土木工程?？粕厴I(yè)論文(設(shè)計)

1、?？粕厴I(yè)論文（設(shè)計） 中文題目：十二層框架剪力墻結(jié)構(gòu)高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué)生姓名： 專業(yè)： 層次年級： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 職稱： 學(xué)習(xí)中心： 成績： 年 月 日吉林大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育2012屆專科生畢業(yè)論文（設(shè)計）摘 要在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計雙重抗側(cè)力體系可以實現(xiàn)多道設(shè)防，是安全可靠的抗震結(jié)構(gòu)體系。本文以某十二層框架剪力墻結(jié)構(gòu)高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，全面闡述了高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)雙重抗側(cè)力體系的受力和變形性能，從抗震概念設(shè)計和抗震性能設(shè)計的角度，提出了延性設(shè)計、超靜定結(jié)構(gòu)和可以實現(xiàn)多道設(shè)防的結(jié)構(gòu)，是抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求，論述了框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻布置的原則和抗震構(gòu)造要求，并從安全和經(jīng)濟角度，提出

2、了在框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，一般宜滿足規(guī)范要求的底層框架部分承受的地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的10%50%。關(guān) 鍵 詞：抗震設(shè)計 框架 剪力墻 框架剪力墻 概念設(shè)計 傾覆力矩 目 錄前 言 1第一章 工程概況 2第二章 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計2 2.1樓面和屋面荷載等2 2.2主體結(jié)構(gòu)設(shè)計3第三章 基礎(chǔ)設(shè)計8結(jié) 語8致 謝11前 言高層建筑鋼筋混凝土基本結(jié)構(gòu)體系一般包括框架結(jié)構(gòu)體系、框架-剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)體系等?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系是沿房屋的縱向和橫向，由梁柱構(gòu)件通過抗彎節(jié)點連接而成，既承受豎向荷載，也承受水平荷載的結(jié)構(gòu)體系。框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度主要取決于

3、梁柱節(jié)點的抗彎能力和柱子的軸向剛度，在水平力作用下，框架下部的梁柱彎矩大，層間變形也大，愈到上部層間變形愈小，框架結(jié)構(gòu)變形曲線為剪切型，樓層越高，水平位移增長越慢?？蚣芙Y(jié)構(gòu)可通過合理的設(shè)計，使之具有良好的抗震性能，但由于高層框架側(cè)向剛度較小，結(jié)構(gòu)頂點位移和層間相對位移較大，使得非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如填充墻、建筑裝飾、管道設(shè)備等）在地震時破壞嚴重，這是它的主要缺點，也是限制框架高度的主要原因之一；剪力墻結(jié)構(gòu)體系是利用建筑物鋼筋混凝土墻體承受豎向和水平荷載，并作為建筑物的圍護和房間分隔構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系，剪力墻在其自身平面內(nèi)的剛度大、強度高、整體性好，在水平荷載作用下，側(cè)向變形小，抗震性能較強，在水平力作用下

4、，變形曲線為彎曲型，樓層越高，水平位移增長越快。由于剪力墻結(jié)構(gòu)的墻間距不能太大，平面布置不夠靈活，難以滿足公共建筑的使用要求；此外剪力墻結(jié)構(gòu)的自重也比較大，為滿足要求，將底部一層或幾層部分剪力墻取消，用框架代替，形成框支剪力墻結(jié)構(gòu)，而這種結(jié)構(gòu)體系，由于底層柱的剛度小，上部剪力墻的剛度大，形成上下剛度突變，在地震作用下，底層柱會產(chǎn)生很大的內(nèi)力塑性變形，使結(jié)構(gòu)破壞嚴重；而框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是由框架和剪力墻這兩種受力和變形性能不同的超靜定抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系形成的新的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，通過梁、樓板等水平構(gòu)件的協(xié)同工作，共同抵抗水平荷載，在地震作用下，當(dāng)其中一部分有損傷時，另一部分有足夠的剛度和承載力能夠承

5、受較多的地震作用，在兩部分之間會發(fā)生內(nèi)力重分布，其水平位移呈S形的彎剪型曲線變形。在抗震結(jié)構(gòu)中，設(shè)計雙重抗側(cè)力體系，是實現(xiàn)多道設(shè)防，安全可靠的結(jié)構(gòu)體系，其集合了框架和剪力墻兩種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，在地震、風(fēng)等水平力作用下，框架承受的水平剪力減少及沿高度方向比較均勻，框架各層的梁柱彎矩降低，沿高度方向各層梁柱彎矩的差距減少，在數(shù)值上趨于接近，其結(jié)構(gòu)受力合理，建筑造價較經(jīng)濟，同時房間布置比較靈活自由，能夠滿足多種建筑功能的要求，構(gòu)成靈活自由的使用空間，因此在高層公共建筑中，深受業(yè)主和設(shè)計人員的喜愛。第一章 工程概況本工程為高層辦公樓，建筑面積12800 m²，其中地下室面積820 m

