山西11层剪力墙住宅楼毕业设计.doc

摘 要本设计是山西省大同市某住宅小区1号楼。主体11层，一梯三户，总建筑面积3596.06m2。设计包括建筑设计和结构设计。建筑设计部分包括总体布局、平面与竖向交通、建筑朝向与选型以及防火和疏散要求。主要进行了建筑设计构思，平面布局、立面设计、剖面设计以及防火和疏散设计。该设计平面布局合理、满足功能要求。结构计算较全面、详实。满足设计任务书的要求。结构采用剪力墙结构体系。结构设计包括荷载计算（重力荷载、风荷载、水平地震荷载）剪力墙的设计计算和结构配筋，在结构计算中，地震作用采用底部剪力法。在荷载内力计算的基础上，进行了内力组合，取最不利荷载进行了配筋计算。在配筋计算中，考虑了构造和抗震要求，并进行了相应的构造配筋，计算结果较准确。关键词：住宅；结构设计；剪力墙结构AbstractThis design is Datong in Shanxi Province, Building 1 with residential quarters. Its construction area is 3596.06m2.The design includes three chapters,architecture design and structural design.Architecture design includes the total layout, plane and the perpendicular transportation, the orientation of the building and chooses the size,and the design of fireproof and dispersion.the planes arrangement is reasonable,and its semblance is succinct and generous，which satisfies the functions requirement.The design whose plane is reasonable,satisfies the functions requirement. Structural design is fairly full and accurate,and also satisfies the requirement of the designing task. The structural system adopts shear wall. The structure design includes the loading calculation (the gravity loading, the wind loading and the horizontal earthquake action) the design of shear wall, the horizontal earthquake action adopts shear strength calculation of the end. On the basis of calculating the internal force, I make the combination of internal force,and choose the most disadvantageous force to design the steel reinforcing bar. In consideration of the requirment of the constitution and anti-seismic.and carriying out designing the steel reinforce bar. The result is fairly exact. Key words: residential buildings; structural design ; shear wall struture目 录第1章 建筑设计.11.1高层住宅特点.11.2总体布局.21.3平面交通.21.4竖向交通.31.5建筑物的朝向.31.6户型设计.3第2章 结构设计.92.1 结构选型及几何特征计算.92.2 荷载计算.182.3水平地震作用计算.202.4风荷载作用下结构内力的计算.312.5竖向荷载作用下结构内力计算.382.6内力组合.452.7剪力墙截面的设计.532.8楼梯的设计.632.9外文翻译.70第1章 建筑设计1.1高层住宅特点 城市中高层建筑是反映一个城市经济繁荣和社会进步的重要标志，随着社会与经济的发展，特别是城市建设的发展，要求建筑物所能达到的高度与规模不断增加，并由此产生了一系列问题。