唐山市某小区5号住宅楼设计剪力墙结构 毕业设计开题报告.docx
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唐山市某小区5号住宅楼设计剪力墙结构毕业设计开题报告
题目：
唐山市某小区5号住宅楼设计（剪力墙结构）
学院：
土木建筑工程学院专业：
土木工程姓名：
毛学军学号：
06231225
文献综述：
一.剪力墙结构体系概述
结构体系是指结构抵抗外部作用构件的组成方式。
利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。
剪力墙是钢筋混凝土高层建筑中重要的基本构件，与竖向承力的框架柱相比，具有竖向高度大，平面长而厚度相对小等特点，属于混凝土构件中的“薄壁”构件。
剪力墙在承载力和平面内刚度方面都具有突出的优点，但同时由于长度较长而厚度较薄，需要考虑其剪切变形并避免平面外受力等不利状况。
当然，剪力墙结构的缺点和局限性也是很明显的：
主要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。
此外，结构自重往往也较大。
二．高层建筑剪力墙结构体系的应用与发展
在较高的高层建筑中，现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，侧向变形是弯曲型，承载力要求也容易满足。
墙体同时也作为围护及房间分隔构件。
竖向荷载由楼盖直接传到墙上，因此剪力墙的间距取决于楼板的跨度。
一般情况下，剪力墙间距为3～8m，适用于要求较小开间的建筑。
当采用大模板、滑升模板或隧道模板等先进施工方法时，施工速度很快，可节省砌筑隔断等工程量。
因此，剪力墙结构在住宅及旅馆建筑中可以得到广泛的应用。
以下两种结构是剪力墙结构体系的发展，可使其应用范围扩大。
1.底部大空间剪力墙结构
在剪力墙结构中，将底层或下部几层部分剪力墙取消，形成部分框支剪力墙以扩大使用空间。
框支剪力墙的下部为框支柱，与上部墙体刚度相差悬殊，在地震作用下将产生很大的侧向变形。
关于奥利弗医疗中心主楼的震害分析说明了完全又框支剪力墙构成的建筑在地震作用下造成的严重危害。
因此，在地震区不允许采用完全的框支剪力墙结构体系。
在底层大空间剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布置在两端或中部，并使纵向、横向墙围成筒体，在底层还要采取加大墙厚、提高混凝土强度等级等措施加大底层墙的刚度，使整个结构上下刚度差别减小。
上部则应采用开间较小的剪力墙布置方案。
因为框支剪力墙承受的剪力大部分要通过楼板传到落地剪力墙上，落地剪力墙之间的距离要加以限制，墙的距离与楼板宽度之比不超过3，抗震设计时不超过2～2.5,同时还要加强底层大空间与上部剪力墙之间的过渡层楼板的整体性和刚性，这层楼板应采用厚度较大的现浇钢筋混凝土板。
在我国，这种底层大空间剪力墙结构已经被广泛应用。
底部多层大空间的剪力墙结构也正在实践和研究中逐步发展。
2.跳层剪力墙结构
跳层剪力墙结构中，剪力墙与柱隔层交替布置。
当把多片这样的单元组合成结构时，相邻两片的剪力墙布置层互相错开，即形成跳层结构。
跳层剪力墙结构的优点是采用跨度不大的楼板，可以获得空间较大的房间，又可避免由柱形成的软弱层。
如果从单片结构看，它的侧向变形将集中在柱层，这对柱的受力十分不利。
但当相邻两片抗侧力结构的剪力墙交替布置时，便可减小柱的侧向变形，使整个结构出现基本是弯曲型的变形曲线。
跳层剪力墙结构在国内尚无建筑实例，国内在这方面的研究也较少。
它的结构设计方法、抗震设计及构造等问题都需进行进一步的研究和实践，以便取得经验。
三．剪力墙结构的研究方法
1．计算方法的发展
20世纪50年代—70年代后期，由于计算机条件所限，高层建筑结构设计基本采用人工手算。
随着剪力墙上洞口增设的多少和大小的不同，其变形和受力也呈现显著的变化，根据理论分析与实验研究的结果，对不同类别的剪力墙分别发展了适宜的手算方法。
