剪力墙结构毕业设计.doc

本 科 毕 业 论 文 目 录第1章 工程概况与设计条件 建筑概况于结构选型2 设计依据3 设计基本条件3 混凝土结构的环境类别3第2章 建筑设计 建筑设计部分4 套内建筑面积5 结构设计4第3章 主要结构材料 主要结构材料 6 第4章 结构计算模型 基本假定 7 计算软件与主要参数8 楼梯计算9第5章 竖向荷载 屋面及楼面活荷标准值12 屋面及楼面永久荷载标准值12 隔墙永久荷载标准值14第6章 风荷载作用下的内力 风荷载的标准值16 风载体形系数16 风压沿高度变化系数16 风振系数17 结构的风荷载及相应的内力19第7章 水平地震作用计算 抗震设计要点22 结构自振周期及振型24 水平地震作用标准值、地震剪力和地震倾覆力矩25 地震作用下结构个楼层水平位移和层间位移26第8章 结构构件计算 房间1各构件内力计算28 剪力墙的截面设计29 房间1板的计算35第9章 楼梯计算 楼梯平面布置37 梯段计算37 平台板计算40 第1章 工程概况与设计条件 一、建筑概况于结构选型武汉市某高层住宅楼，标准层层高为3m，第18层为电梯间和水箱，层高4.8m，首层室内外高差0.45m，建筑物总高度56.25m。建筑物沿x方向长度为20.4m，沿y方向上的长度为12.2m。高层就爱你住的平面布置如图1-1所示。根据建筑物的使用功能、房屋的高度与层数、场地条件、结构材料以及施工技术因素综合考虑，抗侧力结构采用现浇钢筋混凝土剪力墙体系。墙体厚度均为200mm，剪力墙的平面布置如图1-1。墙体定位均为轴线居中。楼盖结构采用现浇钢筋混凝土板，标准层楼板厚度为100mm，电梯机房及楼梯楼面楼板厚度为150mm。基础采用现浇钢筋混凝土筏型基础。建筑隔墙采用陶粒混凝土空心砌块砌筑，分户墙厚度为200mm，户内隔墙厚度为200mm，主卧卫生间隔墙以及储存室墙厚度为100mm。屋面保温材料采用硬质聚氨酯泡沫，焦渣混凝土找坡，室内建筑地面的主要做法为铺设地砖。 二、设计依据本工程依据下列现行国家标准或者行业标准进行结构设计：1 房屋建筑制图统一标准 gb/t50001-20012 总图制图标准gb/t50103-20013民用建筑设计通则jgj37-87（试行） 4建筑制图标准gb/t50104-2001 5建筑设计防火规范（1997年局部修订）gbj16-87(2001年版)6建筑结构制图标准gb/t50105-2001 7建筑结构荷载规范gb50009-20018 砌体结构设计规范gb50003-20019混凝土结构设计规范gb50010-200210 建筑地基基础设计规范gb50007-200211 建筑抗震设计规范gb50011-200812高层建筑混凝土技术规程 jgj 3-200213建筑桩基技术规范 jgj 94-9414 住宅设计规范 gb 50096-1999(2003年版) 15 高层民用建筑设计防火规范 gb50045-95(2001年版)16 建筑设计资料集 17 建筑结构构造资料集18 建筑设计常用数据手册三、设计的基本条件1、 该市建筑自然基本条件：全年主导风向：东北风最大冻土深度：0 .20m基本雪荷载：so=0.5kpa 基本风荷载：wo=0.35kpa （离地10m高处值）场地土类别：ii 类 抗震设计: 6度 设计分组为第一组2、工程地质条件： 第一层为填土层, 厚度为1.0m, 1=17kn/m2, es=6.0mpa; fk1=100kpa, 第二层为粘土层, 厚度为1.0m, 2=18kn/m2, fk2=160kpa, es=9.0mpa;第三层为砂质泥岩, 3=19kn/m2, fk3=350kpa, 未钻穿es=13.0mpa. 地下水埋深2.0m, 无侵蚀性. 单体 +0.000相对绝对标高 30.400m. 室内外高差300mm .3、 本课题为武汉市某师部住宅小区规划方案总体布局中的一栋高层住宅。