1、目 录 摘要 1 绪论 1 1.1 设计目的 1 1.2 高层结构设计背景 1 1.3 高层建筑结构设计要求 1 1.3.1 建筑设计要求 2 1.3.2 结构设计要求 2 2 结构设计 3 2.1 结构选型及几何特征计算 3 2.1.1 结构选型 3 2.1.2 工程概况 3 2.1.3 主体结构布置 3 2.1.4 材料的选用及剪力墙尺寸的确定 3 2.1.5 剪力墙的墙面类型判别和刚度计算 3 2.2 荷载计算 16 2.21 重力荷载计算 16 2.3 水平地震作用 20 2.3.1 水平地震代表值得计算 20 2.3.2 结构的自振周期计算 22 2.3.3 水平地震作用计算 23
2、2.3.4 结构水平位移验算 24 2.3.5 水平地震代表值得计算 26 2.3.6 水平地震作用下结构内力计算 27 2.3.7 总剪力向各片墙的分配 29 2.4 竖向荷载作用下的结构内力设计值计算 29 2.4.1 实体墙 XSW-2 在竖向荷载作用下内力设计值计算 29 2.5 内力组合 32 2.5.1 剪力墙内力组合 32 2.6 剪力墙截面设计 34 2.6.1 实体墙 XSW-2 截面设计 34 3 电算部分 37 参考文献 59 致谢 60 浙江-_-水木清华苑 3#剪力墙结构住宅楼设计 摘要：近年来，随着经济建设的发展和人口的数量增加，住房建设用地日趋紧张。 新建高层建筑
3、越来越高。为了满足抗震等条件的要求，新的结构形式在不断的发展， 其中剪力墙结构就广泛用于高层住宅。因此，对高层住宅剪力墙结构的力学性能进行 研究具有重要的理论和实现意义。本设计为水木清华苑 3#楼高层剪力墙结构住宅楼结 构设计。建筑面积为 5600 平方米，地下一层，地上十二层，层高 3.0 米，总高度 39 米，一梯二户。本设计在确定剪力墙布局之后，先进行了重力荷载计算、水平地震作 用计算，然后根据结构在水平地震作用和竖向荷载作用下的内力计算进行内力组合， 选取最安全的结果计算配筋并绘图。整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规 范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个
4、环节进综合全面 的科学性考虑。 关键词：剪力墙结构；高层建筑；住宅 The design of high-rise and shear-wall structural high-rise residential buildings numbered 3 belonging to Shui mu qing hua block Abstract Abstract: With the economic development and population increasing, construction land is increasingly getting tense, and tall bui
5、lding are getting higher and higher. To meet the requirements of conditions, such as seismic, structural from has also developed continuously, on a wide range of shear wall structure for high-rise residential. To meet the requirements such as seismic conditions, the shear wall structure form on a wi
6、de range for high-rise residential building has developed continuously. Therefore ,it is significance to study the theory and practices of the mechanical properties of the tall residential shear wall structures. The design is a 12-storey residential building structural design, belonging to Shui mu q
7、ing hua block, one of the commercial housing blocks numbered 1. The area, above the ground floor, is5600 square meters, the building here takes a shear-wall structure, with a total of 12 floors above the ground and 1 floor below the ground, and 3.0 meters height a storey, and the total height is 39.