首先，由于建筑高度增加，在高层建筑中的竖向交通一般由电梯来完成，这样会增加建筑物的造价，从建筑防火的角度看，高层建筑的防火要高于中低层建筑，也会增加高层建筑的工程造价和运行成本。 其次，由于建筑高度的增加，在相同的建设场地上，建造高层住宅可以获得更多的建筑面积，这样可以部分解决城市用地紧张和地价高涨的问题。此外，设计精美的高层建筑可以为城市增加景观。第三，从结构受力的角度看，随着高度的增加，侧向荷载（风荷载和水平地震作用）在高层住宅的分析和设计中起着重要的作用，因此，高层住宅的结构分析和设计要比一般的中低层建筑复杂的多。第四，从城市建设和管理的角度看，建筑物向高空延伸，可以缩小城市的平面规模，缩短城市道路和各种公共管线的长度，从而节省城建与管理的投资。由于高层建筑增加人们的聚集密度，缩短了相互间的距离，水平与竖向交通相结合，使人们在地面上的活动走向空间化，节约时间，增加了效率。但是人口过于密集有时会造成交通拥挤、出行困难等问题。第五，建筑高、重量大，近地面大气层对它周围环境都产生了影响，从而在许多设施、建筑构造及局部处理上都要与之相适应，另外，由于高层建筑的重量大，居住人数多，而出现高密度居住，对居民的心理状态、社会环境、城市结构的动态平衡、居住区的空间组织等都带来了新的问题。 第六，由于高层住宅的兴建，居住区和城市由水平向发展转向竖向发展，使经济评价方法和范围发生了变化。 第七，新的结构形式随之而来的新的施工方式，同时也影响到设计方法和建筑管理。综上所述，建造高层住宅利大于弊，而合理的规划和设计可以达到美化城市环境效果。可以预见，在相当长的一段时间内，高层建筑仍然是城市建设中的主要建筑形式。因此认识这些特点并掌握高层建筑结构的分析理论和基本设计方法，可以为今后的工作打下良好的基础。1.2总体布局该住宅楼共为十一层，顶部设有电梯机房，一层至十一层均为住户房间。每套居室室内的平而布置基本上按“大客厅，小卧室”的要求确定的，并且厨房靠近客厅，卫生间靠近卧室，各种居住行为各得其所。1.3平面交通交通枢纽设置在建筑中心，电梯和楼梯通过前室连接，各户之间通过走廊连接，并且各住户离楼梯、电梯很近，这样的交通路线简捷流畅，同时在紧急情况下，用户可以迅速疏散。1.4竖向交通由于建筑物的层数，住户的实际情况，本建筑中设有两部电梯，即每单元各一部，同时兼防火电梯用，根据估算两部电梯完全满足要求。除了设置电梯本设计中也设计置了楼梯，在板式住宅中，虽设置了足够量的电梯，但是楼梯仍然必须设置。它有如下作用：1.作为住宅下面几层，特别是2至3层的居民的主要垂直交通方式。2.作为居民的短距离的层间交通。3.作为非常情况下的疏散交通。楼梯的位置，踏步的尺寸和数量，从考虑高层住宅的特点和一些建筑要求的方面做了设计和计算，楼梯采光为直接采光和人工照明相结合，楼梯兼作防烟楼梯。1.5建筑物的朝向选择合理的住宅朝向是住宅区建筑物布置首先考虑的问题，影响建筑物朝向的因素很多，如地理纬度、地段环境、局部气候特征及建筑用地条件等。北方住宅的朝向以朝南为主，点式住宅如本设计的建筑不可避免使一半朝东西，一半朝南北。这种选择主要考虑以下几点：(1)炎热的夏季尽量减少太阳光直射居室外墙或直射室内。(2)夏季有良好的通风，冬季避免冷风吹袭。(3)冬季能有适量的阳光射入室内。(4)尽量适合建筑组合的需要。(5)拟建建筑的交通与已有道路尽量融合一体。(6)充分利用地形。1.6户型设计在分析了我国目前城市人口结构和家庭组成及发展趋势，再结合该地区的实际居住条件决定采用两种户型配套使用，由于目前城市正由主干型转换为核心型。两种户型可以满足不同层次和不同人口的家庭的需要。1.6.1卧室因为是休息的地方所以要求动、静分开的同时，同时也要求同其它房间分隔开来；各人生活各得其所，具有良好的私密性。