畢業(yè)論文土木工程高層混凝土剪力墻結構設計.doc

青島農(nóng)業(yè)大學成人高等教育畢 業(yè) 論 文（設計）題 目： 高層混凝土剪力墻結構設計 姓 名： XXXXXX 學 號： XXXXXXXXXXXXX 年 級： 2008級 層 次： 專升本 專 業(yè)： 土木工程 指導教師： 青島農(nóng)業(yè)大學繼續(xù)教育學院完成時間： 2009 年 12 月 10 日摘 要 隨著國民經(jīng)濟的不斷增長，城市化步伐急速加快，基礎設施及人類居住、工作生活場所設施建設也逐步加快，對于小高層建筑的剪力墻結構給于更大的關注。本設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)劃和設計任務書的要求，對建筑的平面、立面進行合理的設計，對高層建筑的防火采取了有效的措施。選用剪力墻結構，并進行合理的結構布置。根據(jù)有關的設計規(guī)范和規(guī)定，計算結構的重力荷載代表值、風荷載、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，驗算結構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)力進行結構構件的截面設計，并采取構造措施。關鍵詞：剪力墻結構；抗側剛度；等效剛度；剛度特征值；軸壓比目 錄第1章 前言 1第2章 建筑設計 22.1 平面設計32.2豎向交通及層高32.3立面造型4第3章 結構設計 43.1結構方案及43.2基本假定及計算簡圖43.3荷載計算53.4減少溫度影響的措施5第4章 結構分析 5 4.1 建筑方案的確定對結構的影響 6 4.2 水平荷載 6 4.3截面幾何特征64.4主體結構在水平荷載作用下的協(xié)同工作74.5內(nèi)力計算及組合 84.6截面設計8致謝9 參考文獻9第1章 前言隨著市場經(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計及施工的重要性，建筑設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計，他們已不在滿足于傳統(tǒng)的建筑理念，而對于西方的建筑風格廣為借鑒，吸起精華，與中結合。本文就有關小區(qū)小高層的剪力墻進行設計調查，內(nèi)容組成等相關問題提出以下粗淺的看法。第2章 建筑設計 高層建筑是社會經(jīng)濟和科學技術發(fā)展的產(chǎn)物，它的發(fā)展與民用建筑的發(fā)展密切相關。建筑物在空中發(fā)展可以縮短道路以及各種管線設施的長度，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。2.1平面設計 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、標準層、頂層以及設備層。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)：應將各電梯規(guī)定服務區(qū)，使用服務區(qū)等。 分隔：主要通道要與電梯隔開，避免人流高峰時相互影響，同時，電梯井應避開主要通道而設在凹處。（2）豎向交通 本住宅根據(jù)規(guī)范要求每單元設置直通屋頂?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。 本住宅樓樓單元設置一部電梯，電梯的各項指標如下： 型號規(guī)格：GVF-800-C060額定負載：800kg控制系統(tǒng)：微機控制交流變頻調壓調速系統(tǒng)（三）層高確定 根據(jù)規(guī)范要求并結合實際工程需要，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。2.3 立面造型 立面設計時首先確定各部分的比例關系，考慮建筑整體的幾個主要面的統(tǒng)一，相鄰的立面之間的連續(xù)與協(xié)調，然后著重分析立面的處理，門窗的調整安排，最后對入口建筑裝飾等作進一步處理。 節(jié)奏的韻律和虛實對比，是建筑立面有表現(xiàn)力的重要設計方法。建筑立面上，相同構件或門窗作用規(guī)律的重復變化，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。 材料質感和色彩的選擇、配置是使建筑立面進一步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計，利用構架、凹凸、虛實對比等手法，豐富細部處理。第三章 結構設計3.1 結構方案及布置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)上述要求并結合規(guī)范的相關規(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構體系。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。3.2 基本假定及計算簡圖（一）基本假定平面結構假定 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，垂直于該方向的剪力墻不受力。因此在結構計算時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。對于結構體型規(guī)整、剪力墻布置對稱均勻，結構在水平荷載作用下不計扭轉的影響。 在以上基本假定的前提下，將空間剪力墻結構分解成橫向和縱向兩種平面關系：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構具有的相同的水平位移。（二）計算簡圖在水平作用下，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。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。在水平風荷載的作用下，把風荷載作用簡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行分配。3.3 荷載計算高層建筑水平力是起控制作用的荷載：包括地震作用和風荷載。本建筑高度小于40m，且質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。豎向荷載主要是恒荷載（結構自重）和活荷載（使用荷載）。