8、0m, sharing one ladder for 2 households. The design after determinating shear-wall structure layout has carried on the first level the calculating the gravity load, calculating the calculating the function of level earthquake. According to calucating the structural endogenous force of the level eart
9、hquake, the vertical load, carried on the endogenic force combination, then selected the safest result computation to match the muscle and to draw a chart. The entire structure in the design process, the strict deference related specialized standard request, the reference correlation data and the re
10、lated newest national standards standard, carries on the synthesis comprehensive scientific nature consideration to design each link. In brief, is suitable, the security, the economy, easy to operate is this design principle. Key word: Shear wall structure; tall building; residential building 1.绪论 1
11、.1 设计目的 为了巩固学生在校期间所学的基本理论和专业知识;巩固、深化、拓宽所学过的基 础课程、专业课知识、提高综合运用这些知识独立进行分析和解决实际问题的能力以 及锻炼自己画图、识图能力；解决土木建筑工程设计中各方面问题所需要的综合能力 和创新能力，达到初步了解与掌握一个建筑方案设计和结构工程的实际工作内容和设 计工作的方法与步骤；充分理解和正确掌握高层建筑结构的受力特点和内力分析计算 方法，熟悉建筑及结构设计方面相应的规范和规程，以及掌握设计和结构设计软件、 CAD、PKPM、天正的操作和使用方法；通过毕业设计全面掌握建筑设计的基础理论，较 全面的掌握建筑中高层的设计基本原理、功能组合，
12、完成一栋建筑的结构设计，绘制 建筑结构图和建筑施工图，并进行相应的机构布置。从而学习高层建筑的设计特点和 高层建筑的平面布局、了解高层建筑的防火要求及其他规范的要求。为了将来工作打 下坚实的基础。 1.2高层建筑设计背景 建筑中，结构是为建筑物提供安全可靠、经久耐用、节能节材、满足建筑功能的 一个重要组成部分，它与建筑材料、施工的工业化水平密切相关，对发展新技术、新 材料，提高机械化、自动化水平有着重要的促进作用。随着高层建筑在我国的迅速发 展，建筑高度的不断增加，建筑类型与功能愈来愈复杂，建筑的结构体系更加多样化。 在高层建筑中，结构除了承受竖向荷载，还要承受水平荷载。因此常用的结构类 型有
13、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构。其中框架结构能够获得更大的空间， 比如大型的商场，会议室等。但由于框架是由梁、柱、板构成的，相对于剪力墙来说 他的抗侧移刚度较小，受水平荷载后成剪切型变形，故层间位移相对来说就较大，不 利于结构抗震。高层建筑中剪力墙结构应用也很广泛，但是剪力墙结构也有明显的缺 点，一是剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求；二 是结构自重往往较大，造成建材用量增加，地震力增大，使上部结构和基础设计困难。 而框剪结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，将框架与剪力墙结合起来共同工 作，竖向荷载由框架和剪力墙共同承担，水平荷载由框架承受 20%-30
14、%，剪力墙承受 70%-80%。从而构成灵活自由的使用空间，以满足建筑功能的要求。 1.3高层建筑结构设计要求 1.3.1建筑设计要求 建筑设计过程中，主要运用房屋建筑学、人性化的理念以及规划方面的有关知识 及研究方法主要进行平面设计、剖面设计、立面设计，及绘制平面、剖面图。其中在 平面设计中，要根据设计要求确定建筑物的位置、朝向和房间的形状面积及位置；根 据防火要求、通风要求等确立门厅、走廊、楼梯、电梯等的位置和数量及门窗大小和 位置。在剖面图设计中，根据建筑功能确定各层层；根据采光通风的工艺要求确定部 分剖面高度及尺寸（如楼梯）。在立面设计中，根据平面、剖面设计、体型组合，进 行立面处理，
15、使建筑物各部分完整均衡，具有一定美感，同时选择装修材料进行色彩 配置。 1.3.2结构设计要求 结构设计的基本任务，是在结构的可靠与经济之间选择一种合理的平衡，力求以 最低的代价，使所建造的结构在规定的条件下和规定的使用期限内，能满足预定的安 全性、适用性和耐久性等功能要求。在框架剪力墙结构的设计过程中，应避免采用平 面、竖向或者空间不规则的结构形式，遵照“建筑设计应符合抗震概念设计，不应采 用严重不规则的设计方案”的原则；通过对结构的合理布置和精确计算，能够使我们 的建筑更加经济合理，有效地抵抗外部力量的破坏，以达到我们所要求的设计功能。 为达到这个目的，人主要采用概率设计法。 结构计算主要
