框架结构大学论文开题报告.docx
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框架结构大学论文开题报告
框架结构毕业设计开题报告
————————————————————————————————作者:
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ﻩ
开题报告
题目:
朔州市政府办公楼建筑结构设计(框架结构4)
文献综述:
填写说明:
指根据研究内容查阅大量的参考文献,通过文献的阅读写清该课题内容的国内外研究现状、基本研究方法、当前存在的问题、发展动向,进而引出开展本设计(论文)研究的内容、意义、必要性和价值等(页面大小可以根据字数多少调整)。
1.前言
作为一名土木工程专业的学生,毕业设计无疑是大学阶段最为重要的环节之一,它是对我们大学阶段所学知识的一次综合运用,是我们踏入工作岗位之前的一次大练兵。
通过毕业设计,使我们熟悉设计的全过程,培养我们独立分析、解决问题的意识,并锻炼我们调查研究,收集资料查阅资料及阅读中、外文文献的能力,为成为一名合格工程师做好准备。
我的毕业课题是朔州市政府办公楼建筑结构设计。
作为政府部门的办公场所,政府办公楼除应具备一般办公楼所应该具有的功能合理、布局实用、设施先进的特点外,还须体现出领导机构的权威性与群众办事机构的亲切性。
而要实现造型与功能的完美搭配,则要求我们必须选择合适的结构形式,本课题设计采用钢筋混凝土框架结构。
2.研究背景
在钢筋混凝土建筑中,框架结构是一种常用的结构形式,具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点,前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。
钢筋混凝土框架结构是由楼板、梁、柱及基础几种承重构件组成的,由主梁、柱与基础构成平面框架,各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。
在合理的高度和层数的情况下,框架结构能够提供较大的建筑空间,其平面布置灵活,可适合多种工艺与使用功能的要求。
2.1研究现状
对于框架结构,在结构建筑特点方面:
它是由钢筋混凝土梁、柱、节点及基础为主框,加上楼板、填充墙、屋盖所组成的结构形式,楼板和横梁连在一起,横梁和柱通过节点连为一体,形成承重结构,将荷载传至基础,力的传递路线比较明确。
对于整个房屋全部采用这种结构形式的称为框架结构或纯框架结构。
框架可以是等跨或不等跨的,也可以是层高相同或不完全相同的,有时因房屋布局和空间使用要求等原因,也可能要在某层抽柱或某跨抽梁,形成缺梁、缺柱的框架。
墙体是填充墙,仅起围护和分隔作用,所以框架结构的最大特点是承重构件与围护构件有明确分工,建筑物的内外墙处理十分灵活,应用范围很广,因此能为建筑提供灵活的使用空间。
在结构受力性能方面:
框架结构构件截面较小,因此框架结构的承载力和刚度都较低,它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,楼层越高,水平位移越慢,高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力,所以框架结构属于柔性结构,自振周期较长,地震反应较小,经过合理的结构设计可以具有较好的延性性能。
2.2结构优缺点
钢筋混凝土框架结构的主要优点:
空间分隔灵活,自重轻,节省材料;具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点,利于安排需要较大空间的建筑结构;框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化,便于采用装配整体式结构,以缩短施工工期;采用现浇混凝土框架时,结构的整体性、刚度较好,设计处理好也能达到较好的抗震效果,而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。
钢筋混凝土框架结构的缺点为:
框架节点应力集中显著;框架结构的侧向刚度小,属柔性结构框架,在强烈地震作用下,结构所产生水平位移较大,易造成严重的非结构性破坏,适用于非抗震设计;钢材和水泥用量较大,构件的总数量多,吊装次数多,接头工作量大,工序多,浪费人力,施工受季节、环境影响较大;不适宜建造高层建筑。
2.3适用范围
