1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
文献综述
一、工程概况和设计基本资料
本毕业设计题目为实际工程应用课题，位于淮安市，该工程为钢筋混凝土框架剪力墙结构体系。房屋总高39.6米，共11层，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组。工程场地无液化土层，属于Ⅱ类场地土。基本风压：0.35kN/m2，基本雪压：0.40kN/m2。本工程场地较平坦，根据地质钻探，该场地土质较均匀。地下水位较高，在天然地面以下1.5~2.0米处，无侵蚀性。
二、框-剪结构的特点
1.概念
框架-剪力墙结构，俗称为框剪结构。主要结构是框架，由梁柱构成，小部分是剪力墙。墙体全部采用填充墙体，由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件。适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。
高层建筑结构特点： （1）水平力是设计主要因素。在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因此建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，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，其数值是随结构动力性的不同而有较大变化。 （2）轴向变形不容忽视。采用框架体系和框架-剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩应变大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减少，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
（3）侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比。
另外，高层建筑随高度的增加、轻质高强材料的应用、新建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度内，否则会产生一下情况：
1).因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。
2).使居住人员感到不适或惊慌。
3).使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。
4).使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。
（4）抗震设计要求更高。有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。
（5）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要。高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意味着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。
地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。
2.受力情况
由于剪力墙水平刚度大，剪力墙将承受大部分水平荷载，一般能承担80%-90%的荷载，是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承担竖向荷载，提供了较大的使用空间，同时也承担少部分水平力。
框架本身在水平荷载作用下呈剪切变形，而剪力墙则呈弯曲变形。当两者通过楼板协同工作，共同抵抗水平荷载时，变形必须协调，如图1-1所示，侧向变形将呈弯剪形。其上下各层层间变形趋于均匀，并减小了顶点侧移。同时，框架各层层剪力趋于均匀，各层梁柱截面尺寸和配筋也趋于均匀。
纯框架结构变形纯剪力墙结构变形
框剪结构变形框剪结构相互作用情况
图1-1
三、剪力墙设置原则
1.框-剪结构应设计成双向抗侧力体系，主体结构构件之间不宜采用铰接。抗震设计时，两主轴方向均应布置剪力墙。梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合，框架的梁与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4。
2.框-剪结构中剪力墙的布置一般按照均匀、对称、分散、周边的原则布置：
a)剪力墙宜均匀对称地布置在建筑物的周边附近、楼电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位；在伸缩缝、沉降缝、防震缝两侧不宜同时设置剪力墙。
