高层框架剪力墙教学办公楼设计土木工设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流高层框架剪力墙教学办公楼设计土木工设计.精品文档.第一篇 建筑设计1.1 工程概况1.1.1 建筑地点本建筑为湖南文理学院教学楼，湖南文理学院位于湖南常德市洞庭大道西段，教学楼位于该校西北部，北为柳叶大道，西邻芙蓉路。1.1.2 建筑规模1. 建筑总面积： 18903.6m2；2. 建筑层数：主体地上14层，地下1层；3. 结构形式：钢筋混凝土框架剪力墙结构。1.1.3 建筑技术条件1. 气候条件（1）主导风向：夏季主导风向为东南风，冬季的主导风向为北风；（2）基本风压： ；（3）日照间距：按1：1.1考虑；（4）基本雪压：。1.2 总体概论

2、本建筑是一栋高层综合教学楼，总建筑面积18903.6m2。由于设计要求13000m2左右的教室用房，以及2400m2左右的教师办公用房，所以将该楼设计成十四层，并附以楼梯房，电梯机房房为小塔楼。整个建筑从平面上看为曲线L型，比较规整大气，符合教学楼庄重严谨的特点，也象征求学道路可能是伴有曲折；二个部分面积尺寸不同，突出了主体，显得灵活生动。在立面材料的选择上，采用高级银灰色瓷砖贴面，窗户周围夹有白色瓷砖带，既庄严，又有变化。1.3 平面设计1.3.1 教室设计该建筑主要用于普通教室（40人）与合班教室（80人），且以普通教室为多，参考中小学建筑设计（张宗尧，李志民）和学生课桌椅功能尺寸，取普通

3、教室尺寸为8.4m6.9m，所以取开间为8.4m，进深7.2m，采用小柱距4.2m，每两个开间为一间普通教室；取合班教室尺寸为12.0m7.8m，所以取开间为12m，进深为7.8m，采用6.0m的柱网，每两个开间为一间合班教室。1.3.2 办公室设计设计十到十四层主要作为专任教师的办公室，故以23人的小办公室为主，并布置部分可容纳810人的大办公室作为行政办公室。公室平面尺寸主要为4.2m6.9m和3.0m7.8m，配合教室的柱网布置。每层均设置了满足教师开会的使用需要的小会议室和中会议室各一间。1.3.3 门窗的布置由于本设计是教学办公楼，所以从它的主要功能出发，必须保证在无电灯的情况下的一

4、级采光要求，所有的教室和休息室的开窗设计保证基本的横向对称布置门窗，教室满足1/5的窗地比，办公室满足1/6的窗地比，楼梯间和电梯间也具有很好的自然采光。门的设计方面，在一楼的大厅采用了六个1.5米宽玻璃门。教室、教员休息室的门主要采用的是900mm2100mm的夹板门。具体设计见建筑图门窗表。1.3.4 交通联系部分平面设计走廊：教学用房内廊净宽应大于2.1m，且考虑到两侧教室较多，人员流动大，故取走廊轴线间宽度为3.0m。除去墙体厚度，走廊净宽为2.8m。 并在南北向和东西向走廊交汇外加大走廊宽度至4.2m，减小两股人流在此处汇集时的交通压力。走道尽端设置2.12.1的窗，以满足交通联系部

5、分的自然采光要求，增加走廊亮度，同时符合通风需要。楼梯：为使人流尽早分散，避免底层走廊过于拥挤，在东西向主轴线附近将电梯布置在门厅旁边，其中电梯均为客梯兼消防电梯。另在靠近东西端头处再分别设置一部楼梯；在南北向交通流线中部，设置2部消防电梯和1间楼梯，主要供南北向内廊两侧房间人员的集散需要。三个楼梯间四部电梯在建筑中均匀布置，在两部楼梯间的任一房间门至楼梯间的最大距离为14.7m满足L150m，还应考虑柱剪切变形对结构抗侧刚度产生的影响，按下式进行抗侧刚度的修正：（1）由梁柱弯曲变形引起的侧移在顶点作用集中力。顶点侧移为各层层间位移之和，即其中： 底层层间位移214层各层层间位移故，（2）由柱

