开题报告 - 某框架结构设计—⑥轴框架

一、 选题的背景和意义（所选课题的历史背景、国内外研究现状和发展趋势）1. 毕业设计目的以及背景毕业设计是在专业有关课程已修完的基础上进行的综合实践教学环节，是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教学和的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。通过毕业设计的实践，学习贯彻“经济、适用、安全、美观”的方针，运用所学理论知识解决工程实际问题，提高分析问题和解决问题的能力，经受实际工程设计的锻炼。同时，通过实际工程的结构设计，使学生初步掌握设计原则、方法和步骤，并获得设计技能的基本训练。2. 选题的研究现状和发展趋势而现在社会经济建设对土木工程提出日益复杂和高标注的要求，其表现为以下几个方面：（1） 土木工程功能化：公共和住宅建筑物要求建筑、结构、给排水、采暖等现代技术设备结合成整体；发展高技术和新技术对土木工程提出高标注的要求。（2） 城市建设立体化：高层建筑的大量兴起；地下工程的高速发展；城市高架公路、立交桥大量涌现。（3） 交通运输高速化：高速路的大规模修建；铁路电气化的形成和大量发展；长距离海底隧道的出现。上面这几方面的要求，使材料、施工、和理论也出现了新的发展趋势：建筑材料的轻质高强化；施工过程的工业化、装配化；设计理论的精确化、科学化。人们将不断的在探索和发展着土木工程这个行业，我们也只有不断的学习才能跟上时代的步伐。3. 课题来源以及设计依据本组毕业设计题目为某办公楼结构、施工设计 。在设计过程中，涉及到房屋建筑学 、 结构力学 、 混凝土结构设计原理 、 土木工程制图等多门专业课程的知识，在设计过程中还要结合有关建筑结构设计规范，如建筑结构荷载规范 、 混凝土结构设计规范 、 建筑抗震设计规范等等，以及相关的标准和 PKPM 软件，并查找相关资料进行设计。这让我们在调查研究、搜集并查阅资料的同时，能够锻炼自己阅读中外文献的能力，使我们得到类似工程师的基本训练，从而为今后的工作奠定坚实的基础。本工程的建筑设计已完成，仅进行结构设计和施工设计。为达到上述目的，学生必须严格要求自己，充分发挥自己的积极性和主动性，在规定的时间内独立完成任务书中所规定的任务。结构设计要满足建筑设计的要求，即要注意先进性，又要从广西的实际情况出发，贯彻因地制宜的方针。要求在满足使用要求的前提下，综合考虑安全可靠、经济合理、技术先进、施工方便以及工程所在地区当前可能条件等因素，并通过一定的分析比较确定水平承重结构和结构形式进行承重结构或构件的布置。在结构布置的过程中，结构布置要使荷载传递直接、受力明确，并按强度和刚度要求初步确定构件的截面尺寸，构件类型和尺寸规格尽可能少，在结构布置的基础上深入考虑在竖向荷载和水平荷载作用下，结构体系之间协同工作的程度，合理地确定结构或构件的计算简图。还需考虑整个建筑物在平面和竖向上是否需要采用构造措施，以保证整个建筑物及其某些薄弱部位在平面和竖向上的刚度及整体性。在结构布置的基础上，深入考虑在竖向荷载和水平荷载的作用下，结构体系之间协同工作的程度，通过必要的计算和结构处理，使结构构件及其连接的节点满足强度、刚度和裂缝宽度（或抗裂度）的要求，并符合现行设计规范、满足国家强制性条文，最终把结构布置和构件设计准确地反映到施工图中。施工组织设计是根据学生所完成的结构设计部分进行编制，用以作为直接指导和组织单位工程施工活动的技术经济文件。编制的施工组织设计应根据工程建筑结构的特点及施工条件，合理选择施工方案，编制施工进度计划，规划施工现场的平面布置，制定降低工程成本的措施和保证工程质量与安全施工的措施、施工管理制度。要求施工方案可行、技术先进、经济合理。计划施工工期与国家规定工期的误差幅度应控制在 15%内，施工平面图以满足方便施工、提高效率、文明施工和保护环境的要求。毕业设计是对四年专业知识的一次综合应用、扩充和深化，也是对我们理论运用于实际设计的一次锻炼。通过毕业设计，我们不仅能够复习以前在课堂上学习的专业知识，同时也学习和体会到建筑结构设计的基本技能和思想，更能深刻认识到作为一个结构工程师，应该具备一种严谨的设计态度，本着建筑以人为本的思想，贯彻“经济、适用、安全、美观”的方针，力求做到实用、经济、美观；在设计一幢建筑物的过程中，各种建筑规范和规定是建筑设计的灵魂，应该严格按照建筑规范的要求，同时也要考虑各个工种的协调和合作，特别是结构和建筑的交流，结构设计和施工的协调。