1、鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)設計 1 選題背景及要求 鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)是目前我國建筑結(jié)構(gòu)的重要型式，其抗震能力 是保障人民生命財產(chǎn)安全的重要指標。我國是世界上地震災害最嚴重的國家之 一， 如何設計好鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑將密切關(guān)系到人民生命財產(chǎn) 安全。 本次設計得建筑方案為南京地區(qū)高層辦公樓寧杭大廈。通過這次的結(jié)構(gòu)設 計可以使我們鞏固在大學里所學過的理論力學、 材料力學 、 結(jié)構(gòu)力學 、 土力學 、 混凝土結(jié)構(gòu)設計原理 、 建筑結(jié)構(gòu)設計 、 高層建筑結(jié)構(gòu)設計 、 建筑結(jié)構(gòu)抗震 、 基礎工程 、 地基處理 、 建筑結(jié)構(gòu) CAD-PKPM 軟件應用 等結(jié)構(gòu)設計的相關(guān)內(nèi)容。并可以系統(tǒng)的將

2、大學四年所學的知識聯(lián)系在一起，做到 理論聯(lián)系實際,掌握建筑工程設計的程序和方法。另外，使我們能夠熟悉建筑工 程建設的各項法規(guī)與規(guī)程，了解建筑工程項目設計的基本內(nèi)容和環(huán)節(jié)；熟悉多層 類型房屋的建筑和結(jié)構(gòu)選型、 結(jié)構(gòu)布置、 結(jié)構(gòu)計算及主要結(jié)構(gòu)施工圖繪制全過程； 通過繪制施工圖 ,編制計算書強化繪圖和使用專業(yè)軟件進行分析計算的基本技 能；同時了解建筑工程中多工種協(xié)調(diào)、配合的重要性，培養(yǎng)交流、溝通能力和團 隊協(xié)作精神；從而具備工程技術(shù)人員應有的基本技能和素質(zhì)。 2 課題關(guān)鍵問題及難點 這次設計的建筑主體 10 層， 局部 11 層， 總建筑面積約 10000 。 地處市區(qū)， 兩面沿街，底層為商業(yè)用房，

3、布置廣告公司與商店（超市） ，6 層及其以上供出 租。室內(nèi)相對標高0.00，絕對標高5.50m，室內(nèi)外相對高差0.6m。要滿足 以上的要求，設計就需要充分考慮安全、經(jīng)濟、適用三要素，建筑設計注意與周 圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，功能區(qū)組合合理。 對本課題的研究將分為畢業(yè)實習、建筑設計、結(jié)構(gòu)設計、畢業(yè)設計整理四個 方面。畢業(yè)實習階段，收集必要的設計原始資料，做好設計前的調(diào)查研究工作， 參考同類型設計的文字及圖紙資料。 學習有關(guān)的國家法規(guī)及規(guī)范。建筑設計分為 初步設計及施工圖設計兩個階段，在此階段將擬定建筑方案，確定建筑使用的材 料及做法，確定建筑的總體形狀及各種尺寸，繪出平、立、剖、總平面圖、詳圖、 寫出施工

4、說明并列出門窗明細表。結(jié)構(gòu)設計部分包括計算確定荷載，同時進行荷 載分析、內(nèi)力計算，進行最終結(jié)構(gòu)圖的繪制，結(jié)構(gòu)計算采用部分手算部分電算。 畢業(yè)設計整理階段完成對給定的英文文獻的翻譯工作， 按學校畢業(yè)設計條例及教 研室實施細則整理畢業(yè)設計成果，做好畢業(yè)答辯準備工作。 3 文獻綜述 隨著社會經(jīng)濟的繁榮，我國小高層建筑發(fā)展迅速。設計思想也在不斷更新。結(jié)構(gòu)體 系日趨多樣化。小高層鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)越來越廣泛應用于建筑中， 小高層鋼筋混凝 土框剪結(jié)構(gòu)設計有著光明的應用前景。但是我國尚未形成相應的規(guī)范，還需要進行大量 的研究工作。 3.1 小高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的住宅的基本結(jié)構(gòu)形式 3.1.1 框架結(jié)構(gòu) 框架