16、包括结构内力计算和变形计算，其方法有很多，大都采用连梁连续 化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷 载之间关系的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答 的具体形式亦不相同。框架剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架， 采用杆系结构矩阵位移法求解。一般较常用的计算软件有 PKPM、CAD、天正等。同时要 注意“强柱弱梁”思想和抗震概念设计，进行竖向荷载、风荷载、地震作用、结构内 力组合、结构配筋的计算。 2 结构设计 2.1结构选型及几何特征计算 2.1.1工程概况 本工程位于浙江丽水市莲都区大洋路白云山脚，水木清华苑 3 号
17、住宅楼。本工程为 地下 1 层地上 12 层的高层剪力墙结构。标准层层高 3.0m，室外地坪高度-0.450m，建 筑高度为 39m。标准层建筑面积约为 468m2。 自然条件：基本风压 W0=0.30kN/m2(50 年基准期)；设计基本雪压 S0=0.45KNm2；地 面粗糙度：C 类；场地地震基本烈度：7 度；抗震设防烈度：7 度； 设计地震分组：第一组； 建筑物场地土类别：类 结构形式：钢筋混凝土剪力墙结构； 抗震等级：二级； 设计使用年限：50 年； 防火耐火等级：二级； 建筑结构的安全等级：二级； 建筑抗震设防类别：丙类； 2.1.2结构选型 本工程为一栋高层剪力墙一梯两户型住宅楼
18、，一梯两户型住宅楼具有南北通透， 明厨明卫，通风良好等诸多优点。 2.1.3主体结构的布置 该剪力墙结构布置对称，凸凹尺寸符合规范要求。结构侧向刚度沿竖向变化均匀， 无刚度突出。结构的高宽比 H/B=39/32.4=1.20=10 且 =10 且 时，为壁式框架； 当 1.4Tg=1.40.35s=0.49s n=0.08T1+0.07=0.080.876+0.07=0.140 所以 Fn= nFEK=0.1402470.7=346KN 表 2-25 各质点水平地震作用下标准值 13 2066.8 39 80605.2 122.1412 4901.7 36 176461.2 267.38 96
19、25.63 11 5784 33 190872 289.21 9544.0710 5784 30 173520 262.92 7887.66 9 5784 27 156168 236.63 6389.018 5784 24 138816 210.34 5048.11 7 5784 21 121464 184.05 3864.966 5784 18 104112 157.75 2839.56 5 5784 15 86760 131.46 1971.924 5784 12 69408 105.17 1262.03 3 5784 9 52056 78.88 709.892 5784 6 34704
20、52.58 315.51 1 5784 3 17352 26.29 78.8870592.5 1402298 49537.21 各 质 点 水 平 地 震 作 用 标 准 值 计 算 质 点 重 力 荷 载 代 表 值 G结 构 距 离 底 部 高 度 H GiHi F FH 将电梯机房的地震的作用移至主体结构顶层，并附加一弯矩 M1。 Fe=122.14KN/m2 M1=Fe*h=122.143=366.4KN.M 在按照底部弯矩相等的原则，将 F1-F15和附加弯矩 M1转化为等效倒三角形分布荷载， Fe+Fn=122.14+346=468.14KN,作用房屋顶部。 、 =31+12=12
21、 =115.5/ 图 2-10 2.3.4 结构水平位移验算 水平地震作用下任一点位移： （1）倒三角型荷载作用下： 34max1sinhicosh()1sinh()26ceqHy EI 23 （2）顶点集中荷载作用下： 3(cos)1tasineqFHEI3 表 2-26 结构在水平地震作用下位移验算 楼 层 H =Hi/36 sh ch sh ch th 倒 三 角 型 荷 载 作 用 下 Yi顶 点 集 中 荷 载 作 用 下 Yi总 位 移 y u 12 36 1.0000 5.11 82.832 82.838 82.832 82.8382 0.999927 0.01310 0.004
22、890 0.017988 0.001202 11 33 0.9167 5.11 82.832 82.838 54.105 54.1146 0.999927 0.01240 0.004389 0.016786 0.001291 10 30 0.8333 5.11 82.832 82.838 35.339 35.3531 0.999927 0.01160 0.003890 0.015495 0.001428 9 27 0.7500 5.11 82.832 82.838 23.078 23.0997 0.999927 0.01067 0.003394 0.014067 0.001581 8 24 0
23、.6667 5.11 82.832 82.838 15.066 15.0988 0.999927 0.00958 0.002901 0.012486 0.001725 7 21 0.5833 5.11 82.832 82.838 9.827 9.8775 0.999927 0.00834 0.002416 0.010761 0.001843 6 18 0.5000 5.11 82.832 82.838 6.397 6.4745 0.999927 0.00698 0.001942 0.008918 0.001914 5 15 0.4167 5.11 82.832 82.838 4.144 4.2