对房间的要求是隔声效果好，卧室之间不应穿越，同时必须直接采光，自然通风。1.6.2客厅根据中国特色，厅具有起居室、会客室、餐厅的多种功能。本设计中采用了大客厅分别与厨房、卫生间、卧室相邻，成为连接各房间的交通枢纽。起居室内的门窗洞口布置应综合考虑使用功能要求，减少直接开向起居室的门数量。1.6.3厨房厨房的主要功能是炊事，有的厨房还同时兼有进餐或洗涤的功能，厨房是家务劳动中心。其设计基本要求是：(1)厨房应设置洗涤池、案台、炉灶及排油烟机等设施或预留位置，按炊事操流程排列，操作净长不应小于2.10m。 (2)单排布置设备的厨房净宽不应小于1.5；双排布置设备的厨房其两排设备的净距不应小于0.90m。(3)厨房应该有直接的采光、自然通风，并宜布置在套内近入口处。基于以上要求，本设计中采用两种型式厨房，均满足尺寸要求。1.6.4卫生间卫生间的主要功能包括便溺，漱洗，沐浴，其居住标准、生活水平、自然条件、生活习惯不同，设施标准具有较大的差别。其设计要求为；(1)在满足设备及人体活动空间要求的前提下，力求布置紧凑，设备的尺寸和安装要符合人体工程学要求，以便尽可能减少人的体力消耗。(2)厕所、卫生间是用水较多的场所，其建筑材料的选用及主要注意防水及排水并便于清洁，地面和墙裙应选用防水、又不致于过滑的材料，地面要设置一定坡度。(3)厕所、卫生间产生的蒸汽及其臭味要组织好通风予以排除。最好采用外窗直接通风，否则采用通风道或设小功率排气扇等措施。排风道的排气口应设在接近顶棚的位置。暗厕所，卫生间采用人工照明，有条件的可通过高窗从邻近房间直接间接采光。本设计方案中采用的是公共使用的厕所和浴室。公共使用的厕所的设置与卧室和客厅都较靠近。这样就大大方便了住户。地面均采用防水地面砖，墙壁贴有色瓷砖，地面低于室内地面20mm。设计的坡度以防水流入室内。采光分别用人工采光、自然采光，且有通风用的窗口。1.6.5楼梯本设计中，楼梯宽度为1.17m，满足要求。楼梯踏步宽260mm。踏步高156mm。均满足要求。1.6.6大门入口的朝向 高层住宅的人口最好放在冬季主导风的背面，因为在迎风面上，越接近建筑物根部中心位置，其风压值越大，如果在这个位置设入口。就成了泄风口，再加上入口必然与垂直交通相连，电梯井与楼梯井就成了披风简，因此会加剧风的烈度，所以人口要尽量避免开向迎风面，有时受总体限制不得不将入口置于迎风面上时，入口就需做适当处理，本设计的高层住宅选择北向入口，因为该地区冬季主导风向为西北风，所以选择合理。1.6.7垃圾处理垃圾道输送方式，设置专门的管道并进行垂直运输，即垃圾道，但在进行设计中，对垃圾倾倒口，管道都应以足够的重视。倾倒口是垃圾的入口，为了使用方便，应设置在交通枢纽等公共空间附近。由于高层住宅的垃圾道长，因而披风作用很大，由于上下层倾倒垃圾的可能性很大，为防止下层轻质垃圾由上层的倾倒口飞出倾倒口直采用翻斗门，不能直接往管道里倒垃圾而要倒在翻斗内，待门关闭后垃圾由翻斗内落入管道内。垃圾道要光滑而无棱角，无凸出物，否则容易挂结污物，而将管道堵死，特别是在北方，凸出物挂住垃圾后，会形成冰疙瘩，使管道被冰冻物堵死。1.6.9防火设计 各套户型的进户门均采用防火门，如某一住户发生火灾可及时关闭防火门，防止火势蔓延，使住户有足够的时间脱离危险区，保证了住户的生命安全，进入楼梯入口的门为乙级防火门，耐火极限为1.2小时，该楼梯是发生火灾时居民疏散的主要通道采用封闭式楼梯间，可以有效地减少火灾造成的人身伤亡，为了有利于消防员及时运送消防器材和救护伤员，设计时在电梯前室入口，同样设置了乙级防火门。1.防烟楼梯 根据规范规定设置防烟楼梯，楼梯间入口处设有前室，前室内设有送风、排烟竖井，供疏散人员一经到达前室，就达到了第一个安全地点，如果烟一旦侵入前室，基本上可以从竖井排除。2. 消防电梯 规范规定塔式高层住宅必须设置消防电梯，楼层内每单元共设置一部电梯，即消防电梯兼做普通载客电梯，发生大火灾时，消防员可以乘消防电梯迅速进入火场，及时运送消防器材和救护伤员。1.6.10使用房间的分类从使用房间的功能要求分类。住宅中的房间有客厅、餐厅、卧室、卫生间和厨房。