張工作，畢業(yè)設(shè)計已順利完成，在畢業(yè)設(shè)計中受到老師的關(guān)心、指導(dǎo)，同學(xué)的幫助，以及老師的指導(dǎo)，提高了我獨立完成設(shè)計的能力，在理論和實踐結(jié)合的基礎(chǔ)上向前

43、邁進了一大步。在此向辛勤工作、培養(yǎng)我的各位老師和幫助我的同學(xué)表示衷心的感謝！</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　東南大學(xué)、同濟大學(xué)、天津大學(xué)合編，《混凝土結(jié)構(gòu)（上下冊）》，中國建筑工業(yè)出版社，2002年版；</p><p>　　李國強等編著，《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計》，中國建筑工業(yè)出版社，2002年版；</p&

44、gt;<p>　　舒士霖等編著，《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》，浙江大學(xué)出版社，2001年版；</p><p>　　《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002</p><p>　　《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001</p><p>　　《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002</p><p>　　《建筑抗震設(shè)計規(guī)范