畢業(yè)論文土木工程高層混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).doc

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)成人高等教育畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）題 目： 高層混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 姓 名： XXXXXX 學(xué) 號(hào)： XXXXXXXXXXXXX 年 級(jí)： 2008級(jí) 層 次： 專(zhuān)升本 專(zhuān) 業(yè)： 土木工程 指導(dǎo)教師： 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院完成時(shí)間： 2009 年 12 月 10 日摘 要 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，城市化步伐急速加快，基礎(chǔ)設(shè)施及人類(lèi)居住、工作生活場(chǎng)所設(shè)施建設(shè)也逐步加快，對(duì)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(jì)是山東省萊陽(yáng)市陽(yáng)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(jì)任務(wù)書(shū)的要求，對(duì)建筑的平面、立面進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，對(duì)高層建筑的防火采取了有效的措施。選用剪力墻結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)布置。根據(jù)有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)定，計(jì)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(yàn)算結(jié)構(gòu)的層間位移和頂點(diǎn)位移，按照各片剪力墻的剛度，對(duì)于水平荷載進(jìn)行分配，考慮無(wú)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(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)，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；軸壓比目 錄第1章 前言 1第2章 建筑設(shè)計(jì) 22.1 平面設(shè)計(jì)32.2豎向交通及層高32.3立面造型4第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 43.1結(jié)構(gòu)方案及43.2基本假定及計(jì)算簡(jiǎn)圖43.3荷載計(jì)算53.4減少溫度影響的措施5第4章 結(jié)構(gòu)分析 5 4.1 建筑方案的確定對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 6 4.2 水平荷載 6 4.3截面幾何特征64.4主體結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的協(xié)同工作74.5內(nèi)力計(jì)算及組合 84.6截面設(shè)計(jì)8致謝9 參考文獻(xiàn)9第1章 前言隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，中國(guó)加入世界貿(mào)易組織，人們逐漸認(rèn)識(shí)到建設(shè)計(jì)及施工的重要性，建筑設(shè)計(jì)及施工進(jìn)行的好壞，直接影響消費(fèi)者的人身安全與財(cái)產(chǎn)穩(wěn)定。然而，作為投資者要想做出讓廣大消費(fèi)者認(rèn)可并廣為接受的設(shè)計(jì)，他們已不在滿足于傳統(tǒng)的建筑理念，而對(duì)于西方的建筑風(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(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)查，內(nèi)容組成等相關(guān)問(wèn)題提出以下粗淺的看法。第2章 建筑設(shè)計(jì) 高層建筑是社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)度，從而大量節(jié)約地域投資總額，在經(jīng)濟(jì)上具有優(yōu)越性。高層建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(chǎng)所，有利于美化環(huán)境。2.1平面設(shè)計(jì) 住宅樓根據(jù)使用要求以規(guī)范規(guī)定，進(jìn)行合理的平面布局。共11層，無(wú)地下室，平面布置包括底層、標(biāo)準(zhǔn)層、頂層以及設(shè)備層。2.2 豎向交通及層高(1） 電梯布置原則 集中布置：電梯為出入建筑物經(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(yùn)行效率、縮短侯梯時(shí)間以及降低建筑費(fèi)用來(lái)講電梯應(yīng)集中布置； 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。 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。 分隔：主要通道要與電梯隔開(kāi)，避免人流高峰時(shí)相互影響，同時(shí)，電梯井應(yīng)避開(kāi)主要通道而設(shè)在凹處。（2）豎向交通 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。 本住宅樓樓單元設(shè)置一部電梯，電梯的各項(xiàng)指標(biāo)如下： 型號(hào)規(guī)格：GVF-800-C060額定負(fù)載：800kg控制系統(tǒng)：微機(jī)控制交流變頻調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)（三）層高確定 根據(jù)規(guī)范要求并結(jié)合實(shí)際工程需要，本住宅樓選取層高為2.9m，電梯機(jī)房和水箱間的層高均為4.5m。2.3 立面造型 立面設(shè)計(jì)時(shí)首先確定各部分的比例關(guān)系，考慮建筑整體的幾個(gè)主要面的統(tǒng)一，相鄰的立面之間的連續(xù)與協(xié)調(diào)，然后著重分析立面的處理，門(mén)窗的調(diào)整安排，最后對(duì)入口建筑裝飾等作進(jìn)一步處理。 