开题报告-钢筋混凝土框架—剪力墙结构设计-仅作参考

1、钢筋混凝土框架剪力墙结构设计 1 选题背景及要求 钢筋混凝土框架剪力墙结构是目前我国建筑结构的重要型式，其抗震能力 是保障人民生命财产安全的重要指标。我国是世界上地震灾害最严重的国家之 一， 如何设计好钢筋混凝土框架剪力墙结构的建筑将密切关系到人民生命财产 安全。 本次设计得建筑方案为南京地区高层办公楼宁杭大厦。通过这次的结构设 计可以使我们巩固在大学里所学过的理论力学、 材料力学 、 结构力学 、 土力学 、 混凝土结构设计原理 、 建筑结构设计 、 高层建筑结构设计 、 建筑结构抗震 、 基础工程 、 地基处理 、 建筑结构 CAD-PKPM 软件应用 等结构设计的相关内容。并可以系统的将

2、大学四年所学的知识联系在一起，做到 理论联系实际,掌握建筑工程设计的程序和方法。另外，使我们能够熟悉建筑工 程建设的各项法规与规程，了解建筑工程项目设计的基本内容和环节；熟悉多层 类型房屋的建筑和结构选型、 结构布置、 结构计算及主要结构施工图绘制全过程； 通过绘制施工图 ,编制计算书强化绘图和使用专业软件进行分析计算的基本技 能；同时了解建筑工程中多工种协调、配合的重要性，培养交流、沟通能力和团 队协作精神；从而具备工程技术人员应有的基本技能和素质。 2 课题关键问题及难点 这次设计的建筑主体 10 层， 局部 11 层， 总建筑面积约 10000 。 地处市区， 两面沿街，底层为商业用房，

3、布置广告公司与商店（超市） ，6 层及其以上供出 租。室内相对标高0.00，绝对标高5.50m，室内外相对高差0.6m。要满足 以上的要求，设计就需要充分考虑安全、经济、适用三要素，建筑设计注意与周 围环境的协调，功能区组合合理。 对本课题的研究将分为毕业实习、建筑设计、结构设计、毕业设计整理四个 方面。毕业实习阶段，收集必要的设计原始资料，做好设计前的调查研究工作， 参考同类型设计的文字及图纸资料。 学习有关的国家法规及规范。建筑设计分为 初步设计及施工图设计两个阶段，在此阶段将拟定建筑方案，确定建筑使用的材 料及做法，确定建筑的总体形状及各种尺寸，绘出平、立、剖、总平面图、详图、 写出施工

4、说明并列出门窗明细表。结构设计部分包括计算确定荷载，同时进行荷 载分析、内力计算，进行最终结构图的绘制，结构计算采用部分手算部分电算。 毕业设计整理阶段完成对给定的英文文献的翻译工作， 按学校毕业设计条例及教 研室实施细则整理毕业设计成果，做好毕业答辩准备工作。 3 文献综述 随着社会经济的繁荣，我国小高层建筑发展迅速。设计思想也在不断更新。结构体 系日趋多样化。小高层钢筋混凝土框剪结构越来越广泛应用于建筑中， 小高层钢筋混凝 土框剪结构设计有着光明的应用前景。但是我国尚未形成相应的规范，还需要进行大量 的研究工作。 3.1 小高层钢筋混凝土结构的住宅的基本结构形式 3.1.1 框架结构 框架

5、结构的特点是开间大、灵活性好、抗震性能较好，造价较低， 但由于柱截面大于隔墙厚度而造成柱角外凸，影响家具的布置和美观，有时由于住宅中 房间分隔的不规则性又造成柱网的难以布置。 3.1.2 框架一剪力墙结构 在框架结构中布置一定数量的剪力墙就组成了框架一剪力 墙结构。它是小高层住宅中应用比较广泛的一种主体结构型式。其特点是平面灵活，适 用性强，结构合理，能使框架、剪力墙两种有不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发 挥作用。 3.1.3 大开间剪力墙结构随着时代的发展和人们生活水平的提高， 原来建造的小开间 剪力墙体系住宅在建筑功能上的局限性变得日益明显。从强度方面看， 小开间结构中墙 体的作用不能

6、得到充分的发挥，并且过多的剪力墙布置还会导致较大的地震力，增加工 程费用，另外，由于结构自重较大，也增加了基础的投资，因此，大开间剪力墙应运而 生。 承重墙的开间达到 4.5m7.5m， 进深达到 7.5m1lm， 室内一般无承重的横墙和纵墙， 可以按照住户的不同要求灵活分隔，随着家庭的变化还可重新布置。 3.1.4 短肢剪力墙结构短肢剪力墙（墙肢截面高度与厚度之比为 58 的剪力墙）介 乎于异形框架柱和一般剪力墙之间，由于这种结构体系在建筑功能、结构形式、投资效 益、节能指标等多方面效果良好，己成小高层住宅的主要结构形式。 3.2 小高层住宅钢筋混凝土结构设计的要点 3.2.1 水平荷载逐渐