这就要求一个结构工程师应该具备灵活的一面，不仅要抓住建筑结构设计的主要矛盾，同时也要全面地考虑一些细节和局部的设计。总之，作为土木工程专业的毕业生，毕业设计是大学阶段尤为重要的一个环节，是对我们大学阶段所学知识的一次综合运用，使所学到的各方面知识更加系统化、实践化。在进行毕业设计的过程中，通过了解并掌握建筑设计的全过程，可以提高我们独立分析、解决实际问题的能力，培养创新意识二、 研究的基本内容和拟解决的主要问题本次毕业设计的题目是某办公楼结构、施工设计 。设计内容包括建筑设计、结构设计两部分，在进行设计时，建筑设计应满足“适用、美观”的要求，结构设计应综合考虑安全可靠、经济合理、技术先进、施工方便。本工程是某办公楼工程，其功能主要为：一层为企业形象展示廊、机板检测室、会议室、办公室、研发厂房、餐厅、元件检测室等，二层及以上层为网络信息中心、展示大厅、机板检测室等。而框架结构具有空间分隔灵活、自重轻、省材料，利于抗震的优点，并且框架结构的建筑平面布置灵活，可以用隔断墙分隔空间，以适应不同使用功能的需求，适用于办公楼、教室、商场、住宅等房屋建筑。因此，本设计采用钢筋混凝土框架结构。本设计为 7 层，钢筋混凝土框架结构，采用现浇楼板，现浇框架承重，耐久年限为 50年，结构类型为框架结构。建筑设计造型简洁明快，考虑经济要求，建筑平面应简洁、规则，内部空间布置要合理，满足使用功能的要求。工程概况如下：1. 规模：本工程为某办公楼工程，建筑设计工作已完成。总建筑面积 7996.27m2。总楼层为地上 7 层。各层的层高及各层的建筑面积、门窗标高详见建筑施工图。2. 防火要求：建筑物属二级防火标准。3. 结构形式：钢筋混凝土框架结构。填充墙厚度详表一。4. 气象、水文、地质资料：（1）主导风向：夏季南风、冬秋季北风。基本风压值 W0详表一。（2）建筑物地处某市中心，不考虑雪荷载和灰荷载作用。（3）自然地面-10m 以下可见地下水。（4）地质资料：地质持力层为粘土，孔隙比为 e=0.8，液性指数 IL=0.90，场地覆盖层为 1.0M，场地土壤属类场地土。地基承载力详表一。（5）抗震设防：此建筑物为一般建筑物，建设位置位于近震区，其抗震设防烈度为7 度，设计地震分组第一组。（6）根据毕业设计任务书得设计条件为：填充墙厚度 200mm 厚焦渣空心砖、基本风压 0.4KN/m2 、地基承载力 220KPa、计算楼板为四层、计算框架为 6 轴、计算楼梯为1#二层。5. 结构布置原则：框架结构房屋的平面布置应对称、均匀，刚度中心和质量中心尽可能重合，以减小结构的扭转效应。6. 结构内力计算方法：采用 D 值法计算水平作用下结构的内力，采用力矩分配法计算竖向作用下结构的内力。这些方法的使用都作了如下假定：（1） 忽略梁、柱轴向变形及剪切变形。（2） 杆件为等截面（等刚度） ，以杆件轴线作为框架计算轴线。（3） 在竖向荷载下结构的侧移很小，因此在做竖向荷载下计算时，假定结构无侧移。7. 设计中遇到的问题以及采取的办法（1） 建筑设计应满足“适用、美观”的要求，注意与周围环境相协调，建筑平面简洁、规则，内部空间布置要合理，根据各功能区的特点，合理组合功能区，以满足使用功能的要求；以实践和观察为出发点，对交通、采光等进行研究。（2） 多层建筑结构布置，在满足建筑功能、工艺和生产使用要求的同时，力求平面和竖向形状简单、整洁，柱网对称、刚度适当、荷载分布均匀,结构传力明确，构件受力合理。 （3） 多层建筑结构布置时，平面布置应对称、均匀，刚度中心和质量中心尽可能重合，以减小结构的扭转效应，同时重视选择建筑参数,以利于最大限度的采用国家标准构件。（4） 柱与定位轴线的关系：1) 横向-柱的定位轴线与横向定位轴线应重合。2) 纵向-一般情况下边柱中线与纵向定位轴线相重合，中柱中心线与纵向定位轴线相重合。3) 变截面的边、中柱皆以框架最上层柱中心线为纵向定位轴线。4) 边柱截面变化时，上、下层柱取边柱外缘齐平。（5） 框架柱和梁的中心线应重合，尽量避免梁位于柱的一侧，否则要考虑偏心对节点核心区和柱子的不利影响。同时，柱的净高与柱截面长边的比值应大于4，以免出现短柱。（6） 现浇板的设计板的计算方法有弹性理论设计方法和塑性绞线法设计方法。设计中应注意的问题：板的非结构层的荷载计算；在调幅中一般调幅范围为 80%90%；板的构造配筋等。故在设计时，应复习好现浇板的设计计算，熟悉相关规范要求，以便能够熟练、准确地进行设计。