A户型（一室一厅） 建筑面积 57.02m2卧室的面积 17.42 m2餐客厅的面积 31.47 m2厨房的面积 5.08 m2卫生间的面积 3.52 m2 B户型 （两室一厅） 建筑面积 75.87 m2主卧室的面积 21.91m2次卧室的面积 11.47 m2餐客厅的面积 33.44m2厨房的面积 5.50 m2卫生间的面积 4.28 m2C户型 （三室一厅） 建筑面积 98.82m2主卧室的面积 21.86m2次一卧室的面积 11.26 m2次二卧室的面积 10.98 m2餐客厅的面积 37.23m2厨房的面积 5.50 m2生活阳台面积 2.30 m2卫生间一的面积 4.28 m2卫生间二的面积 4.12 m21.6.11门窗在房间平面中的布置三种户型的入户门宽为900mm、卧室门均为宽900mm，其中入户门为防火门，卧室门为成品木门；卫生间门宽700mm、厨房门宽为800mm，采用900mm的门可使一个携带东西的人方便的通过也能搬进书柜等尺寸较大的家具；700mm的门稍大于一个人通过宽度，这些较小的门扇，开启时可以少占室内的使用面积这对平面紧凑的核心式住宅显得更加重要。窗的高度1.5m。因设计中使用了最新的地热式供暖方式，所以暖气被取消了，窗的面积可以相应的增大了。窗的位置考虑采光和通风的要求设置，使各房间的采光均满足规范所规定的窗地比的要求。第2章 结构设计2.1 结构选型及几何特征计算2.1.1工程概况该11层高层住宅楼，结构采用钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用伐板基础。标准层建筑平面布置如图2-1所示，主体结构高度为30.8m，一至十一层层高均为为2.8m，机房层高度为0.7m，女儿墙高度为0.8m，突出屋面电梯机房层高4.1m，结构总高度36.4m。该工程抗震设防烈度为7度，场地类别为类，设计地震分组为二组，基本风压0.45kN/m2，地面粗糙度为B类，基本雪压为0.35kN/m2；该房屋为丙类建筑。2.1.2主体结构布置该剪力墙结构平面布置不对称，凸出、凹进尺寸符合规范要求；结构侧向刚度沿竖向变化均匀，无刚度突变；结构高宽比为H/B=30.8/13.72=2.245；每个独立墙肢段的高宽比均大于2，且墙肢长度均小于8m。剪力墙门洞口上下对齐，成列布置，形成了明确的墙肢和连梁。选用现浇楼板，各层楼板厚度均为150mm。2.1.3材料的选用及剪力墙截面尺寸的确定 剪力墙结构的混凝土强度等级：选用C30，钢筋采用HPB235和HRB400级。剪力墙厚度按三级抗震等级设计时底部加强部位不应小于楼层高度的1/20且不应小于160mm，其他部位不应小于楼层高度的1/25且不小于160mm，本工程剪力墙采用双排配筋，剪力墙截面的厚度均为：内墙160mm，外墙180mm。2.1.4剪力墙截面的类型判别及刚度计算 根据抗震设计的一般原则，对称结构的两个主轴方向均应进行抗震计算。限于篇幅，本设计只对一个方向进行计算，且假定结构无扭转。另外，根据高层规程，在计算剪力墙结构的内力和位移时，可以不考虑纵横墙的共同工作，为了简化计算，不考虑纵横墙的共同工作。1.剪力墙的类型判别由图2-1可得X方向上各片剪力墙的平面尺寸，如图2-2所示。由图可知，XSW-A、XSW-B、XSW-C、XSW-D、XSW-E均为整体墙。该工程外墙的门洞口高度均为2300mm（其中洞口高度为1600mmm，1200mm，2100mm，窗台高度为900mm，1200mm，300mm，由空心砖砌筑填充），则外门窗洞口处连梁高度均为400mm，内墙门洞口的高度均为2000mm，则内墙门洞口处连梁的高度均为800mm。.图2-1 标准层平面图标准层：外墙连梁的截面面积和惯性矩分别为：Abj=0.181.0=0.18m2 Ibj0=0.181.03=1.510-2m4内墙连梁的截面面积和惯性矩分别为：Abj=0.161.0=0.16m2 Ibj0=0.161.03=1.3310-2m4底层：外墙连梁的截面面积和惯性矩分别为：Abj=0.181.0=0.18m2 Ibj0=0.181.03=1.510-2m4内墙连梁的截面面积和惯性矩分别为：Abj=0.161.0=0.16m2 Ibj0=0.161.03=1.3310-2m4.