到20世纪80年代，计算机在我国得到了很大发展，微型计算机应用进入到科研及工程设计领域，结构矩阵分析与程序设计在土木工程领域也得到了广泛应用。
其中，以杆件为单元的矩阵位移法在工程设计中的应用最为广泛，经历了协同工作分析法、空间结构分析法等多种形式。
期间还发展应用了以解析、半解析方法为基础的常微分方程求解器方法以及到最后的多单元组合的有限元方法。
使结构分析包括剪力墙结构在内的复杂受力构件的受力状态都能得到很好的求解，并形成结构分析通用程序，使工程设计人员从繁冗的手算工作中解脱出来，将经历更好地放在方案优化和概念设计上。
2.几种分析方法的介绍
剪力墙结构随着墙肢弯矩分布特点的改变和开洞大小的不同，结构内力与位移的计算方法与计算简图的选取也不同。
目前，在实际设计中已广泛采用计算机点算方法，但对于简单结构采用手算计算是对机算方法的补充，对训练和建立基本概念也是十分必要的。
除了整体墙和小开口整体墙基本上可以采用材料力学的计算公式外，其他情况大体上还有以下一些算法。
（1）连梁连续化的分析方法
此法将每一个楼层的连梁假想为分布在整个楼层高度上的一系列连续连杆，借助于连杆的位移协调条件建立关于剪力墙基本未知量的微分方程，解微分方程便可求得所需内力。
（2）壁式框架分析法
将剪力墙简化为一个等效多层框架。
由于墙肢及连系梁都较宽，在墙梁相交处形成一个刚性区域，在这区域内，墙梁的刚度为无限大。
因此，这个等效框架的杆件便成为带刚域的杆件。
（3）有限元及有线条带法
将剪力墙结构作为平面问题（或空间问题），采用网格划分为矩形或三角形单元，取节点位移作为未知量，建立各节点的平衡方程，用电子计算机求解。
（4）矩阵位移法
这是框架结构计算机计算的通用方法，也可以用来计算壁式框架。
用矩阵位移法求解，不仅可以解一个平面框架，而且可以将整个结构作为空间问题求解。
由于所作假定较少，应用范围较广，精确度也较高，已成为用计算机计算时的通用方法。
四.本次设计的目标
毕业设计是本科学习阶段的综合性教学环节，也是对学生综合素质和毕业后实际工作能力、适应社会能力影响最大的环节。
通过本次毕业设计，应该达到如下目标：
1.认识和理解剪力墙结构体系，掌握高层建筑剪力墙结构的基本概念和相关理论。
2.按照工程实际资料和相关规范要求，设计唐山市某住宅小区5号楼（剪力墙结构），从建筑设计、结构布置、结构建模、结构计算以及施工说明等环节中，初步掌握土木工程专业软件在工程实际中的具体应用，体会到土木工程专业基本理论与生产实际以及国家规范相协调一致的密切关系以及工程经验在处理具体工程问题时的重要作用。
3.为毕业后从事土木工程专业工作奠定基础。
主要参考文献：
《高层建筑结构设计和计算》；包世华、张铜生编著；清华大学出版社；2005.12
《混凝土房屋结构设计》；吕晓寅、刘林主编；清华大学出版社、北京交通大学出版社；2009.2
《建筑抗震设计规范》；GB50011-2001
《混凝土结构设计规范》；GB50010-2002
《建筑结构荷载规范》；GB50009-2001
《高层建筑混凝土结构技术规程》；JGJ3-2002
《建筑制图标准》；GBT50104-2001
《建筑结构制图标准》；GBT50105-2001
⑼《高层建筑混凝土结构设计》；原长庆主编；哈尔滨工业大学出版社；2007.9
⑽《高层建筑结构设计》；何淅淅、黄林青主编；武汉理工大学出版社；2007.6
设计方案：
一、理论基础
1.剪力墙的分类：
（1）整体墙；
（2）小开口整体墙；（3）联肢墙；（4）壁式框架；（5）框支剪力墙；（6）开有不规则大洞口的墙。
2.剪力墙的破坏形态：
以受力特点较为简单明确的悬臂剪力墙为例，在竖向荷载和风、地震等水平力作用下，悬臂剪力墙构件承受压（拉）、弯、剪等内力。
其破坏形态可以归纳为弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和滑移破坏几种形态。
3主要参数：
（1）剪跨比
在影响剪力墙破坏特征的各项因素中，剪跨比的影响最为突出。
