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，位于南通市，该工程为钢筋混凝土框架#8212;剪力墙结构体系。房屋总高39.2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。

二、 框-剪结构的特点

1. 概念

框架-剪力墙结构在建筑学中被称为框-剪结构，主要结构是框架，由梁柱构成，小部分是剪力墙。框-剪结构在现代建筑中技术已经比较成熟，综合比较下广泛运用于高层建筑。他结合了框架结构与剪力墙结构的特点，既能提供建筑平面布置的较大空间，又能良好的抗侧力。

高层建筑结构设计特点
　　（1）框架-剪力墙结构体系是框架和剪力墙相结合组成，两者共同工作，兼有框架和剪力墙两种结构体系的优点，既具有框架结构建筑布置灵活、空间较大的特点，又具有剪力墙结构抗侧刚度大，抗震性能好的优点，同时还可以充分发挥材料的强度，因而在10-30层办公楼和旅馆中得到了广泛应用。当建筑物较低时，仅布置少量的剪力墙即可以满足结构的抗侧要求，当建筑物较高时，通过布置较多的剪力墙可使结构具有较大的抗侧刚度和抗震性能。

(2)水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结 构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，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特性的不同而有较大幅度的变化。
　　（3）轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩 值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影 响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。
　　（4）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，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
　　（5）结构延性是重要设计指标。高层结构在水平力作用下的变形大，为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置剪力墙来代替部分框架，便形成了框架－剪力墙体系。在承受水 平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受竖向荷载，剪力墙主要承受水平剪力。框架－剪力墙体系 的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框 架－剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。

2. 受力情况

高层建筑结构受力特点是侧向力（风或者地震作用）是影响结构设计的主要因素。高层建筑的设计与建造不仅要考虑建筑功能和结构受力，还应该考虑到文化、社会、经济和技术等各方面的要求。

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。

三、 结构体系布置

结构体系布置是结构设计中的一个重环节。合理的结构布置应该使建筑物具有明确的传力路线、足够的承载力和刚度抗震设防的建筑还保证建筑物具有良好的抗震性能。理论分析、工程实践以及震害调查表明：概念设计对结构整体性和抗震性具有重要的作用。因此，结构布置时结构设计时一定要符合概念设计的内容，做到概念理清合理、设计思路正确。此外，框架-剪力墙的结构布置还应该满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称《高规》中的有关条文的要求）

高层建筑结构体系包括：竖向结构体系和水平结构体系。竖向承重结构体系也称抗侧力结构，不仅要承担竖向荷载也要水平力的作用。水平结构体系即楼盖和屋盖结构，在高层建筑中，楼（屋）盖结构除了承受与传递楼（屋）面竖向荷载以外，还要把各个竖向构件联系起来，协调各榀抗侧力结构的变形与位移，对结构的空间整体刚度和抗震性能有直接的影响。

（1）控制房屋总高度：A级高度钢筋混凝土高层房屋的总高度不已超过下表3-1中的规定。

表3-1

注：1.房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出的电梯机房、水箱、构架等高度；

2.表中框架不包括异形柱框架结构；

3.部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构

4.平面和竖向均不规则的结构或IV类场地上的结构,最大适用高度应适当降低;

5.甲类建筑,6、7、8度时宜按本地区抗震设防烈度提高一度后符合本表的要求，9度时应专门研究

6.9度抗震设防、房屋高度超过本表的数值时，结构设计应有可靠的依据，并采取有效措施。

（2）控制高宽比：高层建筑可以近似看成是固定在基础上的竖向悬臂结构，所以增加建筑结构尺寸对减少结构竖向位移十分有效。控制高层建筑的高宽比，可从宏观上控制结构的抗侧刚度、整体稳定性、承载能力和经济性。《高规》中规定A级高度钢筋混凝土建筑结构的高宽比不宜超过表3-2的要求。

表3-2

（3）平面布置：高层建筑平面形状宜简单、规则、对称。结构布置宜对称均匀，尽量使结构刚心、质心重合，避免扭转。有利的平面形状一般有矩形、方形、圆形、L形、十字形以及井字形等。圆形、椭圆形等流线型平面的建筑所受到的风荷载较小，平面对称、长宽比相差不大的平面的建筑抗震性能一般较好。

（4）竖向布置：高层建筑立面体形应力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，避免错层和局部夹层，同一楼层应尽量设置在同一标高。高层建筑结构沿竖向的强度和刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不均匀的结构抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通，避免刚度突变。

（5）基础布置：高层建筑基础应有一定的埋置深度。有条件时高层建筑宜设置地下室。在确定基础埋置深度时，应考虑建筑物的高度、体形、地基土质，抗震设防烈度等因素。

（6） 变形缝：高层建筑建筑不宜设置变形缝（防震缝、变形缝、沉降缝）。

四、 框-剪结构计算分析方法

1、计算简图与连接方式

框架#8212;剪力墙结构的计算简图，主要是确定如何合并总剪力墙、总框架，以及确定总剪力墙与总框架之间的链接和相互作用方式。

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#8212;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#8212;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