節(jié)奏的韻律和虛實(shí)對(duì)比，是建筑立面有表現(xiàn)力的重要設(shè)計(jì)方法。建筑立面上，相同構(gòu)件或門(mén)窗作用規(guī)律的重復(fù)變化，給人們?cè)谝曈X(jué)上得到類(lèi)似音樂(lè)詩(shī)歌中節(jié)奏韻律的感受效果。立面的節(jié)奏感，在門(mén)窗的排列組合上，墻面的劃分中表現(xiàn)得較為突出。 材料質(zhì)感和色彩的選擇、配置是使建筑立面進(jìn)一步取得豐富和生動(dòng)效果的又一重要方面。本住宅樓11層（不包括電梯機(jī)房以及水箱間），建筑高度38.50m。本設(shè)計(jì)從整體入手，力求創(chuàng)造出一個(gè)新穎大方、突出小區(qū)特點(diǎn)的建筑，對(duì)建筑的四個(gè)立面均作了合理的設(shè)計(jì)，利用構(gòu)架、凹凸、虛實(shí)對(duì)比等手法，豐富細(xì)部處理。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 結(jié)構(gòu)方案及布置本建筑為陽(yáng)光城小區(qū)小高層住宅樓，建筑的層數(shù)為11層（無(wú)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(kāi)間選取為3.3m或3.6m，臥室的進(jìn)深選取4.5m或4.8m。3.2 基本假定及計(jì)算簡(jiǎn)圖（一）基本假定平面結(jié)構(gòu)假定 本工程平面為正交布置，可認(rèn)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(jì)算時(shí)不考慮縱橫墻的共同工作。在自身平面內(nèi)剛性假定 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。對(duì)于結(jié)構(gòu)體型規(guī)整、剪力墻布置對(duì)稱(chēng)均勻，結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下不計(jì)扭轉(zhuǎn)的影響。 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。（二）計(jì)算簡(jiǎn)圖在水平作用下，剪力墻之間由連梁連接，連梁對(duì)墻產(chǎn)生約束彎矩，墻肢的剛度相對(duì)大一些，連梁相對(duì)弱一些。在水平地震的作用下，把地震作用簡(jiǎn)化成倒三角形荷載以及頂點(diǎn)集中力后，再將內(nèi)力按照各片剪力墻的剛度進(jìn)行分配。在水平風(fēng)荷載的作用下，把風(fēng)荷載作用簡(jiǎn)化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(jìn)行分配。3.3 荷載計(jì)算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(jì)算水平地震作用。豎向荷載主要是恒荷載（結(jié)構(gòu)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(jì)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。3.4 減少溫度影響的措施（1）在頂層、底層和內(nèi)縱墻端開(kāi)間等對(duì)溫度變化影響較大的部位提高配筋率；（2）頂層加強(qiáng)保溫隔熱措施；（3）每30-40m間距留出施工后澆帶，寬帶為0.8-1m。第四章 結(jié)構(gòu)分析4.1 建筑方案的確定對(duì)結(jié)構(gòu)的影響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(shí)候要較大空間，較復(fù)雜的造型來(lái)滿足這些要求。由于短肢剪力墻在布置上比較靈活并且可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(rèn)為有以下幾點(diǎn)影響：（1）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(guò)大，對(duì)抵抗力水平地震作用不利；（2）為了獲得較大的使用空間，短肢剪力墻的數(shù)量可能會(huì)布置過(guò)來(lái)，這樣會(huì)造成整個(gè)房屋的整體剛度不足，從而可能會(huì)造成層間位移和頂點(diǎn)位移不滿足規(guī)范的相關(guān)規(guī)定；（3）由于建筑功能的需要，有時(shí)需要在剪力墻上開(kāi)洞，削弱了墻體的抵抗力，減小墻體的等效剛度，同時(shí)洞口四周的角度位置易受力而開(kāi)裂，使結(jié)構(gòu)喪失承載能力。當(dāng)然，對(duì)于有些截面高度較大的墻體，在中間的位置開(kāi)洞對(duì)結(jié)構(gòu)可能是有利的，因?yàn)檫@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(qiáng)，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的承載能力。4.2 水平荷載水平荷載的大小由建筑結(jié)構(gòu)的布置來(lái)決定的。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(shí)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)備層包括水箱間、電梯機(jī)房，使得頂層的荷載較大，同時(shí)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于突出頂層的小房子，當(dāng)計(jì)算地震作用的同時(shí)，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(duì)結(jié)構(gòu)的受力不利，所以在設(shè)計(jì)這些設(shè)備時(shí)只需要滿足需要即可。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(jì)算就只需按照規(guī)范的規(guī)定計(jì)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計(jì)算，除此之外的結(jié)構(gòu)需要用振型分解法計(jì)算地震作用。4.3 截面幾何特征 （1）剪力墻等效剛度等效剛度的計(jì)算首先要判斷剪力墻的類(lèi)型，在一定程度上，判斷的剪力墻的類(lèi)型就決定了剪力墻等效剛度的大?。ㄡ槍?duì)同一片墻，由大到小依次為整體墻、小開(kāi)口整體墻、聯(lián)肢墻、壁式框架）。同時(shí)，剪力墻的類(lèi)型又與墻上的開(kāi)洞情況有關(guān)。我認(rèn)為正是這些原因，規(guī)范上規(guī)定剪力墻上開(kāi)洞不宜過(guò)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(duì)洞口進(jìn)行加強(qiáng)，防止結(jié)構(gòu)由于局部失去承載能力而使整個(gè)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(diǎn)位移和層間位移的需要。