与梁、柱构件的剪跨比定义相似，剪力墙结构的剪跨比
为墙肢平面投影长度；当
≥2时，以弯矩作用为主，容易实现弯曲破坏，延性较好；当2＞
＞1时很难避免出现剪切斜裂缝，最终破坏视设计及构造措施，可能弯曲破坏也可能剪坏，当有强剪弱弯的延性设计时，也可能实现弯剪破坏；当
≤1时，一般都出现剪切破坏，延性较差。
（2）轴压比：
轴压比（
）为墙肢截面轴向平均应力与混凝土轴心受压强度的比值，是影响剪力墙破坏形态的另一个重要因素，轴压比大时可能形成小偏压破坏，它的延性较小。
设计时除了需要限制轴压比数值外，还要在剪力墙压应力较大的边缘配置箍筋，形成约束混凝土以提高混凝土边缘的极限压应变，以改善其延性。
4.计算假定：
剪力墙结构体系建筑是由一系列纵向和横向剪力墙及楼盖组成的空间结构。
剪力墙承受竖向和水平荷载作用。
在竖向荷载作用下，各片剪力墙受力分析比较简单，但在水平荷载作用下则不同，为简化计算，作以下基本假定。
（1）楼盖在其自身平面内的抗弯刚度视为“无限大”，而在平面外的刚度很小，可忽略。
（2）各片剪力墙在其自身平面内刚度极大，而在其平面外刚度很小，可以忽略不计。
二.设计步骤
1.建筑设计
根据工程资料及设计任务，按照相关规范要求，进行建筑平面、立面、剖面的组合设计。
具体内容有：
（1）确定建筑物的位置、朝向、平面大小、立面高度、房间划分、交通联系、附属设施等整体构造。
（2）确定建筑的楼地层、楼盖、阳台、挡雨棚、墙体、楼梯、门窗、散水及排水设施等局部构造。
（3）绘制建筑设计图，包括平面图、立面图、剖面图以及必要的节点详图和门窗表。
（4）编制建筑设计说明书
2.结构设计
（1）结构选型：
确定建筑结构体系，本设计中，建筑为剪力墙结构体系。
（2）结构布置：
①高宽比限制。
钢筋混凝土高层剪力墙结构的最大适用高度及高宽比应满足水平荷载作用下的整体抗倾覆稳定性要求，并使设计经济、合理；
②结构平面布置。
平面布置应力求简单、规则、均匀、对称，尽量使水平荷载作用下的合力中心与结构刚度中心重合，减少扭转；
③结构竖向布置。
普通剪力墙结构的剪力墙布置应竖向连续，上应到顶，下要到底，中间楼层不应中断；
④剪力墙上开洞应满足相关规定。
（3）截面选择：
确定剪力墙最小厚度及混凝土强度等级
（4）结构的内力及侧移计算：
①荷载计算：
根据建筑结构方案，以及荷载规范、抗震规范进行荷载的统计计算，计算各楼层重量（包括楼面恒载、活荷载，隔墙重量等）；
②运用建研院编制的PKPM软件进行结构刚度、效应分析、杆件内力标准值的计算，基本掌握模型建立、荷载输入、参数确定、整体计算、结果分析等各重要环节；
③对构件内力标准值进行组合；
④梁、柱、墙构件的配筋计算；
⑤指定楼层楼板配筋计算；
⑥楼梯配筋计算。
（5）绘制结构施工图；结构平面布置图；现浇楼板配筋图；梁配筋图；剪力墙（柱）配筋图；主要节点详图。
（6）编制结构设计说明书。
三.设计成果
1.设计说明书部分：
（1）设计任务书；
（2）中英文摘要；
（3）建筑设计说明书；
（4）结构设计方案说明书；
（5）结构设计计算书。
2.设计图纸
（1）建筑设计平面图；
（2）建筑设计里面图；
（3）建筑设计剖面图；
（4）主要节点建筑设计详图；
（5）结构布置图；
（6）现浇楼板配筋图；
（7）梁配筋图；
（8）剪力墙配筋图；
（9）主要节点结构设计详图。
3.附件
（1）外文文献翻译；
（2）开题报告。
毕业设计（论文）进度安排：
序号
毕业设计（论文）各阶段内容
时间安排
备注
1
查阅文献、收集资料、复习相关理论
假期
2
外文翻译、撰写开题报告
第一周～第二周
3
建筑设计
第三周～第四周
4
结构设计
第五周～第八周
5
绘制结构施工图
第九周～第十周
6
编制设计说明书、计算书
第十一周
7
整理设计成果
第十二～十三周
8
毕业设计答辩
第十四周
指导教师意见:
指导教师签名：
审核日期：
年月日
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