5、結(jié)構(gòu)的特點是開間大、靈活性好、抗震性能較好，造價較低， 但由于柱截面大于隔墻厚度而造成柱角外凸，影響家具的布置和美觀，有時由于住宅中 房間分隔的不規(guī)則性又造成柱網(wǎng)的難以布置。 3.1.2 框架一剪力墻結(jié)構(gòu) 在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻就組成了框架一剪力 墻結(jié)構(gòu)。它是小高層住宅中應用比較廣泛的一種主體結(jié)構(gòu)型式。其特點是平面靈活，適 用性強，結(jié)構(gòu)合理，能使框架、剪力墻兩種有不同變形性能的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)很好地協(xié)同發(fā) 揮作用。 3.1.3 大開間剪力墻結(jié)構(gòu)隨著時代的發(fā)展和人們生活水平的提高， 原來建造的小開間 剪力墻體系住宅在建筑功能上的局限性變得日益明顯。從強度方面看， 小開間結(jié)構(gòu)中墻 體的作用不能

6、得到充分的發(fā)揮，并且過多的剪力墻布置還會導致較大的地震力，增加工 程費用，另外，由于結(jié)構(gòu)自重較大，也增加了基礎的投資，因此，大開間剪力墻應運而 生。 承重墻的開間達到 4.5m7.5m， 進深達到 7.5m1lm， 室內(nèi)一般無承重的橫墻和縱墻， 可以按照住戶的不同要求靈活分隔，隨著家庭的變化還可重新布置。 3.1.4 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)短肢剪力墻（墻肢截面高度與厚度之比為 58 的剪力墻）介 乎于異形框架柱和一般剪力墻之間，由于這種結(jié)構(gòu)體系在建筑功能、結(jié)構(gòu)形式、投資效 益、節(jié)能指標等多方面效果良好，己成小高層住宅的主要結(jié)構(gòu)形式。 3.2 小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計的要點 3.2.1 水平荷載逐漸

7、成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計的控制因素 在低層住宅中，往往是以 重力為代表的豎向荷載控制著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計 ;而在小高層住宅中，盡管豎向荷載 仍對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計產(chǎn)生著重要影響，但水平荷載將成為控制因素。對某一特定建 筑來說，豎向荷載大體上是定值;而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨動 力特性的不同而有較大幅度的變化。 3.2.2 軸向變形不容忽視 對于采用框架體系或框架一剪力墻體系的小高層住宅，框 架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力， 這就使得中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的 軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種差異軸向變形將會達到很大的數(shù)值，其后果相當于 連續(xù)梁中間支座產(chǎn)生沉陷，使連續(xù)梁

8、中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支 座負彎矩值增大。 3.2.3 側(cè)移成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計的控制指標 與低層住宅不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移己成為 小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵因素。隨著房屋高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的 側(cè)移變形迅速增大， 結(jié)構(gòu)的頂點側(cè)移一般與房屋高度H 的四次方成正比。 在設計小高層 住宅時，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強度，而且還要有足夠的抗側(cè)移剛度，使結(jié)構(gòu)在水平 荷載下產(chǎn)生的側(cè)移控制在一定的范圍內(nèi)。這是因為 :過大的側(cè)移會使人不舒服，影響 房屋的正常使用。過大的側(cè)移會使隔墻、圍護墻以及它們的高級飾面材料出現(xiàn)裂縫或 損壞，也會使電梯軌道變形而導致不能正常運行。過大的側(cè)移會因P

9、 一 效應使結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生附加內(nèi)力，甚至因側(cè)移與附加內(nèi)力的惡性循環(huán)導致建筑物的倒塌。 3.2.4 結(jié)構(gòu)延性是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計的重要指標 相對于低層住宅而言，小高層住 宅更柔一些，地震作用下的變形就更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性階段后仍具有較強 的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延 性。 3.3 小高層住宅鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)設計策略 3.3.1 優(yōu)化設計的方法 當前，在無成熟的優(yōu)化設計分析軟件的情況下，主要是應用 小高層住宅結(jié)構(gòu)分析軟件，采用人工分析進行調(diào)整，運用概念設計的方法對不同的結(jié)構(gòu) 選型和布置不斷的進行方案分析比較，以獲得比較理想的結(jié)構(gòu)方案，這是在結(jié)