4、建筑材料供应：目前本市市场上符合国家标准的建材均可。四、混凝土结构的环境类别 按照混凝土结构设计规范第3.4.1条规定，本工程混凝土结构可以根据其所处 环境定为一类。 第2章：建筑设计一、建筑设计部分：1建筑设计要求 (1) 造型美观、能体现当代青年人的特点, 使用方便、经济合理。 (2) 防火、日照、采光、通风等各项指标均应符合规范要求。 (3) 装修标准：外墙采用釉面砖，颜色及立面分格自行处理。（仅供参考） 内墙采用白色乳胶漆。（仅供参考） 厕所均做浅色瓷砖至顶。 (4) 屋面设计（不考虑上人）：屋面面层（防水层）用pvc卷材。设置保温、隔热层（楼梯间屋面可不设） (5) 楼地面：（仅供参考） 居住房间：水泥地面； 卫生间：铺浅色防滑地砖； 其它：水磨石楼地面。屋面工程不上人平屋面做法：屋面做法采用卷材柔性防水屋面做法88j1-x1工程做法。按国家标准屋面工程技术规范gb50207-94相关部分执行墙体 外墙装饰外墙采用100100面砖，基层用15厚1:3水泥砂浆分层抹平，5厚1:2水泥砂浆抹面；面砖业主自定 内墙装修内墙装修采用水泥砂浆面，做法详见88j1-x1工程做法，面层装修业主自定顶棚装修采用水泥砂浆面，做法详见88j1-x1工程做法地面采用水泥砂浆面，做法详见88j1-x1工程做法楼面采用水泥砂浆面，做法详见88j1-x1工程做法踏脚线为150高水泥砂浆面，做法详见88j1-x1工程做法卫生间采用300300防滑地砖，墙面采用150150白色面砖墙裙高1800mm，卫生间防水层，其坡度为i=1%。各房间木门采用钢制门其它内装修标准由业主确定外装修外窗采用塑铝合金白色玻璃，采用推拉窗，做法规范要求施工。落水管采用pvc白色管。根据建筑抗震设防分类标准本工程按丙类建筑进行抗震设防。住宅入户口采用防盗门。楼梯栏杆刷黑色银粉漆二道。阳台栏杆采用铁花栏杆高1150。图中未注明的门垛为240mm宽，图中未注明大样线脚，采用成品线脚。施工中应注意各工种配合，做好管道，设备安装的预留预埋，不得事后打洞凿槽。楼梯的设计也要满足高层民用建筑设计防火规范的。楼梯的宽度、平台梁的跨度也满足要求。未尽事宜应严格按国家现行有关规范施工验收。二、套内建筑面积：主卧（带卫生间）21.60 次卧一11.34次卧二11.73客厅16.38餐厅及走道17.04卫生间4.41厨房5.22阳台5.85套内建筑面积90.65公共面积（楼梯间、电梯间及过道）37.00 第3章 主要结构材料一、钢筋 本工程结构构件的纵向受力钢筋选用hrb335级和hrb400级热轧钢筋，箍筋和剪力墙分布钢筋选用hrb335级和hpb235级热轧钢筋。hpb235级钢筋应符合现行热轧国家标准钢筋混凝土用热轧光圆钢筋gb13013的要求，hrb335级和hrb400级热轧钢筋应符合现行国家标准钢筋混凝土用热轧带肋钢筋gb1499的要求，且钢筋的抗拉强度实测值于屈服强度的实测值之比不小于1.25，屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3。钢筋的强度设计值于弹性模量按照混凝土结构设计规范第4.2.3和第4.2.4条的规定采用，参见下表2-1钢筋种类符号fy(n/m)fy(n/m)es（x）hpb2342102102.1hrb3353003002.0hrb4003603602.0二、混凝土1、剪力墙的混凝土等级，1至7层剪力墙结构采用c35级混凝土，8至14层结构采用c30级混凝土，15至18层剪力墙结构采用c25级混凝土。2、梁的混凝土等级为c30.3、板的混凝土等级为c304、底层垫层混凝土等级为c15，基础构件垫层混凝土等级为c155、基础混凝土等级为c30三、焊条 1、hpb235级钢筋互焊及与hrb335级钢筋焊接时，使用e43xx焊条 2、hrb335级钢筋互焊时，使用e50xx焊条 第4章 结构计算模型一、基本假定本结构为高层剪力墙结构，采用三维空间有限元软件进行计算。