框架剪力墙结构毕业设计计算书

摘  要  根据相关建筑设计规范要求，设计此六层住宅楼，结构形式为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构。本次设计主要包括建筑设计和结构设计两方面的内容，在建筑设计中，本着“安全，适用，经济，美观”的原则，进行了建筑平、立、剖面设计，并用天正CAD绘制了建筑平面图、立面图和剖面图。在结构设计中，选取一榀框架进行手算，通过荷载统计、内力计算、内力效应组合及配筋计算得出此榀框架柱和梁的配筋，最后利用pkpm建模计算绘制整个建筑的结构施工图。通过本次设计了解了建筑设计和结构设计流程，巩固了专业知识，达到了毕业设计的要求。

关键词：框架-剪力墙;现浇钢筋混凝土结构;梁柱配筋;pkpm计算

Abstract  According to relevant architecture design specification requirements, design this six-story residential building, structure form for cast-in-situ reinforced concrete frame shear wall structure. This design includes architecture design and structure design of two contents, in architecture design, in "safety, applicable, economy, beautiful" principle, the construction plan, elevation, section design, and drawn tianzheng CAD floor-plans, elevation and section. In structural design, selection of investigated.one is on hand, through the internal force calculation, load statistics, the internal force effect combination and calculated the reinforcement of the column and beam investigated.one reinforcement, finally, using the PKPM modeling calculation draw the entire building structure construction drawings. Through this design understand architectural design and structure design process, consolidate the professional knowledge, reached the graduation design requirements.

KeyWords：frame-shear wall;cast-in-situ reinforced concrete structure; Beam-column reinforcement; PKPM calculation

引言

我的毕业设计题目为ＸＸＸＸ大学廊坊分校教师公寓设计（方案一）。在毕业设计前期，我温习了《钢筋混凝土结构设计原理》、《建筑结构抗震设计》等专业课，查阅了《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《建筑结构荷载规范》等设计规范，到图书馆借阅了框架剪力墙设计相关的书籍。在毕业设计中期，我利用所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。在毕业设计后期，在老师的审批和指正下，修改手算稿并进行pkpm建模计算绘制结构施工图。

毕业设计的几个月里，在指导老师和同学的帮助下，经过查阅资料、设计计算，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解，同时也巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在制作电子手稿时，进一步熟练了Word和Excel。在绘图建筑图和结构图时熟练掌握了AutoCAD、天正、pkpm等绘图设计软件。以上这些工作基本上达到了毕业设计的目的和要求。

在计算过程中选取了一榀框架进行手算，其他榀框架和剪力墙用pkpm软件进行计算。在整个毕业设计过程中，得到了老师和同学指正帮助，在此表示衷心的感谢。

1 建筑设计

1.1 设计理念

“住”是与人类的生活息息相关的，而住宅楼是为人们生活提供最为良好环境的建筑。随着时代的发展，生活的内容和形式都在不断发生变化。住宅楼设计应该具有以下特点：（1）舒适性。保持良好的通风，足够的光线，温湿度适合，层高较高没有压抑感。（2）实用性，尽量使室内有足够的空间，满足对各种家具和电器的需求，同时符合当地居住习惯，使之更人性化。（2）安全性。建筑严格按照当地抗震设防标准设计，充分考虑地震作用的影响。（4）经济性，在保证安全的前提下，应严格控制建设经费。

在整个设计过程中，我本着“安全，适用，经济，美观”的原则，在满足住宅设计功能要求的前提下，完成了建筑设计这一环节，合理的选择框架-剪力墙，并为以后的结构设计打下了良好的基础。

1.2 工程概况

本设计住宅楼位于廊坊市，占地463.32平方米。该地段地势平坦，环境较好。

根据设计资料的规划要求，本住宅楼建筑共六层，无地下室，两个单元，一梯两户，户型三室。

室内外高差：750mm。

墙身做法：墙身采用240mm厚普通烧结砖，用M5混合砂浆砌筑。内粉刷为混合砂浆浆底，纸筋抹灰面，厚20mm, 内墙涮两度涂料,外墙贴砖。

楼面做法：楼板顶面为20mm水泥砂浆找平，5mm厚1:2水泥砂浆加“108”胶水着色粉面层；楼板底面为15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。