24、634 0.999927 0.00552 0.001485 0.007003 0.001918 4 12 0.3333 5.11 82.832 82.838 2.655 2.8371 0.999927 0.00403 0.001053 0.005085 0.001827 3 9 0.2500 5.11 82.832 82.838 1.654 1.9332 0.999927 0.00260 0.000662 0.003258 0.001601 2 6 0.1667 5.11 82.832 82.838 0.958 1.3851 0.999927 0.00133 0.000331 0.001657
25、 0.00118 1 3 0.0833 5.11 82.832 82.838 0.439 1.0920 0.999927 0.00038 0.000094 0.000477 0.000477 水平地震作用下： 满足要求。 =0.019183.0=115792.7 刚重比满足要求，可不考虑重力二阶效应的不利影响。 2.3.5.2 剪重比： 由表可知，对于本设计的房屋，要求的楼层最小地震剪力系数值为： =0.016 地震作用下底部的总剪力标准值为: =2470.7 底层的重力荷载代表值 =1=70592 剪重比为： 1 =1 =2470.770592=0.035=0.016 满足公式的要求，因此结
26、构水平地震剪力不用调整。 2.3.6水平地震作用下结构内力计算 作用在结构上的水平地震作用可以是自左向右（左震）或自右向左（右震） 。在以 下的计算中剪力墙的内力正负号规定为：弯矩以截面的右侧受拉为正，剪力以绕截面 顺时针方向旋转为正，轴力以受压为正，同时，各截面内力均采用左震 的正负号。 （1）倒三角形荷载作用下（q max=1.3115.5=150kN）22w max21sinhsinhVcoshicoqH 2max1f WVqHV2 22w max1sinhsinhi 1sinhcoMqH （2）顶点集中荷载作用下（F=1.3468.1=608.5KN）wV(coshtanhsi)F =
27、 1/ (wMtanhcossinh)FH 表 2-27 水平地震作用下总剪力墙-总框架各层内力设计值计算 楼 层 H =Hi/36 Vw（ kn） Mw（ kn.m） Vf(kn) Vw（ kn） Mw（ kn.m） Vf(kn) Vw（ kn） Mw（ kn.m） Vf(kn)12 36 1.0000 5.11 -819.774 9.92E-11 819.774 5.650775 0 602.8492 -814.123 9.92E-11 1422.623 11 33 0.9167 5.11 -450.543 -9545.44 881.7931 6.170903 22.70854 602.3
28、291 -444.372 -9522.73 1484.12210 30 0.8333 5.11 -202.323 -14428.3 1027.323 7.827037 49.59751 600.673 -194.496 -14378.7 1627.996 9 27 0.7500 5.11 -29.4186 -16131.2 1210.669 10.92406 85.61693 597.5759 -18.4945 -16045.6 1808.2458 24 0.6667 5.11 100.0001 -15551.2 1400 16.0321 137.3976 592.4679 116.0322
29、-15413.8 1992.468 7 21 0.5833 5.11 209.758 -13165.1 1571.492 24.0915 214.472 584.4085 233.8495 -12950.6 2155.9016 18 0.5000 5.11 320.0603 -9117.23 1704.94 36.58592 331.0287 571.9141 356.6462 -8786.2 2276.854 5 15 0.4167 5.11 451.2128 -3246.1 1780.037 55.81547 508.5247 552.6845 507.0283 -2737.57 2332
30、.7224 12 0.3333 5.11 627.3595 4945.531 1772.64 85.32015 779.6354 523.1799 712.6797 5725.167 2295.82 3 9 0.2500 5.11 880.9274 16382.04 1650.323 130.5315 1194.27 477.9685 1011.459 17576.31 2128.2912 6 0.1667 5.11 1258.596 32585.18 1366.404 199.7724 1828.758 408.7276 1458.368 34413.94 1775.132 1 3 0.08
31、33 5.11 1829.89 55954.19 851.3597 305.7897 2799.905 302.7103 2135.68 58754.09 1154.070.0000 5.11 2699.981 90207.45 0.0192 468.1 4286.488 140.4 3168.081 94493.94 140.4192 倒 三 角 型 荷 载 作 用 下 顶 点 集 中 荷 载 作 用 下 总 内 力 2.3.6.1总剪力向各片墙分配： 根据各片剪力墙的等效刚度与总剪力墙刚度的比值，将总剪力墙内力分配给每一片 墙，这里只计算 XSW-2 号剪力墙的等效刚度比，以计算其内力。
32、XSW-2 等效刚度比： 0.91610713.758107=0.0665 表 2-28 水平地震作用下 XSW-2 的内力设计值 总 剪 力 墙 内 力 XSW-2等 效 刚 度 比XSW-2楼 层 =Hi/36 Vw（ kn） Mw（ kn.m） Vw（ kn） Mw（ kn.m） 12 0.333333 -814.123 9.92E-11 0.06658 -54.2043 011 0.305556 -444.372 -9522.73 0.06658 -29.5863 -634.023 10 0.277778 -194.496 -14378.7 0.06658 -12.9495 -957.