6、78;，建筑總高度48.50 m，室內(nèi)外高差0.5m，地下室埋深4.5 m，地下一層為設(shè)備用房及機動車車庫，地上十二層，層高均為4.0m，各層均為標(biāo)準辦公用房，標(biāo)準柱距8.4m。頂層由于業(yè)主要求有一個大空間會議室，因此取消一根柱，形成16.8m×16.8m較大空間會議室。該建筑結(jié)構(gòu)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計地震分組為第一組，抗震設(shè)防類別為標(biāo)準設(shè)防類(簡稱C類)，結(jié)構(gòu)安全等級為二級。在多遇地震下，水平地震影響系數(shù)最大值為0.08，建筑場地類別為類，建筑場地特征周期為0.45秒，基本風(fēng)壓值為0.4 kN/m²，經(jīng)技術(shù)和經(jīng)濟比較分

7、析，采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，樓板、屋面均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?？蚣芸拐鸬燃墳槿?，剪力墻抗震等級為二級。第二章 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1樓面和屋面荷載等樓面恒荷載（不包括板自重）為1.5KN/m2,屋面恒荷載（不包括板自重）為3.5KN/m2,樓面活荷載根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）（2006年版）取值，見表2-1.結(jié)構(gòu)內(nèi)部房間采用輕鋼龍骨輕質(zhì)隔斷隔開，可按均布活荷載附加在樓板上，由于各層房間一般為辦公室，內(nèi)隔墻較少，根據(jù)現(xiàn)行荷載規(guī)范，可取1.0KN/m2。 樓面活荷載標(biāo)準值（KN/m2） 表2-1樓面功能荷載標(biāo)準值樓面功能荷載標(biāo)準值樓面功能荷載標(biāo)準值辦公2.0電梯機

8、房7.0上人屋面2.0小會議2.0配電間10.0不上人屋面0.5衛(wèi)生間2.5消防樓梯3.5設(shè)備間4.02.2主體結(jié)構(gòu)設(shè)計本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計遵循安全適用、經(jīng)濟合理的原則，注重抗震概念設(shè)計和抗震性能設(shè)計，同時亦重視非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計和混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計。根據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）表3.3.1-1之A級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度，抗震設(shè)防烈度為7度時，框架結(jié)構(gòu)可達到50m，本工程建筑總高度為48.50m，可采用框架結(jié)構(gòu)體系。該工程柱網(wǎng)為雙向8.4m，經(jīng)計算高層框架側(cè)向剛度較小，結(jié)構(gòu)頂點位移和層間位移較大，很難滿足框架結(jié)構(gòu)彈性位移角規(guī)范要求，為滿足要求，只有加大柱截面

9、尺寸。由于柱截面尺寸太大，既不經(jīng)濟，又影響使用，后來增加一些雙向剪力墻，主要靠剪力墻承受大部分水平荷載，柱截面尺寸可大大降低。因此最終選用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。該工程框架抗震等級為三級，剪力墻抗震等級為二級。建筑設(shè)計時，結(jié)構(gòu)專業(yè)密切配合，重視平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性對抗震性能及經(jīng)濟性的影響，選擇規(guī)則的形體，其抗側(cè)力的構(gòu)件平面布置基本規(guī)則，側(cè)向剛度沿豎向變化均勻，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度自下而上逐漸減小，避免側(cè)向剛度和承載力突變。根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010）和高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）有關(guān)要求，該工程框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻布置盡量符合以下

10、原則： 1.剪力墻布置與建筑使用要求相結(jié)合，既不影響使用，又能滿足結(jié)構(gòu)要求，剪力墻均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化較大的部位，剪力墻間距不宜過大，并應(yīng)符合規(guī)范要求；2.縱橫剪力墻宜組成L型、T型、等形式； 3.剪力墻宜貫通建筑物全高，避免剛度突變，剪力墻開洞時，洞口基本上下對齊，大小相同；4.剪力墻布置時，盡量對稱，基本使X、Y兩向剛度接近，以減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。本工程剪力墻數(shù)量的設(shè)置時，進行了多方案比較分析。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）8.1.3明確規(guī)定，抗震設(shè)計的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)在規(guī)定的水平力作用下結(jié)構(gòu)底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)