屋面做法（上人屋面）：现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层，1:2水泥砂浆找平层厚20mm，二毡三油防水层，撒绿豆砂保护。

门窗做法：塑钢窗和木门。

1.3设计依据

(1) ＸＸＸＸ大学廊坊分校教师公寓设计（方案一）的任务书

(2) 毕业设计开题报告

(3) 住宅设计规范、民用建筑设计通则、建筑设计防火规范、屋面工程技术规范及建筑地面设计规范等相关建筑设计规范

1.4 平面设计

平面设计如图1.1

该建筑物总长度为39.6m，总宽度为11.7m，共六层，总建筑面积为2779.32m2 。

住宅楼平面设计主要是设计各个房间的开间进深，以及房间之间的组合关系。同时设计时应注意居民的生活起居要求，考虑到当地居民的生活习惯，应为生活提供方便。 房间平面形状和尺寸主要是综合考虑家具布置、房间组合、技术经济条件和总体上节约用地等多方面因素来确定的，同时房间的开间和进深要符合建筑模数。

门窗的大小和位置，应考虑房间的出入方便，疏散安全，采光通风良好。

各主要房间的具体尺寸和面积一一列出，见表1.1：

表1.1 房间尺寸和面积

立面设计如图1.3

建筑立面设计需要考虑室外门窗洞口的位置、大小及排列方式，考虑外墙的外装饰效果及建筑整体效果，使之能够充分体现建筑的美，给人以美的感受。 

1.6 剖面设计

立面设计如图1.2

本方案中每层层高均为3m。窗台的高度都采用0.9m。出于采光方面的考虑，窗户的高度设为1.5m。本建筑设计底层室内相对标高±0.000，室外地面标高为-0.750m。

图1.1 建筑首层平面图

图1.2 建筑1-1剖面图

图1.3 建筑立面图

2 结构布置及截面尺寸初步估计

2.1结构布置

结构体系：采用钢筋混凝土现浇框架-剪力墙结构；

屋面结构：采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖，屋面板厚100mm；

楼面结构：全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，板厚100mm；

楼梯结构：采用现浇钢筋混凝土板式楼梯。

混凝土强度等级均为：C30

剪力墙布置在楼梯间周围，标准层结构布置平面图如图2.1所示：

图2.1 结构平面布置图

2.2柱截面设计

选择首层负荷面积最大的柱子，按轴压比限值考虑。

该结构选用C30的混凝土，选用二级钢筋HRB335。框架结构抗震等级为二级，轴压比限值=0.85，楼层总荷载标准值=12KN/m2，楼层数n=6，弯矩影响调整系数=1.1，恒载与活载的荷载分项系数的加权平均值=1.25。柱的负荷面积A==19.305mm2。

由公式

可得： =157000mm2

b=h==396mm.

考虑到个柱子的尺寸不宜相差过大以及柱子抗侧移刚度应有一定的保证，因此初选柱截面尺寸为： 450mm×450mm

2.3梁截面设计

横向框架梁：取AC跨，跨度：,梁高取,初选；梁宽度,初选。 

按简支梁满载时的验算，

取， 

选用HRB335，混凝土，，按单筋梁估算，

于是初选梁截面为：250mm×500mm。

对纵向框架梁作与横向类似的计算，为了便于施工，纵向框架梁也取250mm×500mm。

2.4剪力墙截面设计

剪力墙截面面积与楼面面积之比按3%~4%考虑，且纵横连个方向剪力墙截面积应大致相同，即纵、横向各应有=（1.5%~2%）=6.94~9.26,初选剪力墙厚200mm,粗算得=(6.6+5.1+5.1) 0.22=8.4 m2,满足要求。按图示布置的剪力墙也满足剪力墙壁率不小于5cm/ m2的要求。