結構自重可由構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。3.4 減少溫度影響的措施（1）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；（2）頂層加強保溫隔熱措施；（3）每30-40m間距留出施工后澆帶，寬帶為0.8-1m。第四章 結構分析4.1 建筑方案的確定對結構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，有時候要較大空間，較復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以使建筑獲得較大的空間，因此，本住宅樓中適當布置一些短肢剪力墻。在滿足建筑要求需要的前提下，尋找合理的結構布置方案，我認為有以下幾點影響：（1）由于房間功能分區(qū)的需要，在結構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；（2）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，從而可能會造成層間位移和頂點位移不滿足規(guī)范的相關規(guī)定；（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，使結構喪失承載能力。當然，對于有些截面高度較大的墻體，在中間的位置開洞對結構可能是有利的，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)揮結構的承載能力。4.2 水平荷載水平荷載的大小由建筑結構的布置來決定的。為了減少地震作用，可以選用較輕質的材料，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，這樣就要設置設備層包括水箱間、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），對結構的受力不利，所以在設計這些設備時只需要滿足需要即可。一旦建筑方案、選用的建筑材料、結構的布置確定，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，質量和剛度分布比較均勻，以剪切變形為主的結構的地震作用可以用底部剪力法計算，除此之外的結構需要用振型分解法計算地震作用。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。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，采取構造措施對洞口進行加強，防止結構由于局部失去承載能力而使整個結構失去承載能力，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構頂點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，對于它的設計計算按照一般框架的理論進行計算。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，壁梁和壁柱的線剛度主要與其截面的高度有較大的關系，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，兩者結合起來，壁式框架的抗側剛度就大，從而提高總壁式框架的等效剪切度。（3）連梁剛度的計算連梁剛度的計算，與計算簡圖的確定有關。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構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，此時宜將結構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，可以將結構簡化為鉸接體系，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)肢墻計算即可。（4）結構的剛度特征值結構的剛度特征值與結構的高度、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，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-剪力墻結構受力和變形的主要參數(shù)（水平荷載在結構中的分配，從總剪力墻彎矩和總剪力的計算公式中可以看出，在結構輪廓尺寸確定的情況下，僅與結構的剛度特征值有關；結構在水平荷載作用下的位移計算也僅與剪力墻的等效剛度、結構的剛度特征值、外部荷載的簡化形式有關）。4.4 主體結構在水平荷載作用下的協(xié)同工作水平荷載作用在結構中的分配，首先是根據(jù)結構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，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)力計算及組合重力荷載作用下，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。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件進行組合。在豎向荷載作用下，由于是滿布，結構的內(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整，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，對相應于壁柱內(nèi)力組合的各層壁梁內(nèi)力進行組合即可。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。4.6 截面設計壁式框架截面設計，按照一般框架截面設計理論進行設計。需根據(jù)荷載效應組合所得內(nèi)力按構件正截面抗彎、斜截面抗剪承載力要求計算構件的配筋數(shù)量?？拐鸾Y構在設防烈度下，構件進入塑性變形狀態(tài)，為了有良好的耗能能力，以及在強震下結構不倒塌，抗震結構要求設計成延展性結構，其構件應有足夠的延性。因此規(guī)范規(guī)定：在進行截面設計時，要做到“強柱弱梁（控制塑性鉸出現(xiàn)的位置）、強剪弱彎（控制構件的破壞形態(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計值進行調整