7、成为钢筋混凝土结构设计的控制因素 在低层住宅中，往往是以 重力为代表的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构设计 ;而在小高层住宅中，尽管竖向荷载 仍对钢筋混凝土结构设计产生着重要影响，但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建 筑来说，竖向荷载大体上是定值;而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随动 力特性的不同而有较大幅度的变化。 3.2.2 轴向变形不容忽视 对于采用框架体系或框架一剪力墙体系的小高层住宅，框 架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力， 这就使得中柱的轴向压缩变形大于边柱的 轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到很大的数值，其后果相当于 连续梁中间支座产生沉陷，使连续梁

8、中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支 座负弯矩值增大。 3.2.3 侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标 与低层住宅不同，结构侧移己成为 小高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随着房屋高度的增加，水平荷载下结构的 侧移变形迅速增大， 结构的顶点侧移一般与房屋高度H 的四次方成正比。 在设计小高层 住宅时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要有足够的抗侧移刚度，使结构在水平 荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。这是因为 :过大的侧移会使人不舒服，影响 房屋的正常使用。过大的侧移会使隔墙、围护墙以及它们的高级饰面材料出现裂缝或 损坏，也会使电梯轨道变形而导致不能正常运行。过大的侧移会因P

9、 一 效应使结构 产生附加内力，甚至因侧移与附加内力的恶性循环导致建筑物的倒塌。 3.2.4 结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标 相对于低层住宅而言，小高层住 宅更柔一些，地震作用下的变形就更大一些。为了使结构在进入塑性阶段后仍具有较强 的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延 性。 3.3 小高层住宅钢筋混凝土框剪结构设计策略 3.3.1 优化设计的方法 当前，在无成熟的优化设计分析软件的情况下，主要是应用 小高层住宅结构分析软件，采用人工分析进行调整，运用概念设计的方法对不同的结构 选型和布置不断的进行方案分析比较，以获得比较理想的结构方案，这是在结

10、构设计中 最常用的也是最简单的优选或者说是优化方法。用概念设计的方法所得的方案是较合 理、经济的，虽其费工费时、对设计人员的素质要求较高，但这种依靠设计人员经验进 行人工优化的方法仍是当前所普遍采用的主要方法。对于同一小高层住宅方案，可以有 许多不同的结构(包括基础)布置方案;确定了结构布置的小高层住宅物，即使在同种荷载 情况下也存在不同的分析方法;分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是唯一的; 小高层住宅物细部的处理更是不尽相同等等，这些问题目前计算机是无法完全解决的， 都需要设计人员自己做出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实 践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因

11、此，概念设计存在于设计师对多种备选方 案进行选择的过程中。 3.2.2 性能分析 （1）抗震性能分析 对结构体系来说足够的承载能力和变形能力是两个同时需要满足的 条件。结合概念设计的理念，对上述两种结构体系进行对比分析，电算程序可以采用中 国建筑科学研究院编制的结构空间有限元分析软件SATWE。在结构设计中，不仅要求结 构具有足够的承载能力，还要求其有适当的刚度。高层结构的使用功能和安全与其侧移 的大小密切相关，过大的侧向变形会使隔墙、维护墙及其饰面材料出现裂缝或损坏。结 构分别按考虑 5%的偶然偏心和双向地震力作用的不利情况计算出各结构体系层间位移 角，剪力墙结构小于框剪结构，但均小于规范要

12、求，且富裕量较大，说明两种结构体系 满足刚度要求。 但就使用性能方面，剪力墙结构由于墙体太多，结构自重大，导致了较大的地震作 用，混凝土和钢材用量也较高;同时也增加了基础工程的投资，而且限制了建筑上的灵 活使用。而框架一剪力墙结构的特点是平面使用灵活， 适用性强， 结构合理， 能使框架、 剪力墙两种有着不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。在水平荷载作用下， 具有较纯框架和纯剪力墙结构更为有利的水平变形曲线。 由框架构成自由灵活的使用空 间，容易满足不同建筑功能的要求;同时剪力墙具有相当大的抗侧移刚度，从而使框一 剪结构具有较好的抗震能力，也大大减少了结构的侧移。 （2）经济性比较 我们

13、通过对三种钢筋混凝土住宅结构直接费的计算，发现三种钢 筋混凝土住宅结构单位面积直接费相差不是很多， 其中短肢剪力墙结构的单位面积直接 费最大，框架一剪力墙结构的单位面积直接费最小，其中短肢剪力墙结构的单位面积直 接费比框架一剪力墙结构的单位面积直接费高出12.5%，比大开间剪力墙结构的单位面 积直接费高出 7.3%， 大开间剪力墙结构的单位面积直接费比框架一剪力墙结构的单位面 积直接费高出 4.9%。 三种钢筋混凝土住宅结构的次要项目造价基本相同。 单位面积造价 框架一剪力墙结构的最小，框架一剪力墙结构的次之，短肢剪力墙结构的稍微较大，三 种结构体系直接费最大相差不到45 元/m2 元。 3.