10、構(gòu)設計中 最常用的也是最簡單的優(yōu)選或者說是優(yōu)化方法。用概念設計的方法所得的方案是較合 理、經(jīng)濟的，雖其費工費時、對設計人員的素質(zhì)要求較高，但這種依靠設計人員經(jīng)驗進 行人工優(yōu)化的方法仍是當前所普遍采用的主要方法。對于同一小高層住宅方案，可以有 許多不同的結(jié)構(gòu)(包括基礎)布置方案;確定了結(jié)構(gòu)布置的小高層住宅物，即使在同種荷載 情況下也存在不同的分析方法;分析過程中設計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是唯一的; 小高層住宅物細部的處理更是不盡相同等等，這些問題目前計算機是無法完全解決的， 都需要設計人員自己做出判斷。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設計的一般規(guī)律指導下，根據(jù)工程實 踐經(jīng)驗進行，這便是前面所說的概念設計。因

11、此，概念設計存在于設計師對多種備選方 案進行選擇的過程中。 3.2.2 性能分析 （1）抗震性能分析 對結(jié)構(gòu)體系來說足夠的承載能力和變形能力是兩個同時需要滿足的 條件。結(jié)合概念設計的理念，對上述兩種結(jié)構(gòu)體系進行對比分析，電算程序可以采用中 國建筑科學研究院編制的結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE。在結(jié)構(gòu)設計中，不僅要求結(jié) 構(gòu)具有足夠的承載能力，還要求其有適當?shù)膭偠?。高層結(jié)構(gòu)的使用功能和安全與其側(cè)移 的大小密切相關(guān)，過大的側(cè)向變形會使隔墻、維護墻及其飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞。結(jié) 構(gòu)分別按考慮 5%的偶然偏心和雙向地震力作用的不利情況計算出各結(jié)構(gòu)體系層間位移 角，剪力墻結(jié)構(gòu)小于框剪結(jié)構(gòu)，但均小于規(guī)范要

12、求，且富裕量較大，說明兩種結(jié)構(gòu)體系 滿足剛度要求。 但就使用性能方面，剪力墻結(jié)構(gòu)由于墻體太多，結(jié)構(gòu)自重大，導致了較大的地震作 用，混凝土和鋼材用量也較高;同時也增加了基礎工程的投資，而且限制了建筑上的靈 活使用。而框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的特點是平面使用靈活， 適用性強， 結(jié)構(gòu)合理， 能使框架、 剪力墻兩種有著不同變形性能的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)很好地協(xié)同發(fā)揮作用。在水平荷載作用下， 具有較純框架和純剪力墻結(jié)構(gòu)更為有利的水平變形曲線。 由框架構(gòu)成自由靈活的使用空 間，容易滿足不同建筑功能的要求;同時剪力墻具有相當大的抗側(cè)移剛度，從而使框一 剪結(jié)構(gòu)具有較好的抗震能力，也大大減少了結(jié)構(gòu)的側(cè)移。 （2）經(jīng)濟性比較 我們

13、通過對三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)直接費的計算，發(fā)現(xiàn)三種鋼 筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)單位面積直接費相差不是很多， 其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接 費最大，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費最小，其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直 接費比框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費高出12.5%，比大開間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面 積直接費高出 7.3%， 大開間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費比框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面 積直接費高出 4.9%。 三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)的次要項目造價基本相同。 單位面積造價 框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的最小，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的次之，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的稍微較大，三 種結(jié)構(gòu)體系直接費最大相差不到45 元/m2 元。 3.

14、4 結(jié)語 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平進一步提高，用戶對住宅的功能提出更高的要 求，人們希望建筑物在使用過程中具有更大的靈活性，能夠適應多功能變換的需求。因 此，設計單位在拿到開發(fā)單位的設計意圖后，應本著經(jīng)濟美觀，安全適用的原則多為社 會設計出更好的產(chǎn)品。 4 方案論證 4.1 建筑設計 4.1.1 熟知設計依據(jù)性文件、規(guī)劃要求、基礎資料及任務書要求。 4.1.2 總平面設計說明從總體構(gòu)思、功能分區(qū)、交通組織、環(huán)境保護、豎向設 計建筑總體與周邊環(huán)境的關(guān)系進行表達；如說明使用功能布局、交通流線及出入 口安全疏散，建筑單體、群體的空間構(gòu)成等特點 4.1.3 建筑首層平面圖、標準層平面圖、側(cè)立面

