南京麒麟科技园办公楼建筑结构设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

一、工程概况和设计基本资料

本工程位于南京市江宁区,为办公楼建筑，总建筑面积约15400平米，其中：地上建筑面积14053平米，地下1375平米，占地面积1375平米。该建筑为框架剪力墙结构，主体地上十层，长48.2m，宽36.1m， 主体高36.9m。首层层高为4.5m，标准层层高为3.6m，顶层层高为3.6m，出屋面楼梯间层高为3.6m,基本风压：0.35kN/m²，基本雪压0.4kN/m²，主导风向：东南风。工程所在场地为无液化土层，Ⅱ类场地。土质较均匀，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。

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）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，结构顶点水平位移与楼房高度四次方成正比；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。　　（2）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。　　（3）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。　　（4）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

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。

纯框架结构变形 纯剪力墙结构变形

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.框-剪结构应设计成双向抗侧力体系，主体结构构件之间不宜采用铰接。抗震设计时，两主轴方向均应布置剪力墙。梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合，框架的梁与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4。

2.框-剪结构中剪力墙的布置一般按照均匀、对称、分散、周边的原则布置：

a)剪力墙宜均匀对称地布置在建筑物的周边附近、楼电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位；在伸缩缝、沉降缝、防震缝两侧不宜同时设置剪力墙。

b)平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。

c)剪力墙布置时，如因建筑使用需要，纵向或横向一个方向无法设置剪力墙时，该方向可采用壁式框架或支撑等抗侧力构件，但是，两方向在水平力作用下的位移值应接近。壁式框架的抗震等级应按剪力墙的抗震等级考虑。

d)剪力墙的布置宜分布均匀，单片墙的刚度宜接近，长度较长的剪力墙宜设置洞口和连梁形成双肢墙或多肢墙，单肢墙或多肢墙的墙肢长度不宜大于8 m。每段剪力墙底部承担水平力产生的剪力不宜超过结构底部总剪力的40%。

e)纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内。房屋纵向长度较长时，不宜集中在两端布置纵向剪力墙，否则在平面中适当部位应设置施工后浇带以减少混凝土硬化过程中的收缩应力影响，同时应加强屋面保温以减少温度变化产生的影响。

f)楼梯间、竖井等造成连续楼层开洞时，宜在洞边设置剪力墙，且尽量与靠近的抗侧力结构结合，不宜孤立地布置在单片抗侧力结构或柱网以外的中间部分。

g)剪力墙间距不宜过大，应满足楼盖平面刚度的要求，否则应考虑楼盖平面变形的影响。

3.框架―剪力墙结构中的剪力墙，宜设计成周边有梁柱(或暗梁柱)的带边框剪力墙。纵横向相邻剪力墙宜连接在一起形成L形、T形及口形等，以增大剪力墙的刚度和抗扭能力。

4.在长矩形平面或平面有一项较长的建筑中，其剪力墙的布置宜符合下列要求：

a)横向剪力墙沿长方向的间距宜满足规范的要求，当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时，剪力墙的间距应予减小。

b)纵向剪力墙不宜集中布置在两尽端。

5.剪力墙宜贯通建筑物全高，沿高度墙的厚度宜逐渐减薄，避免刚度突变。当剪力墙不能全部贯通时，相邻楼层刚度的减弱不宜大于30%，在刚度突变的楼层板应按转换层楼板的要求加强构造措施。

6.剪力墙数量的确定

剪力墙多了则不经济，少了则影响结构安全，因此剪力墙数量的确定是框剪结构设计的重要环节。通过一些实际工程的设计，一般的都要有合适的剪力墙的数量。在一些计算信息如：结构在地震作用下的周期、层间位移角等等，都相对的较容易满足。在这其中我们应当注意对框架柱和剪力墙各自承担的倾覆弯矩之间比例的控制，剪力墙承担的倾覆弯矩大于50％的框架倾覆弯矩结构才可以把这种结构形式定性为在计算模型中选为框架-剪力墙结构。总结一些成功的设计实例：一般底层结构剪力墙截面面积Aw和柱截面面积Ac之和对楼层面积Af之比以及剪力墙截面面积Aw与楼面面积Af之比均控制在表1范围内：

表1 底层结构剪力墙截面面积与楼面面积之比

高层建筑采用框一剪结构时，宜取表中的上限值。表中数量为剪力墙纵横两个方向总量，两个方向的剪力墙数量宜接近。

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、剪力墙和连梁按其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的水平荷载后，再根据个片剪力墙的等效抗弯刚度进行内力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。本工程拟采用桩基础，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

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（详见附件）

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

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