11、總地震傾覆力矩之比的比值，確定相應(yīng)的設(shè)計方法，當(dāng)框架部分承受的地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的10%時，按剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，其中的框架部分按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的框架進行設(shè)計；當(dāng)框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的10%但不大于50%時，按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計；當(dāng)框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%但不大于80%時，按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，框架部分的抗震等級和軸壓比限值宜按框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用；當(dāng)框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的80%時，按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，其最大適用高度可比框架結(jié)構(gòu)適當(dāng)增加，框架部分的抗震等級和軸壓比限值應(yīng)

12、按框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用.有關(guān)資料表明，在地震力作用下，側(cè)向剛度與剪力墻抗彎剛度并不成反比關(guān)系，在其他條件不變的情況下，剪力墻抗彎剛度增加一倍，頂點位移與建筑物總高度的比值僅減少15%左右，因此過多增加剪力墻的數(shù)量是不經(jīng)濟的，在本工程設(shè)計中，以滿足位移限制等總體指標(biāo)作為控制剪力墻數(shù)量的標(biāo)準。當(dāng)剪力墻的數(shù)量較少時，雖然位移等指標(biāo)能夠滿足規(guī)范要求，但在中震或大震作用下，較易破壞，抗震性能較差，也是不適應(yīng)的。因此，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）中，按振型分解反應(yīng)譜法計算地震時，0.2V0調(diào)整可在振型組合以后，并滿足高規(guī)關(guān)于樓層最小地震剪力系數(shù)的前提下進行的。因此，一般高層建筑剪力墻數(shù)量

13、和位置確定時，盡量滿足在規(guī)定的水平力作用下，結(jié)構(gòu)底層框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的10%但不大于50%為好，這樣最為經(jīng)濟。最終確定的剪力墻布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，經(jīng)計算分析，框架部分承受的地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的45%左右，較好滿足規(guī)范要求。本工程縱橫向柱網(wǎng)尺寸一般為8.4m，在每跨中間設(shè)雙向井字梁作為次梁，這樣X、Y兩向框架梁受力均勻，中間框架梁截面350×750，井字梁截面250×550，框架梁、柱中心線重合。對于邊梁，由于建筑造型要求，邊梁偏于柱的外側(cè)，其梁柱中心線不能重合，在計算時考慮偏心對梁柱節(jié)點核心區(qū)受力和構(gòu)造的不力影響，以及梁的荷載對

14、柱子的偏心影響，當(dāng)不能滿足梁柱偏心距小于柱截面在該方向?qū)挾鹊?/4時，采用增設(shè)梁端水平加腋等措施，設(shè)置水平加腋后，仍需考慮梁柱偏心不利影響。樓板均采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，標(biāo)準層樓板厚度取100mm，屋面考慮抵抗溫度應(yīng)力不利影響，屋面樓板厚度取120mm，并雙層雙向配筋，首層樓板作為上部結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)和地基協(xié)同工作連接構(gòu)件，在構(gòu)造上適當(dāng)加強，首層樓板厚度取160mm，滿足最小配筋率要求，并雙層雙向配筋。梁板混凝土強度等級除首層為C35外，其余均采用C30。頂層取消一根柱后的大空間會議室16.8m×16.8m，如采用普通主次梁方案，橫跨會議室上方框架梁需1.5m高，影響會議室空間高度，為

15、此進行了空心現(xiàn)澆平板方案和加密正放井字梁方案比較分析，頂層大會議室正放井字梁兩個方向的梁并非主次關(guān)系，采用變形協(xié)調(diào)計算，采用2.4m間隔布置井字梁，井字梁截面需900mm高，經(jīng)試算，空心現(xiàn)澆平板厚度需700mm,雖然井字梁方案表面上凈空多占用200mm，但室內(nèi)懸掛空調(diào)機可放置在井字梁井格內(nèi)，不需另外占用結(jié)構(gòu)高度，反而節(jié)省公用管線和設(shè)備占用高度200mm左右，同時井字梁方案比空心現(xiàn)澆平板方案經(jīng)濟性能更好，綜合比較，最后選用加密正放井字梁方案。墻柱混凝土強度等級首層以下為C40，一四層為C35，其余為C30，剪力墻厚度地下室為300mm，一五層為250mm，其余樓層均為220mm，剪力墻、柱截面變

16、化錯開，并與墻柱混凝土強度等級變化錯開，整個結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度和承載力突化均勻，避免出現(xiàn)薄弱層。主體結(jié)構(gòu)采用中國建筑科學(xué)研究院多高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與設(shè)計軟件SATWE(墻元模型)進行分析計算，主要計算結(jié)果見表2-2，位移指標(biāo)見表2-3 結(jié)構(gòu)計算振型周期表（s） 表2-2振型周期平動分量（X+Y）扭轉(zhuǎn)系數(shù)10.9160.96（0.95+0.01）0.0420.9160.98（0.02+0.96）0.0230.7120.05（0.02+0.03）0.9540.5250.87（0.85+0.02）0.1350.5180.86（0.01+0.85）0.1460.3860.07（0.04+0.03）0.93