6、轴向变形引起的侧移对于框架顶点集中水平荷载式中，A为底层边柱的截面面积。（3）将及代入公式 ，得2.2 剪力墙的等效刚度计算2.2.1 剪力墙W-1的等效刚度计算A. 250厚剪力墙（13层）有效翼缘宽度：（1）按翼缘厚度：（2）按总高度：取最小值，图2-3 剪力墙W-1（250厚）截面尺寸墙肢面积：墙肢形心：墙肢惯性矩：剪应力分布不均匀系数：由， 查得。剪力墙W-1的等效抗弯刚度：B. 200厚剪力墙（414层）有效翼缘宽度：（1）按翼缘厚度：（2）按总高度：取最小值：图2-3 剪力墙W-1（200厚）截面尺寸墙肢面积：墙肢形心：墙肢惯性矩：剪应力分布不均匀系数：由， 查得。剪力墙W-1的等

7、效抗弯刚度：2.2.2 剪力墙W-2的等效抗弯刚度A. 250厚剪力墙（13层）图2-4 剪力墙W-2截面尺寸墙肢面积：墙肢形心：墙肢惯性矩：剪应力分布不均匀系数：对一字形剪力墙，。剪力墙W-2的等效抗弯刚度：B. 200厚剪力墙（414层）墙肢面积：墙肢形心：墙肢惯性矩：剪应力分布不均匀系数：对一字形剪力墙，。剪力墙W-2的等效抗弯刚度：2.2.3 剪力墙W-3的等效刚度的计算A. 250厚剪力墙（13层）有效翼缘宽度：（1）按翼缘厚度：（2）按总高度：取最小值：图2-5 剪力墙W-3（250厚）截面尺寸墙肢面积：墙肢形心：墙肢惯性矩：剪应力分布不均匀系数：对工字形剪力墙，。剪力墙W-3的等

8、效抗弯刚度：B. 200厚剪力墙（414层）有效翼缘宽度：（1）按翼缘厚度：（2）按总高度：取最小值：图2-6 剪力墙W-3（200厚）截面尺寸墙肢面积：墙肢形心：墙肢惯性矩：剪应力分布不均匀系数：对工字形剪力墙，。剪力墙W-3的等效抗弯刚度：2.2.4 综合剪力墙等效抗弯刚度2.3 连梁约束刚度计算共有4处梁与墙肢相连，从左至右3轴连梁记为连梁1，7轴连梁记为连梁2，10轴连梁记为连梁3，14轴连梁记为连梁4，综合连梁共包含4根连梁。连梁截面，混凝土强度等级为C40。2.3.1 连梁1约束弯矩计算连梁1刚臂长度 连梁1惯性矩 连梁1剪切变形系数 连梁1约束弯矩 2.3.2 连梁2约束弯矩计算

9、连梁2刚臂长度 连梁2惯性矩 连梁2剪切变形系数 连梁2约束弯矩 2.3.3 连梁3约束弯矩计算连梁3刚臂长度 连梁3惯性矩 连梁3剪切变形系数 连梁3约束弯矩 2.3.4 连梁4约束弯矩计算连梁4刚臂长度 连梁4惯性矩 连梁4剪切变形系数 连梁4约束弯矩 2.3.5 综合连梁约束刚度计算综合连梁约束刚度：2.4 框架剪力墙结构的刚度特征值第3章 地震作用计算3.1 荷载计算3.1.1 恒载标准值计算（1）屋面恒载保护层：40厚C20细石混凝土 防水层：SBS(3+3)改性沥青防水卷材 找平层：20厚1：2.5水泥砂浆 找坡层：20厚（最薄处）1:8水泥憎水膨胀珍珠岩找2%坡保温层：60厚挤塑

10、聚苯乙烯泡沫塑料板 结构层：120mm厚现浇钢筋混凝土板 顶棚层：10厚水泥砂浆 合计： （2）楼面恒载水磨石地面： 结构层：100mm厚现浇钢筋混凝土板 顶棚层：10mm厚水泥砂浆 合计： （3）卫生间楼面陶瓷地砖地面： 结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 顶棚层：10厚水泥砂浆 合计： （4）屋面梁自重恒载横向主梁 梁自重： 抹灰层：10mm厚混合砂浆 合计： 纵框梁 梁自重： 抹灰层：10mm厚混合砂浆 合计： （5）楼面梁自重恒载横框梁 梁自重： 抹灰层：10mm厚混合砂浆 合计： 纵向主梁 梁自重： 抹灰层：10mm厚混合砂浆 合计： （6）框架柱自重恒载框架柱 柱自重： 抹灰层：10