（7） 基础的设计根据本工程建筑的性质、规模、高度、体型以及对地基变形的要求，场地和地基条件的复杂程度，综合考虑能既满足承载力要求，又不造成过大浪费的原则，进行基础设计。此设计中，办公楼所处地质较好，地质持力层为粘土，其承载能力特征值为 220 kN/m2，持力层距离自然地面深度为 1m，无软弱地基下卧层。综合该建筑的总体因素，在满足承载力要求的前提下，从经济方面考虑，基础采用柱下独立基础。（8） 楼梯的设计 三、 研究方法及措施1、 设计思路本次毕业设计的题目是某办公楼结构、施工设计 ，设计内容包括结构、施工设计两部分，结构设计完成之后再进行施工设计。（1）结构设计部分结构设计过程中也要按照国家规范要求进行设计，其设计步骤如下：1）进行结构平面布置，合理布置梁、板、柱，并确定各构件混凝土强度等级与截面尺寸 ； 2) 确定各层荷载，进行荷载计算及竖向荷载作用下框架的内力计算；3) 风荷载作用下框架的内力和侧移计算； 4) 地震作用下框架的内力计算及地震作用效应计算；5) 进行荷载效应内力组合； 6) 根据计算结果进行截面配筋； 7) 进行基础设计及配筋计算；8)采用 PKPM 软件进行电算验算； 9) 绘制结构施工图。（2）施工设计部分根据自己完成设计工程项目的建筑、结构施工图，编制单位工程施工组织设计的以下内容：1） 工程概况及施工条件分析：在编制单位工程施工组织设计时，必须对概况及施工条件进行分析，它是选择施工方案，编制施工进度计划、设计施工现场平面布置图的前提。学生可根据结构设计掌握的资料，结合现场勘察情况概要说明分析，并说明施工准备工作情况及办理开工手续具备条件和资金的情况。2） 施工方案和施工方法的选择：根据掌握的工程资料分析后，列出几种可能的施工方案，进行比较选择最优方案，确定总的施工程序、施工顺序、施工流向，划分施工段，主要分部分项工程施工方法的选择，主要施工机械的选择，特殊项目施工方法和施工技术楼梯设计包括尺寸上的设计和结构设计。楼梯的设计应根据建筑要求和施工条件，确定楼梯的结构形式及布置；根据结构类型，按荷载规范确定楼梯的活载，进行楼梯各部分的内力计算和截面设计；绘制施工图，特别应注意处理好连接部位的配筋构造。设计过程中，应注意楼梯设计的踏步、休息平台等与层高结合设计应符合实际的尺寸。措施，质量和安全技术措施，文明施工现场管理措施等。3） 编制单位工程施工进度计划：施工进度计划可用横道图或网络图表示。确定工程项目的分部分项及计算工程量，查劳动定额确定各段各分项劳动量及建筑机械台班数，进行合理劳动力组合确定各分部分项工程的工作日，确定施工顺序及其搭接和交叉作业，以便编排施工进度，要求严格按施工进度计划的形式绘制，完成横道图时须绘出劳动力动态曲线，表明必要的技术经济指标；完成网络计划图时关键线路必须标明用粗黑箭线表示并计算标出总工期。4） 编制资源需要量计划：包括劳动力、主要建筑材料、构配件、施工机械、施工准备工作计划，主要材料计划要求通过工料分析汇总得出，资源需要量计划均以列表形式编制。5） 设计单位工程施工平面布置图：根据施工方案、进度计划情况合理安排布置施工现场平面图，要求布置合理、用地紧奏，采用图例符合要求，内容包括垂直运输施工机械布置、各种材料、构件、半成品的堆场及仓库，临时设施、交通道路、水电管网、搅拌机及其它设施合理布置的位置、面积、尺寸，施工用水用电要求通过计算选择。6） 确保工程质量和安全施工措施、降低成本及文明施工措施等；7） 技术经济指标、结束语。包括建筑面积、总造价、单方造价、总工日、单方用工、劳动力不均衡系数等指标，其中工期参考国家工期定额广西 类地区工期，劳动力不均衡系数在 12 之间，结束语说明向对该工程施工组织设计给予帮助及指导的专家致谢。2、强制性规范的满足情况（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。(3) 做好“强节点弱构件”的设计：在设计过程中，做好“强节点弱构件”之外，还要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。(4) 梁的截面尺寸：梁的截面尺寸，宜符合下列各项要求：截面宽度不宜小于 200mm；截面高宽比不宜大于 4；净跨与截面高度之比不宜小于 4。（5）柱的截面尺寸：柱的截面尺寸，宜符合下列各项要求：截面的宽度和高度均不宜小于 300mm，圆柱直径不宜小于 350mm；剪跨比宜大于 2；截面长边与短边的边长比不宜大于 3。（6）箍筋加密区的长度：梁端、柱箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径应符合规范的要求。