（2）壁式框架的剛度壁式框架（剪力墻的一種，對(duì)于它的設(shè)計(jì)計(jì)算按照一般框架的理論進(jìn)行計(jì)算。由于在剪力墻的類(lèi)型判別中出現(xiàn)了壁式框架，因此下面的內(nèi)力計(jì)算將按照壁式框架-剪力墻協(xié)同工作原理進(jìn)行急計(jì)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(duì)柱的約束能力越強(qiáng)，壁柱的截面高度大，柱的線剛度越大，兩者結(jié)合起來(lái)，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。（3）連梁剛度的計(jì)算連梁剛度的計(jì)算，與計(jì)算簡(jiǎn)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(jì)算簡(jiǎn)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(duì)剪力墻產(chǎn)生約束彎矩，此時(shí)宜將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為剛接計(jì)算體系，按規(guī)范要求計(jì)算連系梁的剛度，但有時(shí)把連系梁及由其連接的兩片剪力墻看作聯(lián)肢墻時(shí)，可以將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為鉸接體系，而無(wú)需計(jì)算連系梁對(duì)剪力墻的約束彎矩，在計(jì)算剪力墻的等效剛度時(shí)按聯(lián)肢墻計(jì)算即可。（4）結(jié)構(gòu)的剛度特征值結(jié)構(gòu)的剛度特征值與結(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(gè)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(jì)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)的剛度特征值有關(guān)；結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的位移計(jì)算也僅與剪力墻的等效剛度、結(jié)構(gòu)的剛度特征值、外部荷載的簡(jiǎn)化形式有關(guān)）。4.4 主體結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的協(xié)同工作水平荷載作用在結(jié)構(gòu)中的分配，首先是根據(jù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖在總剪力墻和總壁式框架之間進(jìn)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(gè)壁柱，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的平衡求得壁梁梁端的彎矩和剪力，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(gè)壁柱，根據(jù)節(jié)點(diǎn)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(jìn)行分配。在這種分配方式下，對(duì)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。4.5 內(nèi)力計(jì)算及組合重力荷載作用下，在高層建筑中，對(duì)于壁式框架，可以采用活荷載滿布的情況通過(guò)分層法進(jìn)架內(nèi)力的計(jì)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(duì)于其他類(lèi)型的剪力墻，在重力荷載作用下，我們只計(jì)算各個(gè)墻肢的軸力。在進(jìn)行內(nèi)力組合的時(shí)候，由于是手算，且時(shí)間有限，只能取有代表性的構(gòu)件進(jìn)行組合。在豎向荷載作用下，由于是滿布，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(gè)層次：在底部受到的水平力較小，但由于軸力較大，需要進(jìn)行內(nèi)力組合；中間幾層受到的水平力相對(duì)最大，軸力相對(duì)底層減少較多，需進(jìn)行內(nèi)力組合；頂上幾層，軸力較小，為了更加經(jīng)濟(jì)，需對(duì)其進(jìn)行內(nèi)力組合，計(jì)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(diǎn)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(jìn)行了調(diào)整，所以各層壁梁和壁柱節(jié)點(diǎn)分配給壁梁的內(nèi)力相差不大，對(duì)相應(yīng)于壁柱內(nèi)力組合的各層壁梁內(nèi)力進(jìn)行組合即可。其它類(lèi)型的剪力墻在底層受到的彎矩和剪力都很大，所以需要對(duì)底層的剪力墻截面進(jìn)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(diǎn)，為了降低成本，需對(duì)其進(jìn)行內(nèi)力組合，減少鋼筋的使用量。4.6 截面設(shè)計(jì)壁式框架截面設(shè)計(jì)，按照一般框架截面設(shè)計(jì)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(jì)算構(gòu)件的配筋數(shù)量。抗震結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度下，構(gòu)件進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，為了有良好的耗能能力，以及在強(qiáng)震下結(jié)構(gòu)不倒塌，抗震結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)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(jìn)行截面設(shè)計(jì)時(shí)，要做到“強(qiáng)柱弱梁（控制塑性鉸出現(xiàn)的位置）、強(qiáng)剪弱彎（控制構(gòu)件的破壞形態(tài)）、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)錨固（保證節(jié)點(diǎn)區(qū)的承載力）”，對(duì)壁梁和壁柱剪力設(shè)計(jì)值進(jìn)行調(diào)整