无论是在竖向荷载作用下，还是在风荷载或者水平荷载作用下，均假定结构及构件处于理想弹性状态，故此可采用先弹性方法计算高层混凝土结构在正常使用极限状态和承载能力极限状态时的变形能力和内力。由于高层建筑结构的计算模型非常复杂，为了减少结构计算的自由度，在进行计算分析时，通常引入“楼板在平面内刚度无限大，在平面外刚度为零”的假定，使得每一层楼中任何构件在楼层平面内的平移和转动均可以用该层参考点的平移和转动表示，从而大大减少结构的自由度和计算量。当楼板的平面形状比较狭长或者有较大的凹入及开洞造成楼面平面内刚度有所削弱，在水平力的作用下楼板的变形不能忽视。此时，应对采用刚性楼板假定的计算结果加以修正，或者直接采用能够模拟楼板平内刚度的板壳单元进行分析。二、计算软件与主要参数本工程采用由中国建筑科学研究院pkpmcad工程部开发的多层级高层建筑结构空间有限元分析与设计软件satwe进行结构的整体力学计算。结构主要设计信息如下： 结构材料信息: 钢砼结构 混凝土容重 (kn/m3): gc = 26.00 钢材容重 (kn/m3): gs = 78.00 水平力的夹角 (rad): arf = 0.00 地下室层数: mbase= 0 竖向荷载计算信息: 按模拟施工加荷计算方式 风荷载计算信息: 计算x,y两个方向的风荷载 地震力计算信息: 计算x,y两个方向的地震力 特殊荷载计算信息: 不计算 结构类别: 短肢剪力墙结构 裙房层数: mannex= 0 转换层所在层号： mchange= 0 墙元细分最大控制长度(m) dmax= 2.00 墙元侧向节点信息: 内部节点 是否对全楼强制采用刚性楼板假定 是 采用的楼层刚度算法 层间剪力比层间位移算法 结构所在地区 全国 风荷载信息 . 修正后的基本风压 (kn/m2): wo = 0.35 地面粗糙程度: c 类 结构基本周期（秒）: t1 = 1.55 体形变化分段数: mpart= 2 各段最高层号: nsti = 17 18 各段体形系数: usi = 1.40 1.30 地震信息 . 振型组合方法(cqc耦联;srss非耦联) cqc 计算振型数: nmode= 21 地震烈度: naf = 6.00 场地类别: kd = 2 设计地震分组: 一组 特征周期 tg = 0.40 多遇地震影响系数最大值 rmax1 = 0.04 罕遇地震影响系数最大值 rmax2 = 0.50 框架的抗震等级: nf = 3 剪力墙的抗震等级: nw = 3 活荷质量折减系数: rmc = 0.50 周期折减系数: tc = 0.90 结构的阻尼比 (%): damp = 5.00 是否考虑偶然偏心: 是 是否考虑双向地震扭转效应: 是 斜交抗侧力构件方向的附加地震数 = 0 活荷载信息 . 考虑活荷不利布置的层数 不考虑 柱、墙活荷载是否折减 折算 传到基础的活荷载是否折减 折算 -柱，墙，基础活荷载折减系数- 计算截面以上的层数-折减系数 1 1.00 2-3 0.85 4-5 0.70 6-8 0.65 9-20 0.60 20 0.55 调整信息 . 中梁刚度增大系数： bk = 2.00 梁端弯矩调幅系数： bt = 0.85 梁设计弯矩增大系数： bm = 1.00 连梁刚度折减系数： blz = 0.70 梁扭矩折减系数： tb = 0.40 全楼地震力放大系数： rsf = 1.00 0.2qo 调整起始层号： kq1 = 0 0.2qo 调整终止层号： kq2 = 0 顶塔楼内力放大起算层号： ntl = 0 顶塔楼内力放大： rtl = 1.00 九度结构及一级框架梁柱超配筋系数 cpcoef91 = 1.15 是否按抗震规范5.2.5调整楼层地震力iauto525 = 1 是否调整与框支柱相连的梁内力 iregu_kzzb = 0 剪力墙加强区起算层号 lev_jlqjq = 1 强制指定的薄弱层个数 nweak = 0 配筋信息 . 