14、4 结语 随着我国经济的发展，人民生活水平进一步提高，用户对住宅的功能提出更高的要 求，人们希望建筑物在使用过程中具有更大的灵活性，能够适应多功能变换的需求。因 此，设计单位在拿到开发单位的设计意图后，应本着经济美观，安全适用的原则多为社 会设计出更好的产品。 4 方案论证 4.1 建筑设计 4.1.1 熟知设计依据性文件、规划要求、基础资料及任务书要求。 4.1.2 总平面设计说明从总体构思、功能分区、交通组织、环境保护、竖向设 计建筑总体与周边环境的关系进行表达；如说明使用功能布局、交通流线及出入 口安全疏散，建筑单体、群体的空间构成等特点 4.1.3 建筑首层平面图、标准层平面图、侧立面

15、图、侧立面剖面图、楼梯平面 图。主要建筑单体各主要层平面图，表达根据项目特点而定；主要建筑单体的主 要立面图，应能体现设计特点的立面；主要建筑单体的主要剖面图，剖切位置应 最能说明建筑空间关系。 4.2 结构设计 4.2.1 熟悉设计依据：如所采用的法规和标准；风压、雪荷载、地震工程地质 条件等。 4.2.2 结构设计说明分为：结构安全等级、设计使用年限和抗震设防类别；概 述结构选型，新结构新技术应重点说明；主要结构材料及特殊材料；阐述地基概 况和基础选型； 4.2.3 结构设计 （1）结构布置： 考虑建筑功能要求，正确选取计算单元，并绘制结构平面布置图（1:100 CAD 绘制） （2）截面

16、初估： 对于受弯构件，可取梁高 ，梁宽 ； （3）荷载计算： 按照“结构设计条件”给出的各项进行计算； （4）内力计算： 竖向荷载和水平荷载分别采用分层法和 D 值法计算，并绘制荷载作用下框 架的内力图（包括弯距图、剪力图与轴力图） ； （5）内力组合： 考虑各种不利、有利因素对各个控制截面进行内力组合； （6）截面设计： 进行框架梁、 柱截面及剪力墙配筋计算， 并绘制下列结构施工图;柱平面配筋 图及其大样；梁平面配筋图及其大样；剪力墙平面配筋图及其大样， 、 ；板平面配 筋图； （7）基础设计 采用柱下钢筋混凝土预制桩基础，绘制基础平面布置图。 （8）电算复核 采用 PKPM 软件计算复核。

17、 4.3 设计过程中需要注意的一些问题 4.3.1 建筑设计部分 （1）柱网的布置需要满足一定的模数。 （2）楼梯的设计计算当中，首层楼梯平台空间的净高需要满足一定的要求。 （3）楼层的平面图的设计当中，楼梯的布置需要考虑一定防火等级等的要 求。 4.3.2 结构设计部分 （1）框架梁和柱的配筋都是由手算和电算完成的，但是在设计计算的过程 当中需要进行比较调整。 （2）当裂缝宽度超限时，首先应考虑将大直径的钢筋改用小直径的钢筋验 算，如裂缝宽度仍然超限，就应增大梁的配筋和混凝土的强度等级，或加大梁的 截面尺寸，调整至满足规范的要求。 4.4 预期的研究成果 4.4.1 研究成果目标： 根据建筑物的使用功能，规模，结构，周围的环境，建筑物所在地的地质情 况，联系课本，借鉴前人的经验，独立完成可行性建筑物的设计。根据建筑物的 设计方案，进行结构设计，确定梁和柱的布置方式，根据建筑物的实际情况结合 对建筑物的楼板、梁、柱配筋，绘制各个板、梁、柱的配筋图。 4.4.2 自我学习目标： （1）对建筑结构设计全过程能够有一个大致的了解，掌握多层建筑设计的 一个总体的设计思路 （2）通过本次毕业设计，对本专业已学习过的力学、CAD 制图、钢筋混凝 土结构设计原理、建筑结构设计、房屋建筑学、基础工程等知识进行巩固； （3）熟悉和了解钢筋混凝土框剪结构设计规范，建筑抗震结