15、圖、側(cè)立面剖面圖、樓梯平面 圖。主要建筑單體各主要層平面圖，表達根據(jù)項目特點而定；主要建筑單體的主 要立面圖，應能體現(xiàn)設計特點的立面；主要建筑單體的主要剖面圖，剖切位置應 最能說明建筑空間關(guān)系。 4.2 結(jié)構(gòu)設計 4.2.1 熟悉設計依據(jù)：如所采用的法規(guī)和標準；風壓、雪荷載、地震工程地質(zhì) 條件等。 4.2.2 結(jié)構(gòu)設計說明分為：結(jié)構(gòu)安全等級、設計使用年限和抗震設防類別；概 述結(jié)構(gòu)選型，新結(jié)構(gòu)新技術(shù)應重點說明；主要結(jié)構(gòu)材料及特殊材料；闡述地基概 況和基礎選型； 4.2.3 結(jié)構(gòu)設計 （1）結(jié)構(gòu)布置： 考慮建筑功能要求，正確選取計算單元，并繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖（1:100 CAD 繪制） （2）截面

16、初估： 對于受彎構(gòu)件，可取梁高 ，梁寬 ； （3）荷載計算： 按照“結(jié)構(gòu)設計條件”給出的各項進行計算； （4）內(nèi)力計算： 豎向荷載和水平荷載分別采用分層法和 D 值法計算，并繪制荷載作用下框 架的內(nèi)力圖（包括彎距圖、剪力圖與軸力圖） ； （5）內(nèi)力組合： 考慮各種不利、有利因素對各個控制截面進行內(nèi)力組合； （6）截面設計： 進行框架梁、 柱截面及剪力墻配筋計算， 并繪制下列結(jié)構(gòu)施工圖;柱平面配筋 圖及其大樣；梁平面配筋圖及其大樣；剪力墻平面配筋圖及其大樣， 、 ；板平面配 筋圖； （7）基礎設計 采用柱下鋼筋混凝土預制樁基礎，繪制基礎平面布置圖。 （8）電算復核 采用 PKPM 軟件計算復核。

17、 4.3 設計過程中需要注意的一些問題 4.3.1 建筑設計部分 （1）柱網(wǎng)的布置需要滿足一定的模數(shù)。 （2）樓梯的設計計算當中，首層樓梯平臺空間的凈高需要滿足一定的要求。 （3）樓層的平面圖的設計當中，樓梯的布置需要考慮一定防火等級等的要 求。 4.3.2 結(jié)構(gòu)設計部分 （1）框架梁和柱的配筋都是由手算和電算完成的，但是在設計計算的過程 當中需要進行比較調(diào)整。 （2）當裂縫寬度超限時，首先應考慮將大直徑的鋼筋改用小直徑的鋼筋驗 算，如裂縫寬度仍然超限，就應增大梁的配筋和混凝土的強度等級，或加大梁的 截面尺寸，調(diào)整至滿足規(guī)范的要求。 4.4 預期的研究成果 4.4.1 研究成果目標： 根據(jù)建筑物的使用功能，規(guī)模，結(jié)構(gòu)，周圍的環(huán)境，建筑物所在地的地質(zhì)情 況，聯(lián)系課本，借鑒前人的經(jīng)驗，獨立完成可行性建筑物的設計。根據(jù)建筑物的 設計方案，進行結(jié)構(gòu)設計，確定梁和柱的布置方式，根據(jù)建筑物的實際情況結(jié)合 對建筑物的樓板、梁、柱配筋，繪制各個板、梁、柱的配筋圖。 4.4.2 自我學習目標： （1）對建筑結(jié)構(gòu)設計全過程能夠有一個大致的了解，掌握多層建筑設計的 一個總體的設計思路 （2）通過本次畢業(yè)設計，對本專業(yè)已學習過的力學、CAD 制圖、鋼筋混凝 土結(jié)構(gòu)設計原理、建筑結(jié)構(gòu)設計、房屋建筑學、基礎工程等知識進行鞏固； （3）熟悉和了解鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)設計規(guī)范，建筑抗震結(jié)