梁主筋强度 (n/mm2): ib = 300 柱主筋强度 (n/mm2): ic = 300 墙主筋强度 (n/mm2): iw = 300 梁箍筋强度 (n/mm2): jb = 210 柱箍筋强度 (n/mm2): jc = 210 墙分布筋强度 (n/mm2): jwh = 210 梁箍筋最大间距 (mm): sb = 100.00 柱箍筋最大间距 (mm): sc = 100.00 墙水平分布筋最大间距 (mm): swh = 200.00 墙竖向筋分布最小配筋率 (%): rwv = 0.30 单独指定墙竖向分布筋配筋率的层数: nsw = 0 单独指定的墙竖向分布筋配筋率(%): rwv1 = 0.60 设计信息 . 结构重要性系数: rwo = 1.00 柱计算长度计算原则: 有侧移 梁柱重叠部分简化: 不作为刚域 是否考虑 p-delt 效应： 否 柱配筋计算原则: 按单偏压计算 钢构件截面净毛面积比: rn = 0.85 梁保护层厚度 (mm): bcb = 30.00 柱保护层厚度 (mm): aca = 30.00 是否按砼规范(7.3.11-3)计算砼柱计算长度系数: 否 荷载组合信息 . 恒载分项系数: cdead= 1.20 活载分项系数: clive= 1.40 风荷载分项系数: cwind= 1.40 水平地震力分项系数: cea_h= 1.30 竖向地震力分项系数: cea_v= 0.50 特殊荷载分项系数: cspy = 0.00 活荷载的组合系数: cd_l = 0.70 风荷载的组合系数: cd_w = 0.60 活荷载的重力荷载代表值系数: cea_l = 0.50 剪力墙底部加强区信息. 剪力墙底部加强区层数 iwf= 3 剪力墙底部加强区高度(m) z_strengthen= 9.45 第5章 竖向荷载一、 屋面及楼面活荷标准值 屋面及楼面均布活荷载标准值及其组合值系数、准永久值系数见下表5-1 屋面及楼面均布荷活载 表5-1 房间部位 活荷载标准值（kn/） 组合值系数c 准永久值系数屋面不上人的屋面0.50.70.0上人的屋面2.00.70.4楼面住宅2.00.70.4厨房2.00.70.5卫生间2.00.70.4走廊、门厅2.00.70.4消防疏散楼梯3.50.70.3阳台2.50.70.5电梯机房7.00.90.8二、 屋面及楼面永久荷载标准值1、 不上人的屋面防水层 0.01kn/40mm厚硬质聚氨酯泡沫保温层 0.5*0.040=0.02 kn/2%焦渣混凝土找坡，平均200mm厚 16.0*0.200=3.20 kn/100厚钢筋混凝土楼板 25.0*0.100=2.5 kn/吊顶、管道 0.40 kn/ g=6.13kn /2、 上人屋面10mm厚地砖面层 20.0*0.010=0.02 kn/撒素水泥面 0.05 kn/25mm厚水泥砂浆结合层 20.0*0.025=0.50 kn/防水层 0.10 kn/40mm厚硬质聚氨酯泡沫保温层 0.5*0.040=0.02 kn/ 2%焦渣混凝土找坡，平均200mm厚 16.0*0.200=3.2 kn/100mm厚钢筋混凝土楼板 25*0.100=2.5 kn/吊顶、管道 0.40 kn/ g=6.97 kn/3、 起居室、卧室10mm厚铺地砖面层 20.0*0.010=0.20 kn/20mm厚水泥砂浆结合层 20.0*0.020=0.40 kn/20mm厚焦渣混凝土垫层 16.0*0.020=0.32kn/100mm厚钢筋混凝土楼板 25.0*0.100=2.50 kn/20mm厚板底抹灰 20.0*0.020=0.40 kn/ g=3.82 kn/4、 厨房卫生间楼面10mm厚铺地砖面层 20*0.010=0.20 kn/20mm厚水泥砂浆结合层 20*0.020=0.40 kn/平均40mm厚细石混凝土找坡 24.0*0.040=0.96 