11、mm厚混合砂浆 合计： （7）内外墙自重恒载（蒸压加气混凝土砌块） 250厚 墙体自重： 200厚 墙体自重： 墙面贴瓷砖： 合计：250厚 纵墙 200厚 纵墙 （8）门窗自重恒载： （9）剪力墙自重恒载： 250厚墙体自重： 200厚墙体自重： 墙面贴瓷砖： 墙面涂料： 合计：250厚 剪力墙 200厚 剪力墙 （10）女儿墙自重恒载（蒸压加气混凝土砌块，上压素混凝土） 1.12m高混凝土砌块自重： 0.08m高素混凝土： 外墙面贴瓷砖： 20厚水泥砂浆抹灰 合计： 3.1.2 活荷载标准值计算屋面活载（上人屋面）： 楼面活载： 走廊活载： 楼梯活载： 电梯活载： 屋面雪载： 3.2 各层

12、重力荷载代表值计算 计算时，恒载组合系数为1.0，活载组合系数为0.5。表3-1 底层重力荷载代表值计算项目单位面积重量面积单位长度重量长 度重量纵墙2.89256.78742.09横墙2.89246.12711.29门窗0.35157.8655.25楼板3.35281.52943.09走道3.35375.841259.06卫生间4.0199.36398.43楼梯间4.0249.68199.71横框梁3.92158.60621.71纵框梁2.64145.80384.91框架柱9.41175.501651.46剪力墙7.36209.601542.66楼面活载2.50380.88952.20走道活

13、载3.50425.521489.32注：楼梯间楼面自重近似取一般楼面自重的1.2倍；表3-2 23层重力荷载代表值计算项目单位面积重量面积单位长度重量长 度重量纵墙2.89284.26821.51横墙2.89256.35740.85门窗0.35166.5058.28楼板3.35484.381622.67走道3.35172.98579.48卫生间4.0199.36398.43楼梯间4.0249.68199.71横向主梁3.92158.60621.71纵向主梁2.64145.80384.91柱9.41162.001524.42剪力墙7.36192.811419.08楼面活载2.50583.7414

14、59.35走道活载3.50222.66779.31注：楼梯间楼面自重近似取一般楼面自重的1.2倍；表3-3 410层重力荷载代表值计算项目单位面积重量面积单位长度重量长 度重量纵墙2.61284.26741.92横墙2.61256.35669.07门窗0.35166.5058.28楼板3.35484.381622.67走道3.35172.98579.48卫生间4.0199.36398.43楼梯间4.0249.68199.71横框梁3.92158.60621.71纵框梁2.64145.80384.91框架柱9.41162.001524.42剪力墙6.11192.811178.07楼面活载2.50

15、583.741459.35走道活载3.50222.66779.31注：楼梯间楼面自重近似取一般楼面自重的1.2倍；表3-4 1113层重力荷载代表值计算项目单位面积重量面积单位长度重量长 度重量纵墙2.61299.38781.38横墙2.61356.17929.60门窗0.35151.3858.28楼板3.35484.381622.67续表3-4项目单位面积重量面积单位长度重量长 度重量走道3.35172.98579.48卫生间4.0199.36398.43楼梯间4.0249.68199.71横框梁3.92158.60621.71纵框梁2.64145.80384.91框架柱9.41162.00

16、1524.42剪力墙6.11192.811178.07楼面活载2.00484.38968.76走道活载2.50322.02805.05注：楼梯间楼面自重近似取一般楼面自重的1.2倍；表3-5 14层重力荷载代表值计算项目单位面积重量面积单位长度重量长 度重量纵墙2.61299.38781.38横墙2.61356.17929.60门窗0.35151.3858.28屋面板5.74723.604153.46楼梯间4.0224.8499.857电梯机房3.3557.96194.17横框梁3.76158.60596.34纵框梁2.50145.80364.50续表3-5项目单位面积重量面积单位长度重量长

17、度重量框架柱9.41162.001524.42剪力墙6.11192.811178.07女儿墙3.14129.60406.94雪荷载0.5723.60361.80注：楼梯间楼面自重近似取一般楼面自重的1.2倍；表3-6 重力荷载代表值计算层号质点位置1410467.92各楼层标高处11139165.574109098.00239490.3819730.423.3 振型分解反应谱法的一般思路对于不考虑扭转耦联振动影响的结构：第振型质点的水平地震荷载标准值按下式计算： 按下式求出振型组合的水平地震作用效应（内力和位移）：Matlab具有强大的计算功能，有很多既有的库函数，且十分便于进行矩阵的计算，所