b)平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。
c)剪力墙布置时，如因建筑使用需要，纵向或横向一个方向无法设置剪力墙时，该方向可采用壁式框架或支撑等抗侧力构件，但是，两方向在水平力作用下的位移值应接近。壁式框架的抗震等级应按剪力墙的抗震等级考虑。
d)剪力墙的布置宜分布均匀，单片墙的刚度宜接近，长度较长的剪力墙宜设置洞口和连梁形成双肢墙或多肢墙，单肢墙或多肢墙的墙肢长度不宜大于8m。每段剪力墙底部承担水平力产生的剪力不宜超过结构底部总剪力的40%。
e)纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内。房屋纵向长度较长时，不宜集中在两端布置纵向剪力墙，否则在平面中适当部位应设置施工后浇带以减少混凝土硬化过程中的收缩应力影响，同时应加强屋面保温以减少温度变化产生的影响。
f)楼梯间、竖井等造成连续楼层开洞时，宜在洞边设置剪力墙，且尽量与靠近的抗侧力结构结合，不宜孤立地布置在单片抗侧力结构或柱网以外的中间部分。
g)剪力墙间距不宜过大，应满足楼盖平面刚度的要求，否则应考虑楼盖平面变形的影响。
3.框架―剪力墙结构中的剪力墙，宜设计成周边有梁柱(或暗梁柱)的带边框剪力墙。纵横向相邻剪力墙宜连接在一起形成L形、T形及口形等，以增大剪力墙的刚度和抗扭能力。
4.在长矩形平面或平面有一项较长的建筑中，其剪力墙的布置宜符合下列要求：
a)横向剪力墙沿长方向的间距宜满足规范的要求，当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时，剪力墙的间距应予减小。
b)纵向剪力墙不宜集中布置在两尽端。
5.剪力墙宜贯通建筑物全高，沿高度墙的厚度宜逐渐减薄，避免刚度突变。当剪力墙不能全部贯通时，相邻楼层刚度的减弱不宜大于30%，在刚度突变的楼层板应按转换层楼板的要求加强构造措施。
6.剪力墙数量的确定
框剪结构中剪力墙布置得过少，可能会因此产生过大的层间位移而不满足使用要求。而剪力墙布置过多，刚度过大，则结构自振周期相应减小，地震荷载相应增大，经济上造成不必要的浪费。所以，剪力墙的数量是直接影响结构安全性、合理性及经济性的切实问题。
在初步设计阶段，简洁准确地确定框剪结构中剪力墙最优数量，可避免重复、繁琐调整结构刚度。
a).剪力墙数量的经验数据
根据工程的抗震经验，以及对震害的调整分析，日本有学者提出了一些剪力墙相关数值指标，用于描述剪力墙的合理数量（见表1）。
在中国，也有学者根据一些合理的工程设计，总结经验，提出构件截面面积与楼面面积比值的合理范围，详见（表2）。
表1剪力墙数量判断指标
指标名称 | 计算公式 | 指标要求 |
壁率 | Β=L/A | β≥150mm/ |
平均压应力 | σ＝G/(Ac Aw) | σ＜1.2Mpa |
剪力墙截面率 | γ＝Aw/A | γ＞3000~5000mm/m |
表2底层结构构件截面与楼面面积比
设计条件 | （Aw/Ac)/A | Aw/A |
7度、Ⅱ类土 | 3%~5% | 2%~3% |
8度、Ⅲ类土 | 4%~6% | 3%~4% |
经验数据的方法是根据实际工程经验而来，比较粗糙，但简单易算，可用于结构方案阶段快速判断剪力墙数量，并对初步设计阶段有一定的参考价值。
b).基于底部剪力法的估算方法。在结构高度较低时（一般小于40m)，从框架-剪力墙结构协同工作的连续化分析原理出发，建立水平荷载作用下框剪结构共同作用的平衡微分方程，获得框剪结构最大层间位移的简化计算公式。根据满足位移角限值的前提下，求解使地震作用最小的剪力墙数量。其中不少学者提出了是否考虑剪力墙剪切变形的情况。当结构平立面规则时，该种方法对于超过40m结构也同样适用。
四、框-剪结构计算分析方法
1、计算简图与连接方式
框架剪力墙结构的计算简图分：刚结方案和铰结方案。首先根据剪力墙的布置及是否考虑连梁的约束作用确定计算方案，若不考虑连梁的约束作用，则选用铰结方案；若考虑连梁的约束作用，则选用刚结方案。然后，将结构内的各榀框架，各片剪力墙及连梁形成总框架、总剪力墙和总连梁(若为刚结方案)。
剪力墙与框架之间的链接方式有两大类：
第一种：框架与剪力墙是通过楼板的作用连接在一起的。刚性楼板保证了有水平作用时，同一楼层标高处剪力墙与框架的水平位移是相同的。另外，楼板平面外刚度为零它对各平面抗侧力结构不产生约束弯矩。刚性楼盖将剪力墙与框架连接在一起，同一楼层标高处有相同的水平位移。这种连接方式称为框架剪力墙铰接体系。
第二种：将连梁与楼盖链杆的作用综合为总连杆。剪力墙与总连杆用刚接表示剪力墙平面内的连梁对墙的转动约束，即能起到连梁的作用；框架与总连杆间用铰接，表示楼盖链杆的作用。这种连接方式被称为框架剪力墙刚接体系。
刚接体系和铰接体系的根本区别在于连梁对剪力墙墙肢有无约束作用。
2、在进行结构内力及位移计算前，先作如下基本假定：