图2-2 X方向各片剪力墙的截面尺寸各片剪力墙截面特征列于表2-1。各片剪力墙连梁的折算惯性矩分别见表2-2，其中连梁的计算跨度及折算惯性矩分别按公式计算，截面剪应力不均匀系数=1.2。根据表2-1和表2-2的计算结果，求得各片剪力墙的整体工作系数,再根据与墙肢惯性矩比In/I与（根据建筑层数n及由查表确定）的关系，可进行剪力墙类型的判别，结果见表2-3。表2-1中所用公式： Aj=bh； (2-1) Ij=； (2-2) xj=； (2-3) I=( Ij+ Ajx2j)； (2-4 ) 表2-1 X向剪力墙截面特征 各墙肢截面面积Aj/m2各墙肢截面惯性距Ij/m4形心轴组合惯性距A1A2A3A4， I1I2I3I4，xi/mI/m4XSW-A0.840.360.780.871.51.231.684.5310.750.65Aj=2.85Ij=4.53XSW-C0.600.170.720.0132.041.14Aj=0.77Ij=0.733XSW-D0.600.170.720.0132.041.14Aj=0.77Ij=0.733XSW-E0.130.3950.0070.21.180.35Aj=0.525Ij=0.207XSW-F0.8460.6930.630.851.560.860.611.5810.848.03Aj=3.0Ij=4.61备注：以XSW-A为例，计算过程如下：墙肢1的面积 墙肢2的面积 墙肢总面积 墙肢1的截面惯性矩 墙肢2的截面惯性矩 墙肢截面的总惯性矩 表2-2 X向剪力墙连梁折算惯性矩X向剪力墙连梁折算惯性矩编号XSW-A1.601.02.100.181.20.0150.01454.922.671.901.02.400.181.20.0150.01355.081.901.02.400.181.20.0150.01356.49XSW-C1.001.02.600.161.20.0130.01482.930.0248XSW-D1.001.02.600.161.20.0130.01622.700.0263XSW-E0.81.01.500.161.20.0130.03073.6250.0652XSW-F1.901.02.400.181.20.0150.01352.040.06691.301.01.800.181.20.0150.01552.541.301.01.800.181.20.0150.01552.56备注：第j列洞口宽度；连梁截面高度；第j列洞口宽度加连梁高度的一半；第j连梁的截面面积；截面形状系数，矩形截面时取=1.2；第j连梁截面惯性矩（刚度不折减）；第j连梁折算惯性矩；第j列洞口两侧墙肢轴线距离； 表2-3 X向剪力墙类型 X向剪力墙类型编号 类型XSWA4.5350.6546.122.679.18 100.3600.9313整体小开口XSWD0.7331.140.4070.024846.15 100.3600.9313整体小开口XSWE0.2070.350.1430.026342.56100.4110.9354整体小开口XSWF4.6148.0337.230.06699.56100.7750.9313多肢墙备注：扣除各墙肢惯性矩后剪力墙的惯性矩； 整体性系数；=（多肢墙） (2-5 )=（双肢墙） (2-6) 10 且 为整体小开口墙10 且 为联肢墙10 且 为壁式框架 墙肢轴向变形影响系数，当为34肢时，取0.8；57肢时取0.85；8肢以上时取0.9；额 K洞口列数； 系数，由及层数查表确定。2.剪力墙刚度计算(各片剪力墙计算） XSW-C, XSW-D, XSW-E, （整体小开口墙） 整体小开口墙的等效刚度由下式计算： （2-7）其中：截面的等效刚度，为剪力不均匀系数，矩形取1.2，为组合截面惯性矩。各整体小开口墙的等效刚度计算结果见表2-5。 