18、以选择用Matlab语言编写程序，求解柔度矩阵、自振频率矩阵、振型，利用电算结果，手算求解地震作用的各振型的振型参与系数，各振型的水平作用，最后对三个振型进行效应的组合。3.4 程序分析计算的结果3.4.1 结构自振周期、振型及振型参与系数本设计为类场地，设防烈度为7度，地震影响系数最大值，特征周期，阻尼比，阻尼调整系数，直线下降段下降斜线调整系数，衰减指数。利用Matlab程序生成柔度矩阵： （单位：）结构自振周期：（单位：）通常多自由度结构的动力位移主要是由前几个较低频率的振型组成，更高频率的影响很小，可忽略不计。故在此只取前三个自振频率及其相应振型进行地震作用的计算。 第一振型第二振型

19、第三振型 由得到前三个振型的计算结果，和见表3-7：表3-7 各振型，及第一振型第二振型第三振型自振频率（）5.28120.66649.801自振周期（）1.1900.3040.126地震影响系数0.0270.0800.080振型参与系数1.417-0.6400.3683.4.2 各振型的地震作用计算（1）第一振型表3-8 第一振型水平地震作用标准值层号10.01670.00039730.42162.130.053.96.1123.8420.05680.00329490.38539.121.747.520.32152.4330.11480.01329490.381089.2414.3511.1

20、41.06455.7940.18570.03459098.001689.7958.2914.763.70936.4250.26560.07069098.002416.64170.5118.391.101667.1860.35100.12329098.003193.63393.5221.9120.392636.6370.43910.19289098.003994.80770.1825.5150.603840.2280.52750.27829098.004798.891335.1529.1180.915264.4790.61430.37749098.005589.232109.4232.7210.

21、706890.01100.69840.48779098.006353.763098.8536.3239.538694.76110.77880.60659165.577138.024329.2639.9267.1110657.55120.85540.73179165.577840.265736.8443.5293.3812762.22130.92870.86259165.578512.207341.8747.1318.5315002.70141.00001.000010467.9210467.9210467.9250.7394.6220007.302398.0788991.51解得图3-6 第一

22、振型折算荷载，（2）第二振型表3-9 第二振型水平地震作用标准值层号1-0.06990.00499730.42-680.00-3.323.934.83135.852-0.22180.04929490.38-2104.79-103.537.5107.82808.643-0.40980.16799490.38-3888.73-652.9111.1199.202211.154-0.59320.35199098.00-5396.85-1899.0214.7276.464063.925-0.73840.54539098.00-6718.14-3663.1618.3344.146297.796-0.819

23、90.67239098.00-7459.65-5014.9121.9382.138368.567-0.82140.67479098.00-7473.32-5042.5425.5382.839762.078-0.73640.54249098.00-6700.22-3633.9129.1343.229987.809-0.56800.32269098.00-5167.66-1667.2132.7264.728656.2510-0.32730.10719098.00-2977.57-318.9336.3152.535536.7711-0.03140.00109165.57-287.78-0.2839.

24、914.63583.86120.29980.08999165.572747.92247.0043.5-139.73-6078.11130.64780.41979165.575937.502491.6747.1-301.91-14219.98141.00001.000010467.9210467.9210467.9250.7-536.23-27186.701524.648927.89解得均布荷载 ，倒三角形荷载 （3）第三振型表3-10 第三振型水平地震作用标准值层号10.19060.03639730.421854.3767.353.954.65213.1520.54290.29479490.3

25、85151.901518.227.5151.841138.8030.86070.74079490.388167.916050.1411.1240.732672.1141.00001.00009098.009098.009098.0014.7268.143941.7150.89300.79749098.008124.176478.0518.3239.444381.7860.55470.30779098.005046.841552.9921.9148.743257.5070.07340.00549098.00667.893.60025.519.68501.958-0.41750.17439098.

26、00-3798.20-661.9829.1-111.94-3257.569-0.77780.60509098.00-7076.78-4281.6932.7-208.57-6820.3210-0.90020.81049098.00-8190.21-6637.3336.3-241.39-8762.3911-0.73830.54519165.57-6767.23-3689.0439.9-197.98-7899.3412-0.31610.09999165.57-2897.15-289.4643.5-84.76-3686.95130.28680.08229165.572628.36216.1447.176.893621.71140.97110.943010467.9210165.469586.5050.7299.6015189.93655.104492.09解得顶点集中力 3.4.3 各振型作用下的协同工作分析1. 第一振型作用下的协同分析（1）结构顶点位移和层间位移倒三角形荷载：顶点集中荷载：表3-11 水平地震第一振型楼层各质点水平位移计算层号标高倒三角分布荷载顶点集中荷载总位移层间位移1450.71.0000.22325.36370.21172.25267.61640.56820.15781347.10.9290.20845.00980.19152.03847.