（1）楼板在平面内刚度无限大，平面外刚度为零。
（2）结构在水平力作用下不计扭转，即外力合力作用线通过结构抗侧移刚度中心。如不重合，可先计算平移运动，再按纯扭转计算，然后叠加。
（3）框架和剪力墙沿高度方向无变化，即它们的刚度特征值为常数。
3.解题思路
框架-剪力墙结构在竖向荷载（恒载、活载）作用下计算主要与楼盖结构平面布置有关，不考虑每榀框架、每片剪力墙之间的相互影响；而框架-剪力墙结构水平荷载作用下的计算计算较为复杂，要考虑协同工作。
假定房屋在风力或地震作用下不产生扭转，根据刚性楼板的假定，在同一楼层标高处的所框架和剪力墙的水平位移相等。为了简化计算，忽略剪力墙和框架轴向变形，将计算区段内所有横向（或纵向）的框架、剪力墙和连梁按期刚度相叠加的方法合并成总框架、总剪力墙和连梁。根据总剪力墙和总框架的刚度求得各自得水平荷载后，再根据个片剪力墙的等效抗弯刚度进行内利分配和根据框架柱的水平刚度D进行柱水平剪力分配。
五、框-剪结构截面设计
框架-剪力墙结构截面设计，包括剪力墙墙肢、框架梁柱、连梁截面设计。其中剪力墙墙肢、框架梁柱的配筋计算分别与剪力墙结构、框架结构相同。连梁可按钢筋混凝土受弯构件进行正截面、斜截面承载力计算。连梁通常采用对称配筋，且不设弯起钢筋，由箍筋和混凝土承担全部剪力，可按框架梁的受弯、受剪公式计算。还应注意连梁也应进行强剪弱弯的内力调整。
六、地基基础设计
（1）如无地下室，地基条件较好且承载较均匀时，可选用单独柱基加基础系梁。如地基较差或荷载较大时，为加强基础整体性和增加基础底面积，可选用钢筋混凝土十字交叉条形基础，当条形基础不能满足地基承载力或变形要求时，可选用钢筋混凝土筏形基础。
（2）有地下室，无防水要求时，也可选用单独柱基或十字交叉形基础。同时验算地下室外墙的承载能力。有防水要求时，当地基较好时，可选用单独柱基或条形基础另加防水板做法，此时应考虑基础沉降对防水板的不利影响而采取的相应措施（同框架结构建筑）。当地基较差或条形基础不能满足地基承载力或变形要求时，可选用钢筋混凝土筏形或箱形基础。
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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
毕业设计（论文）开题报告
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： |
本设计主要研究高层框架剪力墙的建筑设计，完成PKPM点算、结构内力计算、构件截面设计、基础设计计算、施工图绘制等工作。 本课题研究方法： 一、建筑设计部分 建筑设计的主要任务是全面贯彻适用、安全、经济、美观的方针。具有如下特点：1.舒适性。保持良好的通风，足够的光线，温湿度适合，层高较高无压抑感。2.实用性，尽量使室内有足够空间，满足对各种电器与商品的需求，同时符合当地居住习惯，使之人性化。3.安全性。建筑严格按照当地抗震设防标准设计，充分考虑地震作用的影响。4.经济性，在保证安全的前提下，应严格控制建设经费。 1、建筑体型选择与平面布置 1)设计原则 高层建筑是一种大量而普遍的建筑类型。这类建筑强调的是文化性特质，因此其在造型和风格上都表现出民族或地域特有的社会文明和文化艺术特色。本课题所研究的办公楼正是在满足功能使用基础的基础上，根据现有经济技术水平处理好功能、空间与形式的辨证统一关系，还要处理好与环境的关系，给人以象征感。在结构的合理构成方面主要考虑四个方面：1.架构的均匀对称；2.荷载的传力直接；3.结构的合理刚度；4.建筑空间的利用。并且满足安全、适用、经济、美观的要求。 此外，对于建筑造型与平面布置的选择，必须考虑结构因素，以有利于结构受力。平面形状应简单、对称、规则，以减少地震灾害的影响。 2）建筑造型 根据设计原则，在结构体系的设置上将尽量符合简单、对称、规则的原则。 3）平面布置 本设计在平面上力求平面对称，对称平面易于保证质量中心与刚度中心重合，避免结构在外力作用下发生扭转。 A.根据建筑图确定承重框架方向并进行梁、柱、剪力墙等构件的布置 B.结合抗震要求确定结构平面布置及竖向布置（考虑平面形心与质心位置、高宽比限值、竖向刚度变化等） C.确定是否设温度伸缩缝、沉降缝及防震缝。 2、立面设计 建筑立面设计需要考虑室外门窗洞口的位置、大小及排列方式，考虑外墙的外装饰效果及建筑整体效果，使之能够充分体现建筑的美，给人以美的感受。 建筑体型和立面设计，除了要从功能要求、技术经济条件，以及总体规划和基地环境等因素考虑外，还必须符合建筑造型和立面构图的一些规律，例如比例尺度、完整均衡、变化统一，以及韵律和对比等等。这些有关造型和构图的基本规律，同样也适用于建筑群体布局和室内外的空间处理。由于建筑艺术是和功能要求、材料以及结构技术的发展紧密地结合在一起，因此这些规律，也会随着社会政治文化和经济技术的发展而发展。