表2-4 整体小开口墙的等效刚度墙号H/mA/m2I/m4Ec /107kN/m2EcIeq/107 kNm2XSW-C30.80.771.141.23.02.69XSW-D0.771.142.69XSW-E0.5250.350.833）XSW-A, XSW-F, （多肢墙） 由于水平地震作用近似于倒三角形分布，故可以由公式中的倒三角形荷载分布的算式计算联肢墙的等效刚度，计算结果见表2-6表2-6中所用公式： Ieq=Ii(1T)T3.642； (2-8) ； 表2-5 多肢墙的等效刚度墙号2TIeqEC/107kN/m2EcIeq/107kNm2XSW-A0.00450.800.03612.613.037.83XSW-F0.00480.800.03614.633.049.89表2-6 x方向总剪力墙刚度编号墙体类型EcIeq/107 kNm2/107 kNm 2XSW-A多肢墙37.8396.65XSW-F多肢墙49.89XSW-C整体小开口墙2.69XSW-D2.69XSW-E0.83XSW-C1整截面墙2.71为简化计算，假定本例中连梁与总剪力墙之间的连接为铰接，总剪力墙刚度取各片剪力墙的等效刚度之和，计算结果见上表。结构刚度特征值为 2.2 荷载计算2.2.1重力荷载计算2.墙体自重（1）外墙：6厚水泥砂浆罩面 0.00625=0.150 kN/12厚水泥砂浆 0.01225=0.300 kN/300厚钢筋混凝土墙 0.3025=7.500 kN/20厚水泥石灰砂浆找平 0.0225=0. 500 kN/30厚稀土保温层 0.034=0.120 kN/合 计 =8.750 kN/（2）内墙：15厚水泥石灰膏砂浆打底（两面） 0.015142=0.42kN/ 5厚水泥石灰膏砂浆罩面（两面） 0.005142=0.14 kN/ 200厚钢筋混凝土墙 0.2025=5.000 kN/合 计 =5.560 kN/（3）内隔墙： 5厚水泥石灰膏砂浆罩面（两面） 0.005142=0.14 kN/ 15厚水泥石灰膏砂浆打底（两面） 0.015142=0.42 k N/ 120厚空心砖墙 0.12014=1.68 kN/合计 =2.24 kN/（4）女儿墙：6厚水泥砂浆罩面 0.00625=0.15 kN/12厚水泥砂浆打底 0.01225=0.30 kN/100厚钢筋混凝土墙 0.1025=2.500 kN/20厚水泥砂浆找平 0.0225=0.500 kN/ 合 计 =3.450 kN/3.门窗重量 木门 0.2 kN/钢铁门 0.45 kN/乙级防火门 0.45 kN/塑钢窗 0.45 kN/ 4.设备重量 电梯轿箱及设备取 200 kN5. 梁自重 bh=250mm400mm 梁自重 0.25（0.400.15）25=1.5625 kN/m 10厚水泥石灰膏砂浆 0.01（0.4-0.15）214=0.07 kN/m合 计 =1.6325kN/m 2.3.2结构基本自振周期计算因屋面带有突出间，按照主体结构顶点位移相等的原则，将电梯间、水箱间质点的重力荷载代表值折算到主体结构的顶层，并将各质点的重力荷载转化为均布荷载。由公式可得：图2-3动力计算简图将q、Ge、EcIeq分别代入下式：均布荷载作用下结构顶点的位移为： （2-9）集中荷载作用下结构顶点位移： （2-10）可分别求得均布荷载作用下和集中荷载作用下结构顶点的位移为： uT=uq+uGe=0.07054+0.00394=0.07448m由公式可求的结构基本自振周期为：（取 =0.9）T1=1.7=1.70.9=0.42 s式中 考虑非结构墙体刚度影响的周期折减系数； 假想集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi为水平荷载，按弹性方法所求得的结构顶点的假想位移。2.3.3结构水平位移的验算 对风荷载作用下和水平地震作用下进行结构位移的验算。2.3.4.1 在风荷载作用下水平位移的验算：在倒三角形荷载作用下任一点位移： （2-25）在均布荷载作用下任一点位移： (2-11)2.3.4.2 在水平地震作用下水平位移的验算：在倒三角形荷载作用下任一点的位移： (2-12) 在顶点集中荷载作用下任一点位移： （2-13）表2-7 结构在水平作用下位移验算楼层风荷载作用下水平地震作用下倒三角形荷载均布荷载总位移倒三角形荷载顶点集中荷载总位移1131.01.00 0.0010.0000 0.0018 0.000 0.00300.000 0.0003 0.0001 1028.20.909 0.0010.000 0.0017 0.000 0.00290.000 0.0003 0.