3结构计算简图及刚度参数计算

3.1 结构计算简图

框架剪力墙的计算简图可简化为铰结体系和刚结体系两种，在铰结体系中，框架和剪力墙之间通过楼板联系或虽有连梁但刚度很小，其对墙肢的约束很弱，在计算简图中总剪力墙和总框架之间可以简化为铰结连杆；在刚结体系中，框架和剪力墙之间通过连梁联系，连梁对墙和柱都产生约束作用，但对柱的约束作用将反映在柱的D值中，因而计算简图中，连梁与总剪力墙相连端处理为刚结，而与总框架相连端为铰结，根据以上所述及结构平面布置图，在横向水平力作用下，框架和剪力墙之间是通过楼板联系的，故简化为铰结体系。计算简图如图3.1。

图3.1 结构计算简图

3.2梁线刚度IB 

根据规范可知，对于现浇楼板其梁的线刚度应进行修正：

边框架梁 =1.5 

中框架梁 =2 

表3.1 框架梁线刚度

3.3柱线刚度IC

表3.2 框架柱线刚度

3.4框架柱抗推刚度

3.4.1 横向2-6层框架柱D值计算（边框架）

表3.3 2-6层框架柱D值（边框架）

2-6层轴1与轴17边框架： KN/m

3.4.2 横向2-6层框架柱D值计算（中框架）（见表3.4）

表3.4 2-6层框架柱D值（中框架）

各榀框架的抗侧刚度： KN/m

3.4.3 横向底层框架柱D值计算（边框架）（见表3.5）

表3.5 底层框架柱D值（边框架）

3.4.4 横向底层框架柱D值计算（中框架）（见表3.6）   

表3.6 底层框架柱D值（中框架）

各榀框架的抗侧刚度： KN/m

3.4.5 横向楼层总抗侧刚度计算

2-6层： KN/m

1层： KN/m

4.4.6 楼层平均抗侧刚度  

KN/m

3.4.7 总框架平均每层架抗推刚度

平均层高： 

总框架平均每层抗推刚度：  KN

3.5 剪力墙抗弯刚度计算

为了便于计算，略去纵向剪力墙的作用。

剪力墙厚度：200mm，混凝土等级：C30 

剪力墙等效抗弯刚度公式： 

其中：——剪应力沿截面分布不均匀系数，矩形截面取1.2:；H——剪力墙总高度；——各墙肢截面面积之和；E——混凝土的弹性模量；——剪力墙截面惯性矩。

AD跨单片剪力墙

AD跨单片剪力墙等效抗弯刚度

DE跨单片剪力墙

DE跨单片剪力墙等效抗弯刚度

总剪力墙的等效抗弯刚度： 

3.6 铰结体系结构刚度特征值计算

4 竖向荷载及其内力计算

4.1计算单元的选择确定

图4.1 楼板荷载传递简图

取9轴为计算框架

计算单元宽度为3.3m， 8轴线至10轴线间，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影所示，如图4.1。