框架是由梁柱构成的杆系结构,其承载力和刚度都较低,特别是水平方向的(即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度,但也是有限的),它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,其总体水平位移上大下小,但相对于各楼层而言,层间变形上小下大,设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素,对于钢筋混凝土框架,当高度大、层数相当多时,结构底部各层不但柱的轴力很大,而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加,从而导致截面尺寸和配筋增大,对建筑平面布置和空间处理,就可能带来困难,影响建筑空间的合理使用,在材料消耗和造价方面,也趋于不合理,故一般适用于建造不超过15层的房屋。
2.4发展趋势
进入当代社会,随着经济的快速发展,人们对办公楼的要求也越来越高,使得传统的木质、砖混结构的办公楼已不能满足现代办公的需求。
而钢筋混凝土框架结构的出现则突破了这些局限性:
一方面,框架结构以梁柱承重的特点使平面布置更加灵活;另一方面,梁柱本身结构类型和布置位置也可以灵活选定,比如柱子可以选用L型、T型、十字型等类型,如此可以使整个立面更加富于变化;再则,通过合理设计,框架结构可以做成延性框架,延性框架的抗震性能好,可承受较大侧向变形。
因此,钢筋混凝土框架结构在多、高层办公楼中得到了广泛的使用。
根据框架结构的自身特点,在进行建筑、结构设计时,国际上流行采用“三统一”的原则,即“统一柱面、统一层高、统一荷载”的模式设计。
统一柱面可使办公楼根据人们的需要和功能要求实行相对任意分割,不至于因建筑柱面不同而在改变使用功能上受到制约;统一层高可使楼房采光效果好,空气流通顺畅,布局安排合理,水平运输畅通无阻,有利于使用功能的相互替代;统一荷载,打破了会议室和其他部门之间的明显界限。
2.5小结
进入当代社会,随着经济的快速发展,人们对办公楼的要求也越来越高,使得传统的木质、砖混结构的办公楼已不能满足现代办公的需求。
而钢筋混凝土框架结构的出现则突破了这些局限性:
一方面,框架结构以梁柱承重的特点使平面布置更加灵活:
另一方面,梁柱本身结构类型和布置位置也可以灵活选定,比如柱子可以选用L型、T 型、十字型等类型,如此可以使整个立面更加富于变化:
再则,通过合理设计,框架结构可以做成延性框架,延性框架的抗震性能好,可承受较大侧向变形。
因而本课题选用框架结构作为政府办公楼的结构形式是十分适合的。
3.工程概况
3.1设计原始资料
1、建筑位于山西朔州市
2、气象条件
室外气温:
年平均气温最冷月份-20℃,年平均气温最高月份25℃;
冻土深度:
最大冻土深度为1.2米;
基本雪压:
0.40kN/m2;
基本风压:
0.25kN/m2;
3、地质资料:
20m以上为轻亚粘土,f=210kPa,地下水位深18m。
4、抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g,场地设计分组为第三组,场地土类型为Ⅱ类。
5、地面粗糙度类别C类。
6、建筑场地:
70m×40m
7、提供的建筑材料
(1)钢筋:
HPB300级,HRB335级,HRB400 HRB500级。
(2)混凝土:
C30-C40。
(3)砌体(填充墙):
加气砌块、空心砌块,强度等级
MU7.5(加气砌块、空心砌块容重不大于
),采用M7.5混合砂浆砌筑。
(4)焊条:
HPB300级(ф)级钢筋用E43xx焊条,HRB335级(Ф)级钢筋用E50xx焊条。
3.2建筑物组成及功能要求
办公大楼拟建6层总建筑面积3000~5000平米左右。
其中办公室:
35~45平米左右,50个左右;会议室:
80~90平米左右,2个,分布在上部。
设电梯一部,入口门庭两层通高。
要求采用框架结构,建筑设计要求有标志性并体现时代气息。
建筑物防火等级为二级。
4.研究价值与意义
由于框架结构具有空间大、平面布局灵活多样的特点,满足了人们不断追求使用个性化的要求。
随着社会的不断发展和人们物质生活水平的提高,框架结构(住宅、公共建筑)将会得到较大发展。
设计多层框架结构,设计人应首先判断结构方案的可行性,对可能碰到的问题,提前采取措施予以解决,并对所有计算结果认真分析,判断,准确无误后方可应用于实际工程。
通过该办公楼的设计,使我们有机会熟悉一个设计项目的全过程,将大学期间所学建筑和结构专业知识综合地运用于实际工程设计中,掌握框架结构设计计算的方法,为以后走上工作岗位打下坚实的基础。
在设计过程中,我们培养了独立解决问题的意识,进一步熟悉了PKPM、CAD等软件的操作,提高了绘制图纸的能力,并增强了自己的职业责任感以及严谨求实的工作态度。
主要参考文献:
填写说明:
指从开题到撰写文献综述期间所阅读过的所有文献资料的列表,要按照参考文献的标准写法列出,即写明作者、论文题目(书名)、杂志名称(出版社)、发表(出版)时间等(页面大小可以根据字数多少调整)。
[1]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范(GB50010-2010)[S].北京:
中国建筑工业出版社,2010
[2]中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范(GB50011-2010)[S]. 北京:
中国建筑工业出版社,2010
[3]中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范(GB50009-2001)[S]. 北京:
中国建筑工业出版社,2006
[4]丁宇明,黄水生.土建工程制图[M].北京:
高等教育出版社,2007
[5]吕晓寅,刘林等.混凝土房屋结构设计[M].北京:
清华大学出版社,2009
[6]同济大学等.房屋建筑学[M].北京:
中国建筑工业出版社,2006
[7] 东南大学等. 混凝土结构设计原理[M]. 北京:
中国建筑工业出版社,2008
[8] 徐秀丽.混凝土框架结构设计[M]. 北京:
中国建筑工业出版社,2008
[9]周浪.混凝土结构设计[M].北京:
中国计划出版社,2006
[10]熊丹安.建筑设计与结构设计概要[M].武汉:
武汉理工大学出版社,2005
[11]AbbieB. Liel,Curt B.Haselton,GregoryG.Deierlein.SeismicCollapse SafetyofReinforcedConcreteBuildings.IIComparativeAssessmentofNonductileand DuctileMomentFrames [J].JournalofStructuralEngineering,2011
研究方案:
填写说明:
写明研究所用的理论基础、研究方法、研究步骤、预期成果(效果)等。
(页面大小可以根据字数多少调整)
1.设计原则
1.1体系的选择
1.由于在发生地震时,框架柱首当其冲,一旦出现塑性铰,将危及该柱距范围内的上层建筑,并可能引起相邻柱距范围的上层建筑连续倒塌,所以框架结构不宜采用单跨形式;且纵横两个方向的水平地震作用都由抗侧力构件承担,结构应设计成双向框架体系;
2.框架结构的柱与梁宜上下左右贯通,不宜采用复式框架;以及砖混框—剪结构。
3.在填充墙的布置方面:
宜采用轻质材料,且应避免形成上、下层刚度变化过大;避免形成短柱;减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。
1.2建筑设计
1.要先对建筑外观、建筑面积、建筑高度、层高和室内净高进行设计;
2.然后对局部进行设计,如地下室墙身、楼地面、顶棚、屋面、楼面、坡面及楼梯位置,消防要求等进行设计。
各部分都要按照规范要求进行设计。
3.最后要明确框架结构的抗震级数,采用规则结构以利于房屋抗震,按照“三统一”的原则,确定柱网尺寸,确定材料及截面尺寸,以及基础的选定。
1.3结构设计
1.首先根据不同的设计要求选取不同的荷载代表值来进行承载力计算。
2.进行变形验算。
3.进行横向水平与纵向水平地震的作用计算。
1.4 “三水准、两阶段”设计方法
1.做好“强柱弱梁”的设计
由于框架柱受轴向压力作用,其延性通常比梁的延性小,一旦框架柱先于框架梁出现塑性铰,就会产生较大的层间位移,甚至形成同层各柱上下端同时出现塑性铰的“柱铰结构”,从而危及结构承受垂直荷载的能力。
2.做好“强剪弱弯”的设计
为了防止梁端,柱端在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏,在设计中要求做到“强剪弱弯”亦即构件的受剪承载力要大于构件弯曲时实际达到的剪力。
2.做好“强节点弱构件”的设计
对节点进行抗震结构设计要求框架节点核芯区不先于梁柱破坏。
2.计算方法
2.1竖向荷载作用下内力计算
在内力计算中,在竖向荷载作用下框架结构的内力可用分层法、弯矩二次分配法等近似方法计算。
分层法在分层计算时,将上、下柱远端的弹性支承改为固定端,同时将除底层外的其他各层柱的线刚度乘以系数0.9,相应地柱的弯矩传递系数由 1/2改为1/3,底层柱和各层梁的线刚度不变且其弯矩传递系数仍为1/2。
弯矩二次分配法是先对各节点的不平衡弯矩都进行分配(其间不传递),然后对各杆件的远端进行传递。
分层法和弯矩二次分配法的计算精度较高,可用于工程设计。
2.2水平荷载作用下内力计算
水平荷载作用下框架结构内力可用D值法、反弯点法等简化方法计算。
