宿迁市公共卫生服务中心主楼框架-剪力墙结构消能减震设计文献综述

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文献综述

一、工程概况和设计基本资料

本工程为实际应用课题，位于宿迁市，房屋总高54.9米，共13层，总长59.6米，总宽18.4米。一层层高为5.4米，2-4层层高为4.2米，5-12层层高为3.9米，,13层层高为5.4米。基本风压：0.45kN/m2，，基本雪压：0.35kN/m2。，主导风向：东南风。工程所在场地有液化土层，Ⅱ类场地。土质较均匀，场地上部为新生代沉积成因的粉土，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g，设计地震分组为第一组。

二、框-剪结构的特点

1.概念

框架-剪力墙结构简称框剪结构，她是在框架结构中布置一定数量的剪力墙。它主体是框架，由梁柱形成，同时又有一定数量的剪力墙。在建筑功能上有足够的空间，在结构上具有足够的水平刚度，使得它具有很强的抗震能力，并减少在水平荷载作用下结构的侧移，避免砌体填充墙在地震中严重破坏和倒塌。框-剪结构在现代建筑中技术已经比较成熟，广泛应用于办公和公用高层建筑，也大量应用于高层旅馆建筑。

2.框剪受力特点

在下部楼层，剪力墙位移小，它拉着框架按弯曲形曲线变形，剪力墙承担大部分水平力；在上部楼层，剪力墙外倒，框架内收，框架推剪力墙按剪切型曲线变形，剪力墙出现负剪力，框架除了负担外荷载产生的水平力外，还要把剪力墙推回来，承担附加的水平力，因此及时外荷载产生的顶层剪力很小，框架承受的水平力也很大。

框剪结构中框架剪力是下部为零，下面小上面大。由此可见框剪结构中的框架，控制截面为中部甚至是顶部楼层。其受力如图1-1所示：

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、抗震墙布置的基本原则

框架-抗震墙结构中的抗震墙宜沿主轴方向双向布置，贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连，互为翼墙，以提高其刚度和承载能力。

抗震墙的一般布置原则是均匀、分散、对称、周边。

2、抗震墙布置位置的选择

一般情况下，宜布置在竖向荷载较大处，平面形状变化处和楼梯间、电梯间等。

房屋较长时，纵向抗震墙不易设置在端开间。

3、抗震墙布置的具体要求

（1）楼（电）梯间、竖井等使楼面开洞的竖向通道，不宜设在结构单元端部角区及凹角处；

（2）纵横向抗震墙成组布置：纵横向抗震墙宜合并布置为L形、T形和口字形。

（3）合理调整抗震墙的长度：为了保证抗震墙具有足够的的延性,不发生脆性的剪切破坏，每一道抗震墙（包括单片墙、小开口墙和联肢墙）不应过长，总高度与总长度之比宜大于2。

（4）抗震墙的最大间距：抗震墙间距不应过大。

4、抗震墙的边框梁、柱

抗震墙的端部钢筋配置在柱截面内。

框架梁应保留，当无法设置明梁时应设置暗梁。

暗梁的高度、纵筋、箍筋与明梁相同，配置在墙身内。

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，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

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、消能减震设计

本工程拟在结构中采用消能减震技术，初步决定采用粘滞阻尼墙减震产品，预计将结构阻尼比由5%增加到10%.

八、参考文献

龙驭球、包世华主编.结构力学1-基本教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

龙驭球、包世华主编.结构力学2-专题教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

混凝土设计规范GB50010-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

建筑抗震设计规范GB50011-2010.[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

建筑地基基础设计规范GB50007-2011.[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

建筑桩基技术规范JGJ94-2008.[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

徐秀丽主编.混凝土框架结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

叶献国、徐秀丽主编.建筑结CAD应用基础[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

董军、张伟郁、顾建平编著.土木工程专业毕业设计指南-房屋建筑分册[M].北京：

中国水利水电出版社，2012年3月

中国建筑标准设计研究院编.混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（03G101-1)[M].北京计划出版社，2008.

建筑设计资料集编委会编.建筑设计资料集（8)第二版[M].北京：中国建筑工业出版社，1996.

建筑设计资料集编委会编.建筑设计资料集（9)第二版[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

建筑结构构造资料集编委会编.建筑结构构造资料集（上、下）第二版[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

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，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。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。

2、立面设计

立面设计时首先应推敲各部分总的比例关系，考虑建筑物整体的几个方面的统一，相邻立面的连接与协调，然后着重分析各立面上墙面的处理、门窗的调整和安排，最后对入口、门廊等进一步进行处理。

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处，消防疏散用楼、电梯布置在建筑物两端，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，其耐火等级不能低于一级。

2）防火设计要点

（1）总平面布局中的消防问题

a.选址应在交通便捷处，根据城市规划确定的场地位置应有方便的道路通过，要求既靠近干道，便于高层建筑中人群的集散，又便于消防时交通组织和疏散。

b.应设环形车道，高层建筑周围应设宽度不小于3.5m的环形车道，可以部分利用交通道路，以便消防车能靠近高层主体，能在消防时有足够的流线。

(2）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。

(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。

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。

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。

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

指导教师意见：

1．对文献综述的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

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所在专业审查意见：

负责人：

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