kn/100厚钢筋混凝土楼板 25.0*0.100=2.5 kn/吊顶、管道 0.40 kn/ g=4.46 kn/5、 阳台楼面 30mm厚水泥砂浆面层压实赶光 20.0*0.030=0.60 kn/100厚钢筋混凝土楼板 25.0*0.100=2.50 kn/20mm厚板底抹灰 20.0*0.020=0.40 kn/ g=3.5 kn/6、 电梯厅、水箱间楼面20mm厚花岗岩面层 28.0*0.020=0.56 kn/30mm厚干硬性水泥砂浆结合层 20.0*0.030=0.60 kn/100mm厚混凝土楼板 25.0*0.100=2.50 kn/20mm厚板底抹灰 20.0*0.020=0.40 kn/ g=4.06 kn/7、 电梯机房及楼梯间屋面30mm厚水泥砂浆面层压实赶光 20.0*0.030=0.60 kn/20mm厚焦渣混凝土垫层 16.0*0.020=0.32 kn/150mm厚钢筋混凝土楼板 25.0*0.150=3.75 kn/20mm厚板底抹灰 20.0*0.020=0.40 kn/ g=5.07 kn/三、 隔墙永久荷载标准值1、 双面抹灰陶粒混凝土空心砌块墙体20mm厚双面抹灰 20.0*0.020*2=0.80 kn/200mm（100mm）厚陶粒混凝土空心砌块 8.0*0.200=1.6kn/ (8.0*0.100=0.80kn/) g=2.40（1.60） kn/2、 一面抹灰、一面贴瓷砖陶粒混凝土空心砌块墙体5mm厚瓷砖面层（单面） 20.0*0.005=0.10 kn/20mm厚水泥砂浆（双面） 20.0*0.020*2=0.80 kn/200mm（100mm）陶粒混凝土空心砌块 8.0*0.200=1.60 kn/ (8.0*0.100=0.8 kn/) g= 2.50(1.70) kn/ 在进行结构的整体分析计算时，将填充墙的荷载视为均布线荷载加载于梁上。剪力墙的建筑饰面、保温层材料以及抹灰等恒荷载可以通过调整混凝土材料的容重在结构自重中予以考虑。因此本工程在输入计算参数的时，混凝土容重的取值为r=26kn/ ，自动计算楼板恒载，附加荷载一般取1.5 kn/，主卧将卫生间荷载等效为均布荷载，附加荷载调整为3.0 kn/；楼梯间设置板厚为0，附加恒荷载根据前面计算调整为4.6 kn/。活荷载由规范取得，主要标准层的 四、结构各楼层荷载及质量中心、刚度中心 对于高层建筑，活荷载所占的比重很小，因此在进行节否整体计算时，可以不考虑活荷载不利布置的影响。本工程各楼层的质量中心与刚度中心在x方向上基本重合，在y方向上差别也不大。 第6章 风荷载作用下的内力1、 风荷载的标准值 在主体结构计算时，由于本结构界面突出部分比较小，可以近似看做矩形截面计算风荷载，风荷载标注值按下列公式计算： = （6-1）式中 风荷载标准值（kn/） 高度z处的风振系数 风荷载体形系数 风压沿高度变化系数 基本风压（kn/）二、风载体形系数 风荷载体形系数是至风荷载在建筑物表面上所引起的实际压力（吸力）与来流风速度压的比值。它反映了建筑物表面在稳定风压作用下静态压力的特征分布规律，主要与建筑物的外形和尺寸有关。考虑到本工程建筑物外形的不规则性，风荷载体形系数取1.4。 三、风压沿高度变化系数 本工程地面粗糙度类别为c类，结构各楼层的风压高度变化系数如下表6-1所示。 结构各楼层的风压高度变化系数 表6-1楼层号层高（m）高度（m）184.856.251.31173.0051.451.26163.0048.451.23153.0045.451.20143.0042.451.16133.0039.451.12123.0036.451.08113.0033.451.04103.0030.451.0193.0027.450.9683.0024.450.9173.0021.450.8663.0018.450.7753.0015.450.7443.0012.450.7433.009.450.7423.006.450.7413.453.450.74四、风振系数 高层建筑结构的基本自振周期较长，应考虑脉动风压对结构顺风向的影响。