节奏韵律和虚实对比，是使建筑立面高于表现力的重要设计手法，在建筑立面上，相同构件或门窗作有规律的重复和变化，给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律的效果。立面的节奏感在门窗的排列组合、墙面的构件划分中表现得比较突出。 3、剖面设计 剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度，建筑层数、建筑空间的组合利用，以及建筑剖面中的结构、构造关系，建筑物的平面和剖面是紧密联系的。 电梯布置在建筑物大厅进门较近处，消防疏散用楼、电梯布置在建筑物端部，消防疏散用楼、电梯间均出屋面。 4、垂直交通设计 本工程主要垂直交通工具是电梯，对电梯的选用及其在建筑物中的合理布置，将使高层建筑的使用更加合理，同时还能提高工作效率。 本设计中电梯布置在建筑平面的门厅处。这样的布置可使建筑物内任意点至楼、电梯出口的距离均不大于30m，满足高层建筑的防火要求。 5、防火设计 1）耐火等级 本工程属二类建筑（10~18层普通住宅和高度不超过50m的公共建筑），其耐火等级不能低于二级。 2）防火设计要点 疏散设计 发生火灾时，学员往往还在远离地面的高层，将他们全部迅速地疏散到安全地带是防火的重要环节，疏散设计的原则是路线简单明了，便于人们在紧急时进行判断，同时供以室内任何位置向两个方向疏散的可能性，另外也可向屋顶疏散。 a.疏散所需时间 在建筑火灾中，建筑物的形式及构造，居民的行动及恐慌心理，火灾发生的时间等诸多因素都会极大地影响建筑物内居民的疏散能力，进而影响疏散时间。为了保证安全疏散，建筑消防安全设计中要重点考虑各种人的疏散能力，要求建筑物内人员的最大疏散时间应小于或等于建筑物的允许疏散时间。 从火灾现场退出的时间不应超过2分30秒为宜。通道宽度：按通过人数每100人不少于1m计算。 b.疏散楼、电梯的位置 疏散楼梯是发生火灾时电梯停用的情况下最主要的竖向交通途径，其位置应首先符合安全疏散距离的规定，也应符合人在火灾发生后可能的疏导方向。 本设计中楼梯设置于建筑的两端，可双向疏散。 (3)疏散楼梯间的防火防烟设计 疏散楼梯若只防火不排烟，遇烟气袭人，容易使人窒息。为了更有效的阻挡烟火入侵楼梯间，可在封闭楼梯间的基础上增设装有防火门的前室，疏散楼梯的避难前室是疏散路线中从水平到竖向的交通枢纽，可缓冲人们的混乱聚集，疏散楼梯的排烟设施要布置于此，其面积不应小于6，如与消防电梯合用则不应小于10。 二、结构设计部分 框架-剪力墙结构设计包括结构布置、确定截面尺寸，刚度计算，荷载计算，侧移计算，内力计算及组合，构件及节点设计，基础设计，画施工图等。 框架剪力墙结构是一种双重抗侧力结构。结构中剪力墙的刚度大，承受大部分层剪力，框架承受的侧向力相对较小；在罕遇地震作用下，剪力墙的连梁往往先屈服，使剪力墙的刚度降低，由剪力墙承受的部分层剪力转移到框架。如果框架具有足够的承载力和延性抵抗地震作用，那么双重抗侧力结构的优势可以得到充分发挥，避免在罕遇地震作用下严重破坏甚至倒塌。 1）竖向荷载下的内力计算（竖向荷载作用下的内力采用分层法计算，活荷载布置采用满布荷载法） 竖向荷载下内力计算首先根据楼盖的结构平面布置，将竖向荷载传递给每榀框架及每片剪力墙。框架结构在竖向荷载下的内力用分层法，剪力墙为一竖向悬臂构件，承受各层楼盖、连梁、纵向连系梁传来的荷载及各层剪力墙自重荷载；连梁考虑塑性内力重分布而进行调幅，按两端固定梁计算。 框架-剪力墙结构房屋的重力荷载包括楼面及屋面荷载，框架梁柱自重，墙体及门窗等重力荷载。 2）水平荷载作用下的内力计算（风荷载及地震作用下的框架侧移限值验算） 水平力首先在总框架与总剪力墙之间分配，然后将总框架架的剪切刚度进行再分配；将总剪力墙分得的份额按各片剪力墙的等效刚度进行再分配。最后计算单榀框架和单片剪力墙的内力。 对于框-剪结构，应计算整个结构单元上的风荷载，并将其折算为倒三角形分布荷载和均布荷载，水平地震作用可用底部剪力法计算。 3）荷载组合、内力组合（求出部分梁、柱控制截面的最不利内力，用以进行梁、柱及基础设计） 框架梁柱应进行组合的层一般为顶上二层，底层，混凝土强度，截面尺寸有改变层及体系反弯点所在层；剪力墙应选择底层，有变化层等进行组合。 框架梁控制截面及不利内力为：支座截面，-，；跨中截面，。 框架柱、剪力墙控制截面为每层上、下截面，每截面应组合：及相应及相应及相应。 4）构件设计包括框架柱、连梁、剪力墙的配筋计算 由控制截面的最不利内力进行构件的截面设计，并结合构造要求选择钢筋； 按强节点要求验算节点；确定节点区的钢筋锚固与搭接长度。 5）基础设计 A.独立柱基础。确定基础底面尺寸、基础高度，进行抗冲切验算、抗弯计算，确定基底配筋 B.桩基础。确定桩型式、桩直径，进行桩承载力及配筋计算，确定承台尺寸及厚度，进行承台承载力及配筋计算 对高层建筑宜根据上部结构、工程地质、施工等因素优先选用整体性较好的基础。因本工程设置地下室，故采用桩基础，上部剪力墙全部到底。 |