33、3379 0.25 -18.4945 -16045.6 0.06658 -1.23136 -1068.32 8 0.222222 116.0322 -15413.8 0.06658 7.725426 -1026.257 0.194444 233.8495 -12950.6 0.06658 15.5697 -862.251 6 0.166667 356.6462 -8786.2 0.06658 23.74551 -584.9855 0.138889 507.0283 -2737.57 0.06658 33.75795 -182.268 4 0.111111 712.6797 5725.167 0
34、.06658 47.45021 381.18163 0.083333 1011.459 17576.31 0.06658 67.34293 1170.231 2 0.055556 1458.368 34413.94 0.06658 97.09816 2291.281 0.027778 2135.68 58754.09 0.06658 142.1936 3911.847 0 3168.081 94493.94 0.06658 210.9308 6291.407 2.4竖向荷载作用下结构内力设计值计算 竖向荷载包括竖向恒载和竖向活载，在竖向荷载作用下可以近似的认为各片剪力 墙只受轴力，且规定受压为
35、正，其弯矩和剪力为零。各片剪力墙承受的轴力由墙体自 重和楼板传来的荷载两部分组成，其中楼板传来的荷载可以近似按其受荷载面积计算， 不考虑结构的连续性进行分配计算。在计算墙肢轴力时，以洞口的中线为荷载分界线。 2.4.1实体墙 XSW-2在竖向荷载作用下内力设计值计算 1 恒载： 屋面：4.613.6=16.596KN/m 楼面： 将卫生间隔墙转化成楼面均布荷载 3.932.46.93.6=1.13/ （4.46+1.13） 1.8+3.821.8=16.94KN/m 墙自重：5.5043=16.512KN/m 2 活载 屋面活载 0.53.6=1.8KN/m 雪荷载 0.453.6=1.62K
36、N/m 楼面 2.03.6=7.2.KN/m （2）内力计算 表 2-29 为非地震时，分别在 Gk，1.4Q k 作用下墙体的轴力计算，表 2-30 为地震时 在 1.2Ge 作用下墙体的轴力计算。 表 2-29 实体墙 XSW-2 非地震时，分别在 Gk 1.4Qk作用下墙体轴力计算 楼 （ 屋 ） 面 恒 荷 墙 自 重 （ kN） N（ KN） 1.4楼 屋 面 活 荷 N（ KN） 顶 37.33 37.33低 59.4 96.73 顶 38.16 134.89低 59.4 194.29 顶 38.16 232.45低 59.4 291.85 顶 38.16 330.01低 59.4
37、 389.41 顶 38.16 427.57低 59.4 486.97 顶 38.16 525.13低 59.4 584.53 顶 38.16 622.69低 59.4 682.09 顶 38.16 720.25低 59.4 779.65 顶 38.16 817.81低 59.4 877.21 顶 38.16 915.37低 59.4 974.77 顶 38.16 1012.9低 59.4 1072.3 顶 38.16 1110.5低 59.4 1169.9 2 22.68 237.58 1 22.68 260.26 4 22.68 192.22 3 22.68 214.9 6 22.68 1
38、46.86 5 22.68 169.54 8 22.68 101.5 7 22.68 124.18 10 22.68 56.14 9 22.68 78.82 实 体 墙 XSW-2非 地 震 时 ， 分 别 在 Gk 1.4Qk作 用 下 墙 体 的 轴 力 计 算楼 层 12 10.78 10.78 11 22.68 33.46 表 2-30 实体墙 XSW-2 地震时，在 1.2GE作用下墙体轴力计算 1.2楼 （ 屋 ） 面 恒 荷 1.2墙 自 重 （ kN）1.2（ 0.5*活 荷 ） kNN（ kN） 顶 44.8 3.85 48.65低 71.28 119.93 顶 45.792
39、 8.1 173.822低 71.28 245.102 顶 45.792 8.1 298.994低 71.28 370.274 顶 45.792 8.1 424.166低 71.28 495.446 顶 45.792 8.1 549.338低 71.28 620.618 顶 45.792 8.1 674.51低 71.28 745.79 顶 45.792 8.1 799.682低 71.28 870.962 顶 45.792 8.1 924.854低 71.28 996.134 顶 45.792 8.1 1050.026低 71.28 1121.306 顶 45.792 8.1 1175.198低 71.28 1246.478
