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完整版剪力墙住宅毕业设计论文

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摘要

本设计是大庆地区的一高层板式住宅。

主体十四层，一梯两户，总建筑面积6309.52m2。

设计包括部分，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、雨篷、楼板，以及基础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

Abstract

ThisdesignisaDaQingcity.Itsmainbodyis14storeyswithonestaircaseforeight.Itsconstructionareais6309.52m2.Thedesignincludestwochapters,architecturedesignandstructuraldesign.

Architecturedesignincludesthetotallayout,planeandtheperpendiculartransportat-

ion,theorientationofthebuildingandchoosesthesize,andthedesignoffireproofanddispersion.theplane’sarrangementisreasonable,anditssemblanceissuccinctandgene-rous，whichsatisfiesthefunction’srequirement.

Thedesignwhoseplaneisreasonable,satisfiesthefunction’srequirement.Structuraldesignisfairlyfullandaccurate,andalsosatisfiestherequirementofthedesigningtask.

Thestructuralsystemadoptsshearwall.Thestructuredesignincludestheloadingcalculation（thegravityloading,thewindloadingandthe）thedesignofshearwall,awning,andfloorandthefoundation，theadoptsshearstrengthcalculationoftheend.Onthebasisofcalculatingtheinternalforce,Imakethecombinationofinternalforce,andchoosethemostdisadvantageousforcetodesignthesteelreinforcingbar.Inconsiderationoftherequirmentoftheconstitutionandanti-seismic.andcarriyingoutdesigningthesteelreinforcingbar.Theresultisfairlyexact.

Keywords:

residentialbuildings;structuraldesign;Shearingwallstruture

第1章建筑设计1

1.1高层住宅特点1

1.2总体布局2

1.3平面交通2

1.4竖向交通2

1.5建筑物的朝向2

1.6户型设计3

第2章结构设计7

2.1结构选型及几何特征计算7

2.2荷载计算16

2.3水平地震作用计算20

2.4风荷载作用下结构内力的计算32

2.5竖向荷载作用下结构内力计算36

2.6内力组合44

2.7剪力墙截面的设计50

2.8板的计算59

2.9桩基础结构设计61

2.10楼梯的设计65

结论69

参考文献70

致谢71

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

该住宅楼共为十四层，顶部设有电梯机房，一层至十四层均为住户房间。

一层两单元，一单元分两户，并且对称布置，这种布置对抗侧力有利。

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。

起居室内布置家具的墙面直线长度应大于3m。

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１％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1.2m，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阳台及栏杆

阳台是楼层住户与大自然相联系的部分。

它按其使用性质可分为生活阳台和

服务阳台，阳台设计中问题有尺寸、朝向、通风、视线、排水安全及附属设施几个方面。

由于高层住宅的窗台距地面较高，再加之周围风速较大，易使产生心理上危险感，因此栏杆比多层住宅稍高，采用1.1m高的阳台钢筋混泥土栏杆，坚固耐用、通风、采光良好的同时给人以安全、舒适的感觉。

1.6.8垃圾处理

生活垃圾是住宅中必然要产生的废物。

目前我国公民每天的垃圾产生量是0.5

公斤，高层住宅中垃圾的排放量主要采用以下几种方法：

（1）集中服务管理的方法，即住户规定的时间将生活垃圾装在塑料筒内，由大楼的管理人员按时收集送出，此种方式对建筑设计比较简单，但需良好管理。

（2）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。

本设计采用第一种方式。

1.6.10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。

1.6.11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（三室二厅）建筑面积84.49m2

主卧室的面积14.62m2

次卧室的面积13.33m2

书房的面积11.47m2

餐客厅的面积36.47m2

厨房的面积5.08m2

卫生间的面积3.52m2

B户型（两室二厅）建筑面积70.60m2

主卧室的面积15.91m2

次卧室的面积11.47m2

餐客厅的面积33.44m2

厨房的面积5.50m2

卫生间的面积4.28m2

1.6.12门窗在房间平面中的布置

两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。

阳台采用组合门窗高度2.4m。

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14层高层住宅楼，采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构、墙下条形桩基，标准层建筑平面布置如图2-1所示，主体结构高度为39.4m，一层层高3.0m，二至十四层层高为2.8m，突出屋面电梯机房层高3.0m，结构总高度42.4m。

该工程抗震设防烈度为7度，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为二组，基本风压0.55kNm2，地面粗糙度为B类，基本雪压为0.30kNm2；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HB=39.412.3=3.20＜5；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120且不应小于160mm，其他部位不应小于楼层高度的125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200mm，外墙300mm。