高层建筑结构在离室外高度z处的风振系数可按下列公式计算： =1+ （6-2）式中 脉动增大系数 脉动影响系数 振动系数1 、脉动增大系数 脉动增大系数可以根据地面粗糙系数类别、基本风压值以及结构基本自振周期，按照高规表3.2.6-1确定。结构基本自振周期由结构动力学计算确定，对于比较规则的结构，也可以采用近似公式计算。本工程结构的基本自振周期取0.66，=0.35=0.153，查表得相应的脉动增大系数为=1.28。 2、脉动影响系数脉动影响系数可根据地面粗糙类别、建筑物的高度h和建筑物迎风面的高宽比h/b，根据高规表3.2.6-2确定。本工程建筑物沿x方向20.4m，沿y方向12.2m，x和y方向上的高宽比分别为2.76和4.61，因此相应的脉动影响系数分别为0.49和0.50.由于脉动影响系数在x方向和y方向上非常接近，所以取脉动影响系数=0.50。 3、振型系数 振型系数可有结构动力学计算确定，计算式仅考虑受力方向基本振型的影响，本工程的振型系数参见表6-2 结构个楼层的风振系数表 表6-2层号高度=1+1856.251.311.001.491751.451.260.911.461648.451.230.861.451545.451.200.811.431442.451.160.751.411339.451.120.701.401236.451.080.651.391133.451.040.591.361030.451.010.541.34927.450.960.491.33824.450.910.431.30721.450.860.381.28618.450.770.331.27515.450.740.271.23412.450.740.221.1939.450.740.171.1526.450.740.111.1013.450.740.061.05五、结构的风载及相应的内力 根据基本风压、风荷载体型系数以及各楼层标高处的风压沿高度变化系数和风振系数，根据公式可以求出各楼层标高处的风荷载标准值，见下表6-3 结构各楼层标高处的风荷载标注值 表6-3层号（kn/）（kn/）180.351.31.311.490.89170.351.41.261.460.90160.351.41.231.450.87150.351.41.201.430.84140.351.41.161.410.80130.351.41.121.400.76120.351.41.081.390.74110.351.41.041.360.69100.351.41.011.340.6690.351.40.961.330.6380.351.40.911.300.5870.351.40.861.280.5460.351.40.771.270.4850.351.40.741.230.4540.351.40.741.190.4330.351.40.741.150.4220.351.40.741.100.4010.351.40.741.050.38 在进行结构整体计算时，可将风荷载作为水平集中力作用于楼层标高处。结构各楼层处由风荷载引起的水平集中力、层剪力和倾覆力矩可由下列公式计算： （6-3） （6-4） （6-5）式中 、分别为第i层结构由风荷载标准值引起的水平竞争力、层剪力和倾覆力矩； 第i层结构的风荷载标注值； 分别为第i层结构迎风面的宽度和高度 、分别为第i、j层结构至室外地面的高度 结构各楼层在风荷载标注值作+用下的水平集中力、层剪力和倾覆力矩参见下表6-4 风荷载作用标准值 表6-4层号方向方向1831.0731.1149.120.9921.0100.81734.9866.1347.354.4775.5327.11633.7299.8646.652.501