4.2竖向恒载统计

4.2.1 竖向恒载作用简图（如图4.2）：

图4.2 竖向恒载作用简图

4.2.2 屋面框架梁线荷载标准值

20厚水泥砂浆找平： 2 

100~140厚（2%找坡）膨胀珍珠岩:  1/2（0.1+0.14）×2

100厚钢筋混凝土结构层:2

15厚底板抹灰： 2

屋面恒荷载 kN/m2

AD跨与DE跨梁自重+梁侧粉刷： （0.5-0.1）×0.02×17=3.4 kN/m2

因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：

梁自重荷载： 

板传到梁上的荷载： 

4.2.3 楼面框架梁线荷载标准值

25厚水泥砂浆找平： 2 

100厚钢筋混凝土结构层:2

15厚底板抹灰： 2

屋面恒荷载 kN/m2

AD跨与DE跨梁自重+梁侧粉刷： （0.5-0.1）×0.02×17=3.4 kN/m2

填充墙自重+墙面粉刷： （3.0-0.5）×19+2×（3.0-0.5）×0.02×17=13.1kN/m2

因此，作用在标准层框架梁上的线荷载为：

梁自重+填充墙荷载： 

板传到梁上的荷载： 

4.2.4 屋面框架节点集中荷载标准值

边柱连系梁自重+粉刷： （0.5-0.1）×0.02×17×3.3=11.21 kN

女儿墙自重+粉刷：        1×0.02×0.24×19+1×0.02×2×17×3.3=17.29 kN

连系传来屋面自重：

顶层边节点集中荷载 kN

中柱连系梁自重+粉刷： （0.5-0.1）×0.02×17×3.3=11.21 kN

连系传来屋面自重：

顶层中节点集中荷载 kN

4.2.5楼面框架节点集中荷载标准值

边柱连系梁自重+粉刷： （0.5-0.1）×0.02×17×3.3=11.21 kN

钢窗自重：              1.5×1.8×0.45=1.22kN

窗下墙体自重+粉刷： （3.3-0.45）×19+2×（3.3-0.45）×0.02×17×0.9=13.44 kN

窗边墙体自重+粉刷： （1.5-0.45）×（3.0-0.5-0.9）×19+0.02×2×（1.5-0.45）×（3.0-0.5-0.9）×19=5.91 kN

框架柱自重+粉刷： （0.45×4-0.24×3）×0.02×17×3.0=16.29 kN

连系传来楼面自重：

标准层边节点集中荷载： kN

边柱连系梁自重+粉刷： （0.5-0.1）×0.02×17×3.3=11.21 kN

内纵墙自重+粉刷： （3.3-0.45）×19+2×（3.3-0.45）×0.02×17×3.0=44.80 kN      

框架柱自重+粉刷： （0.45×4-0.24×3）×0.02×17×3.0=16.29 kN

连系传来楼面自重：

标准层中节点集中荷载： kN

4.3竖向活载统计

活荷载：屋面活荷载：2 kN/m2，楼面活荷载：2 kN/m2

4.3.1竖向活载作用简图见图4.3：

图4.3 竖向活载作用简图

4.3.2 作用在顶层框架梁上的线荷载为：

4.3.3 作用在顶层节点上的集中荷载

4.3.4 作用在楼面框架梁上的线荷载为：

4.3.5 作用在标准层节点上的集中荷载

4.4恒载作用下的内力计算

恒载作用下的内力计算采用分层法，将框架分成多个的单层无侧移框架，用力矩分配法进行计算，求得每层框架的弯矩后再进行叠加，从而得到框架各杆端的弯矩，

4.4.1 框架梁固端弯矩计算

1)顶层：

AD跨：   

AD跨梁固端弯矩： 

DE跨： 

DE跨梁固端弯矩： 

2)标准层及底层

AD跨：   

AD跨梁固端弯矩： 

DE跨： 

DE跨梁固端弯矩： 

4.4.2 利用力矩分配法计算无侧移框架弯矩（见表4.1）

表4.1 恒载作用下无侧移框架弯矩

4.4.3 弯矩叠加及不平衡弯矩分配（见表4.2）

表4.2 恒载作用下叠加后的弯矩 

4.4.4 恒载作用下框架的弯矩图、剪力图及轴力图（分别见图4.4、图4.5、图4.6）

图4.4 恒载作用下框架弯矩图

图4.5 恒载作用下框架剪力图

图4.6 恒载作用下框架轴力图

4.5活载作用下的内力计算

当活载产生远小于恒载及水平力所产生的内力时，可不考虑活载的最不利布置，可把活载同时作用于所有的框架梁上，这样求得的内力与按最不利荷载位置法求的的内力较为接近，可直接进行内力组合，但求得的梁的跨中弯矩却比最不利荷载位置法计算结果要小，因此对跨中弯矩应乘以1..1~1.2系数予以增大。本工程活载内力计算采用满布荷载计算，梁跨中弯矩都乘以1.2增大系数。

4.5.1 框架梁固端弯矩计算

由于各层梯形荷载相等，故每层各跨的弯矩是相等的。

AD跨：   

AD跨梁固端弯矩： 

DE跨： 

DE跨梁固端弯矩： 

4.5.2 利用弯矩分配法计算无侧移框架的弯矩（见表4.3）

表4.3 活载作用下叠加后的弯矩

4.5.3 弯矩叠加及不平衡弯矩的分配（见表4.4）

表4.4 活载作用下无侧移框架弯矩