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Y方向上各片剪力墙的平面尺寸，如图2-2所示。

由图可知，YSW-21、YSW-22、YSW-6、YSW-7、YSW-82均为整截面墙。

该工程外墙的门洞口高度均为2400mm（其中洞口高度为1500mmm，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标准层平面布置图

标准层：

外墙连梁的截面面积和惯性矩分别为：

Abj=0.3×0.4=0.12m2Ibj0=×0.3×0.43=1.6×10-3m4

内墙连梁的截面面积和惯性矩分别为：

Abj=0.2×0.8=0.16m2Ibj0=×0.2×0.83=8.53×10-3m4

底层：

外墙连梁的截面面积和惯性矩分别为：

Abj=0.3×0.6=0.18m2Ibj0=×0.3×0.63=5.4×10-3m4

内墙连梁的截面面积和惯性矩分别为：

Abj=0.2×1.0=0.2m2Ibj0=×0.2×1.03=16.7×10-3m4

图2-2Y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μ=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InI与ζ（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=b×=0.05×14=0.7s，ωoT12=0.55×0.72=0.2695kN·s2m2

由《建筑结构荷载规范》可知，脉动增大系数ζ=1.30，脉动影响系数ν=0.50，振型系数ψZ=HiH。

图2-5风载体型系数

则风振系数=1+ψZζνμZ=1+1.30×0.5μZ×HiH。

在风荷载的作用下沿房屋高度分布风荷载标准值，即=0.55×（0.8＋0.5）×37.2μZ。

按上述方法确定的各楼层标高处风荷载标准值见表2-14。

表2-14各楼层风荷载计算

楼层

m

（kNm）

kN

kN·m

机房

42.4

1.5902

60.091

1.419

149.473

6337.655

14

39.4

1.000

1.5520

58.581

1.419

163.686

6449.228

13

36.6

0.929

1.5140

56.341

1.399

157.744

5773.430

12

33.8

0.858

1.4753

54.077

1.378

151.426

5118.199

11

31.0

0.787

1.4371

51.836

1.356

145.018

4495.558

10

28.2

0.716

1.3892

49.332

1.335

138.136

3895.435

9

25.4

0.645

1.3412

46.842

1.313

131.138

3330.905

8

22.6

0.574

1.2933

44.309

1.288

124.095

2804.547

7

19.8

0.503

1.2454

41.840

1.263

116.921

2315.036

6

17.0

0.431

1.1815

38.876

1.237

108.866

1850.722

5

14.2

0.360

1.1176

35.941

1.209

100.467

1426.631

4

11.4

0.289

1.0392

32.646

1.181

91.888

1047.523

3

8.6

0.218

1.000

30.377

1.142

85.544

735.678

2

5.8

0.147

1.000

29.154

1.096

81.618

473.384

1

3.0

0.0761

1.000

27.903

1.049

83.683

251.049

0.0

1.000

26.6

1

在壁式框架—剪力墙结构协同工作的分析中，应将沿高度分布的风荷载折算成倒三角分布荷载和均布荷载，qz按静力等效的原理折算成的节点集中力Fi，见表2-14。

现以F3为例，说明其计算方法。

=83.3434+1.0589+1.1415

=85.544

倒三角形分布的荷载和均布荷载由下式计算

（2-19）

（2-20）

其中：

kN

kN·m

则=79.310kNm

=6.784kNm

2.3水平地震作用计算

2.3.1.荷载代表值的计算

结构地震反应分析的计算简图如图2-4，集中于各质点的重力荷载Gi为计算单元范围内各楼层楼面上重力荷载代表值及上、下各半层的墙、柱等重力荷载。

（楼电梯间楼面自重力荷载近似取一般楼面自重力荷载的1.2倍）。

重力荷载代表值G1～G13计算结果列于表2-15，G14计算结果列于表2-16，G15计算结果列于表2-17。

表2-15重力荷载代表值G1～G13的计算

项目

单位面积重量（kN㎡）

面积

（㎡）

单位长度重量（kNm）

长度

（m）

重量

（kN）

外墙

8.75

244.3

2137.625

内墙

5.56

364.42

2026.175

隔墙

2.24

25.76

57.702

门

0.200

25.2

5.040

门窗

0.450

98.1

44.145

楼板

4.532

342.18

1550.760

卫生间厨房地面

4.532

36.76

166.596

楼梯间电梯间

5.4384

28.62

155.647

楼面活荷载

2.5

43.12

107.8

梁

1.6325

47.7

77.870

G1～G13=6329.36kN

表2-16重力荷载代表值G14的计算

项