其中D值法的计算精度较高,当梁、柱线刚度比大于3时,反弯点法也有较好的计算精度。
D值是框架结构层间柱产生单位相对侧移所需施加的水平剪力,可用于框架结构的侧移计算和各柱间的剪力分配。
D值是在考虑框架梁为有限刚度、梁柱节点有转动的前提下得到的,故比较接近实际情况。
影响柱反弯点高度的主要因素是柱上、下端的约束条件。
柱两端的约束刚度不同,相应的柱端转角也不相等,反弯点向转角较大的一端移动,即向约束刚度较小的一端移动。
D值法中柱的反弯点位置就是根据这种规律确定的。
在水平荷载作用下,框架结构各层产生层间剪力和倾覆力矩。
层间剪力使梁、柱产生弯曲变形,引起的框架结构侧移曲线具有整体剪切型变形特点;倾覆力矩使框架柱(尤其是边柱)产生轴向拉、压变形,引起的框架结构侧移曲线具有整体弯曲型变形特点。
当框架结构房屋较高或其高宽比较大时,宜考虑柱轴向变形对框架结构侧移的影响。
2.3软件辅助计算
在手算前,用PKPM对初选方案进行结构刚度、效应分析、杆件内力标准值的计算,基本掌握模型建立、荷载输入、参数确定、整体计算、结果分析等各重要环节。
如若电算通过,则继续进行手算;若不通过,则应变换截面尺寸,直至电算通过。
此外,还可利用SAP 2000等数值分析软件,对设计方案进行建模模拟,验算内力、变形等。
3.设计步骤
3.1建筑设计部分
1.平面设计:
合理确定平面柱网尺寸;布置房间;确定楼(电)梯数量、位置及形式;满足室内采光、通风要求。
2.剖面设计:
确定合理层高;给出楼(地)面、屋面、墙身工程做法。
3.立面设计:
建筑风格、造型应富有创意,有时代感。
要求完成的建筑施工图有:
1.首层平面图(1:
100)
2.标准层平面图(1:
100)
3.建筑详图(1:
50或1:
25);
4.立面图(1:
100或1:
50):
正立面、侧立面
5.剖面图(1:
100或1:
50,剖切位置必需在楼梯部位);
6.建筑设计说明书(在建筑设计说明中,应说明自己所选取的方案的设计意图,注意从平、立、剖等方面分别说明,具体可参见《房屋建筑学》教材)。
3.2结构设计部分
1.结构选型:
根据建筑设计方案及设计原始资料,选择适当的结构体系。
2.结构布置:
确定柱在平面上的排列方式,一般柱网有内廊式和等跨式两种,选择承重方案,框架结构的平面布置形式非常的灵活,框架结构按照承重方式的不同分为三类:
(1)横向框架承重方案;
(2)纵向框架承重方案;(3)纵横向框架混合承重方案。
合理布置结构构件,初步确定材料强度等级及构件截面尺寸。
要确定构件的截面尺寸,只能先估算,等构件的内力和结构的变形计算好后,如果估算的截面尺寸符合要求,便以估算的截面尺寸作为框架的最终截面尺寸。
如果所需的截面尺寸与估算的截面尺寸相差很大,则要重新估算和重新进行计算。
3.计算简图的确定
4.结构内力分析及构件设计:
根据现行国家设计规范,计算结构荷载及地震作用;手算完成结构一个主轴方向的内力分析,进行框架梁、柱、的内力组合,完成构件截面设计;同时,可采用工程设计软件PKPM计算结构内力及配筋,并与手算结果进行对比分析。
5.完成楼梯的计算和配筋。
6.完成板的配筋计算。
7.绘制结构施工图。
4.预期成果
4.1计说明书部分
(1)设计任务书;
(2)中英文摘要;
(3)建筑设计说明书;
(4)构设计方案说明书;
(5)结构设计计算书;
(6)附件
开题报告(含文献综述);
外文参考资料翻译(含原文)。
(7)结束语
4.2设计图纸
4.21建筑施工图
1.首层平面图(1:
100);
2.标准层平面图(1:
100);
3.建筑详图(1:
20);
4.立面图(1:
100):
正立面、侧立面;
5.剖面图(1:
100,剖切位置必需在楼梯部位)。
4.22结构施工图
1.结构平面布置图(1:
100);
2.现浇楼板配筋图(1:
100);
3.一榀框架立面配筋图(1:
50);
4.梁配筋图(平法表示)(1:
100);
5.柱配筋图(1:
100);
6.基础详图(1:
30)。
毕业设计(论文)进度安排:
序号
毕业设计(论文)各阶段内容
时间安排
备注
1
阅读文献、外文翻译及开题报告
2周
2
建筑设计
2周
3
结构布置、荷载计算、PKPM建模
2周
4
内力计算、内力组合
2周
5
梁、柱、板配筋
2周
6
楼梯、基础设计
1周
7
绘制施工图
1周
8
毕业设计修改及整理
1周
9
准备答辩
0.5周
指导教师意见:
填写说明:
查阅资料是否全面,提出的研究方案和计划进度是否可行,还有什么需要注意和改进的方面,是否同意按学生提出的计划进行等。
指导教师签名:
审核日期:
年 月日
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