总之，本结构设计必须遵守中华人民共和国国家标准规范，在进行设计期间对相关规范一定要熟悉。因此，在整个毕业设计过程中，我们需要通过运用各种通用图集、设计规范以及国家、地方标准，以及很多计算机软件，如 Office 中的 Word、Excel，绘图软件 AutoCAD 和天正，结构辅助计算的 PKPM 等等，来完成多层建筑的结构选型、布置、设计及建筑图、结构施工图的绘制，完成整个毕业设计的任务，从而提高我们对计算机的应用能力，真正做到学以致用，达到理论与实践相结合的效果，并培养我们独立思考、自主设计、开拓创新的精神。四、研究工作的步骤、进度毕业设计共 15 周（其中：结构设计为（含开题报告 1 周）9.0 周、施工设计为 3.0 周），另外整理计算书及评阅人工作 2.0 周，答辩 1.0 周。1开题报告。开题报告主要讲述根据目前所了解的专业知识对已选定的承重结构体系和结构形式进行定性的分析比较，并说明所采用的结构体系、结构形式的理由，以及如何利用专业知识作毕业设计，应对毕业设计的过程作一个大致的计划。2结构设计总时间为 9.0 周，大体分配如下，请同学们严格控制进度：2.1 收集资料及各结构层的结构平面布置并绘制施工图 设计时间：1.0 周2.2 某层现浇板的计算并绘制施工图 设计时间：1.0 周2.3 现浇楼梯的设计及施工图的绘制 设计时间：0.5 周2.4 荷载计算并完成一榀框架的内力分析和配筋计算 设计时间：4.0 周2.5 模型输入复核框架配筋，计算机出图、调图 设计时间：3.0 周2.6 基础设计及施工图的绘制 设计时间：0.5 周3施工设计总时间为 3.0 周，大体分配如下，供同学们参照并严格控制进度：3.1 熟悉施工图，划分施工项目，计算各分项工程工程量 1.0 周3.2 施工方案，施工进度，施工平面图设计 1.0 周3.3 施工进度计划表及施工平面图的绘制，整理设计成果 1.0 周4计算书整理及评阅人工作 时间：0.5 周5毕业设计答辩 时间：0.5 周五、主要参考文献（其中外文文献不少于 2 篇）1. 中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)S.北京:中国建筑工业出版社,20021、 中华人民共和国国家标准.工程结构可靠性设计统一标准(GB50153-2008)S.北京:中国建筑工业出版社,20092、 中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范(GB 50009-2012)S.北京:中国建筑工业出版社,20123、 中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范(GB 50007-2012)S.北京: 中国建筑工业出版社,20114、 中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)S.北京:中国 建筑工业出版社,20115、 中华人民共和国行业标准.高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ 3-2010)S.北京:中国建筑工业出版社,20116、 中国建筑标准设计研究院主编.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（现浇混凝土框架、剪力墙、梁、板）（11G101-1）S .北京:中国计划出版社,2011.87、 中国建筑标准设计研究院主编. 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（现浇混凝土板式楼梯）（11G101-2）S .北京:中国计划出版社,2011.98、 中国建筑标准设计研究院主编. 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（独立基础、条形基础、筏形基础及桩基承台）（11G101-3）S .北京:中国计划出版社,2011.89、 国振喜，张树义 主编.实用建筑结构静力计算手册M.北京：机械工业出版社，2009.110、 东南大学,天津大学,同济大学合编，清华大学主审.混凝土结构(上册)：混凝土结构设计原理M.北京:中国建筑工业出版社,2008.1111、 东南大学,天津大学,同济大学合编，清华大学主审.混凝土结构（中册）：混凝土结构与砌体结构设计M.北京