17、 結(jié)構(gòu)計算位移指標(biāo) 表2-3彈性變形地震作用風(fēng)載作用X向Y向X向Y向最大層間位移1/10461/10731/21011/2092計算中考慮風(fēng)和地震作用影響，主要參數(shù)取值：結(jié)構(gòu)阻尼比取5%，剪力墻連梁剛度折減系數(shù)取0.60，由于采用現(xiàn)澆整體式樓蓋，梁的剛度可考慮翼緣的增大影響，樓面剛度增大系數(shù)對邊梁取1.3，對中梁，取2.0，框架梁梁端負彎矩調(diào)整系數(shù)取0.85。高層建筑結(jié)構(gòu)整體計算分析時，只考慮了主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件（梁、柱、剪力墻等）的剛度，沒有考慮非承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度，因而計算的自振周期較實際的偏長，按這一周期計算的地震力偏小，為此，應(yīng)考慮非承重墻體的剛度影響，對計算的自振周期予以折減?！案咭?guī)”給出

18、的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)折減系數(shù)為0.70.8，不同的折減系數(shù)對整體位移和計算內(nèi)力有一定的影響，因此，應(yīng)根據(jù)不同的填充墻體種類和與柱連接方式，合理取值，這對工程造價也有不小的影響。本工程周期折減系數(shù)取0.80.根據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的第3.4.5規(guī)定，“結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響。在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍；結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及本規(guī)程第10章所指的復(fù)

19、雜高層建筑不應(yīng)大于0.85?！睆谋竟こ逃嬎憬Y(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)主振型以平動為主，扭轉(zhuǎn)周期與第一振型平動周期之比為0.777，扭轉(zhuǎn)周期與第二振型平動周期之比為0.784，滿足規(guī)范不大于0.90的要求，樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移與該樓層平均值之比均小于1.10；X、Y向有效質(zhì)量系數(shù)分別為99.6%和98.7%，整體計算各指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。根據(jù)結(jié)構(gòu)周期經(jīng)驗公式驗算出此模型的周期基本符合要求，而從振型參與系數(shù)可以看出第一、二、四、五周期基本上為平動周期，其中第一、四周期為X向平動周期，第二、五周期為Y向的平動周期。第三、六周期平動成分較小，扭轉(zhuǎn)成分較大。從這一結(jié)果可以看出本工程整體剛度和抗扭

20、轉(zhuǎn)性能較好，結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟合理。 本工程柱軸壓比 一般在0.85以下，在重力荷載代表值作用下，剪力墻墻肢的軸壓比均小于0.6，滿足國家現(xiàn)行規(guī)范對三級框架柱和二級剪力墻墻肢軸壓比要求。柱設(shè)計時，柱箍筋設(shè)置加密區(qū)，加密區(qū)范圍滿足以下要求： 1. 底層柱的上端和其它層柱的兩端，取矩形柱截面長邊尺寸、柱凈高1/6和500mm三者之最大值范圍； 2. 底層柱柱根以上1/3柱凈高范圍； 3. 底層柱剛性地面上下500mm的范圍； 4. 剪跨比不大于2的柱和因填充墻等形成的柱凈高與截面高度之比不大于4的柱全高范圍； 5. 一、二級框架角柱的全高范圍。剪力墻設(shè)置底部加強區(qū)：底部加強區(qū)取下部兩層和墻體總高度的1/

21、10二者的較大值，本工程取下部兩層，并延伸至地下室底板嵌固處。由于在重力荷載代表值作用下，剪力墻墻肢的軸壓比均大于0.3，因此在剪力墻底部加強區(qū)及相鄰的上一層即三層以下位置設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，其余部分設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。約束邊緣構(gòu)件構(gòu)造滿足建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010）和高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）相關(guān)要求。第三章 基礎(chǔ)設(shè)計擬建工程場地位于沖積平原，場地開闊、平坦，無滑坡、崩坍、地面坍陷等不良地質(zhì)作用。擬建場地覆蓋層厚度大于50m，屬類建筑場地，據(jù)勘察報告揭示，擬建場地表層為人工填土，以下為一般沉積的粉砂、粉土和粉質(zhì)粘土。在勘察深度范圍內(nèi)，擬建場地土層可分為九大工程地質(zhì)層，其中第層粉土夾粉砂：黃色，中密，很濕。粉砂灰色，中密密實，飽和，中壓縮