对于高层建筑，设计时宜根据上部结构、工程地质、施工等因素选用能满足地基稳定性和变形要求的基础结构方案。本工程采用桩基础，从而减少基础自重减少基础沉降，调整地基反力，提高地基承载力和基础的稳定性。

七、 参考文献

1. 梁兴文、史庆轩主编. 土木工程专业毕业设计指导.北京：科学出版社，2002

2. 陈保胜. 建筑结构构造资料集（上、下）.北京：中国建筑工业出版社

3. 董安亮，臧从磊. 框架-剪力墙结构裂缝产生原因及控制措施. 莱钢科技，2006年2期

4. 包世华，张铜生主编. 高层建筑结构设计和计算.北京：清华大学出版社，2005

5．陈应波，龚兆先. 高层框-剪结构剪力墙数量确定及布置初步设计专家系统. 武汉：武汉理工大学学报,1996年01期

6．魏忠泽，秦桂娟. 框剪结构体系中剪力墙的合理数量. 沈阳：沈阳建筑工程学院学报，1996年02期

7．童衍蕃. 框架-剪力墙结构中剪力墙布置的研究. 建筑结构学报，1983年02期

8. 中华人民共和国国家标准. 建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）.北京：中国建筑工业出版社，2001

9. 中华人民共和国国家标准. 建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010

10. 中华人民共和国国家标准. 高层民用建筑设计防火规范（GB 50045-95）.北京：中国建筑工业出版社，1995

11．中华人民共和国国家标准. 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2002）.北京：中国建筑工业出版社，2002

12. 中华人民共和国国家标准. 建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）.北京：中国建筑工业出版社，2002

13. 中华人民共和国国家标准. 建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）.北京：中国建筑工业出版社，2008

14.黄世敏，魏琏，程绍革. 地震区框架-剪力墙结构最优剪力墙数量的研究. 工程抗震, 2003年01期

15. 周军，杜宏彪，蔡龙. 框架-剪力墙结构体系概念化设计问题. 2009年01期

本设计主要研究高层框架剪力墙的建筑设计，水平荷载作用下的框架-剪力墙结构设计及基础设计，并了解结构电算过程、运用软件进行结构设计。

本课题研究方法：

一、建筑设计部分

1、建筑方案的构思

方案构思是方案设计的起点和灵魂，是一个艰辛而又具有创作激情的过程。方案构思需要丰富多样的想象力和创造力，想象力和创造力不是凭空突然间灵感迸发而来的，而是累计后的顿悟，要借助想象思维的力量，根据有关设计要素进行严密的分析和思考，把对设计任务书分析研究的成果转化为具体的建筑形态，这就需要我们平时学习和研究大量优秀设计师所完成的设计作品，绘制草图和绘制模型来分析比较，多去实地参观优秀的建筑实例等方式来达到思维活跃、丰富想象力和创造力的目的。

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。

适用系指恰当的确定建筑物的面积和体积大小，合理的布局，拥有必要的各项设施，具有良好的卫生条件和保暖、隔热、隔声的环境。

安全系指结构和防灾的可靠度、疏散及报警能力，结构的耐久性，使用寿命等。

经济系指建筑的经济效益、社会效益和环境效益。建筑的经济效益是指建筑造价，材料能源消耗、建设周期、投入使用后的经常运行和维修管理费用等综合经济效益。要防止片面强调降低造价、节约三大材料，使建筑处于质量低、性能差、能耗高、污染严重的状态。建筑的社会效益是指建筑在投入使用前后，对人口素质、国民收入、文化福利、社会安全等方面所产生的影响。建筑的环境效益是指建筑使用前后，环境质量发生的变化，例如日照、噪声、生态平衡、景观等方面的变化。

美观是在适用、安全、经济的前提下，把建筑美与环境美列为设计的重要内容。美观是建筑造型、室内装修、室外景观等综合艺术处理的结果。对城市及环境其重要影响的建筑物，要特别强调美观因素，使其整个城市及环境增色。对办公楼建筑要注意群体艺术效果，实现多样化，发扬地方风格。对风景区和古建筑保护区，要特别注意保护原有风景特色和古建筑环境。建筑艺术形式和风格应多样化，并进行多种探索，从而繁荣建筑创作，提倡”古今中外一切精华皆为我用”。适用、安全、经济、美观这一建筑方针既是建筑工作者进行工作的指导方针，又是评价建筑优劣的基本原则。

2、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。

3、立面设计

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。

4、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。

5、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。

6、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

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。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。

竖向荷载下的内力计算

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。

水平荷载作用下的内力计算

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。

控制截面及不利内力

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。

构件设计包括框架柱、连梁、剪力墙的配筋计算

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。