钢框架综合楼开题报告

题目： 北京京斯信综合楼钢结构设计 学院：土建学院专业:土木工程学生姓名：学号:_文献综述：一、 工程背景与选题意义框架结构具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点目前已被广泛地应用于工程实践中。框架结构分为钢框架结构及钢筋混凝土框架结构，其中钢框架结构作为一种常用的钢结构形式，也逐渐步入了人们的视线。钢框架结构主要是采用型钢、钢板连接或焊接成构件,再经连接而成的结构体系。钢框架与混凝土框架结构相比有以下几点优势：无承重墙；强度高；质量可靠；施工速度快；绿色环保。钢框架结构多用于大跨度公共建筑、工业厂房和一些对建筑空间、建筑体型、建筑功能有特殊要求的建筑物和构筑物中，如剧院、商场、体育馆、火车站、展览厅、飞机库、停车场、仓库、工业车间等。北京京斯信装饰材料责任有限公司成立于1995年，主要生产各种家具五金产品。京斯信综合楼位于北京市，主要功能：仓库、办公、商铺、宿舍，建筑面积12000m2左右。层数：3层，局部4层。首层：4.6米，标准层3.6米。由于该工程功能多样，底层空间要求较大，建设工期紧、使用荷载大，需要选用钢框结构作为主要受力体系，并采用压型钢板组合楼盖。为了满足使用功能，外墙采用陶粒混凝土砌块，内墙采用轻质隔墙。目前，钢框架结构的设计方法已经比较成熟，国内外也有许多钢框架结构的相关规范和应用实例。通过本次设计，我将熟悉钢结构建筑的选型，了解并实际应用钢框架结构的设计方法，学习钢结构设计软件并绘制结构设计图纸。这对我以后步入研究生阶段以及工作岗位，从事钢结构方面的工作有着极其重要的意义。下面将先进行钢结构选型，介绍钢框架结构的研究现状，对钢框架结构设计方法进行总结，在此基础上确定本毕业设计的方法步骤和进度安排。二、 结构体系选择框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可以用隔断墙分隔空间，以适应不同使用功能的要求。因而特别适用于商场、展览厅等公共建筑及轻工业厂房。又因为框架的构件简单、施工方便，住宅、旅馆、办公楼等各类建筑也常用之。因此，框架结构在日常建筑中应用相当广泛。但是框架结构的抗侧刚度小、变形能力大，所以不适用于高层的建筑。在日常建筑中，砌体结构因为材料来源广泛，易于就地取材；有很好的耐火性和较好的耐久性，使用年限长；保温、隔热性能好，节能效果明显等优点应用也相当广泛。但是砌体结构由于其结构自重大，抗拉、抗弯、抗剪强度低，抗震及抗裂性能差，砌筑工作繁重等缺点在应用中也受到限制。与砌体结构相比较，框架结构在日常建筑中的应用就比较广泛。另外，框架结构在抗震方面较好的发挥作用，把框架设计成延性框架，使其在地震中大量吸收地震能量，减少建筑物在地震中造成的损失。框架一剪力墙结构是把框架和剪力墙结合在一起，共同抵抗竖向和水平荷载的一种结构体系。这种结构既具有框架结构布置灵活，使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，广泛应用于高层建筑中,但在高度不高的该综合楼中采用则很不经济，剪力墙造价较高，会造成不必要的浪费。综上所述，结合本工程实际情况，结构体系为框架结构。三、 国内外研究现状近年来，随着钢框架结构的发展，其设计方法日趋成熟，国内外对钢框架结构的研究主要集中在以下几个方面：（1） 钢框架结构的抗震性能研究（2） 风对高层钢框架结构的影响分析（3） 钢框架结构多目标优化设计（4） 火场对钢框架结构的影响分析（5） 爆炸对钢框架结构的影响分析（6） 基于工程实践的对钢框架结构施工方法、施工工艺和工程造价等的研究（7） 对钢框架结的加固改善方法的研究四、 基本设计方法钢框架结构的设计方法已经比较成熟，国内外也有许多钢框架结构的应用实例。钢框架设计一般包括梁柱布置、楼板布置、屋面布置、荷载计算、结构计算、节点设计等。1、布置原则：采用PKPM软件钢结构框架三维模型输入建模，根据仓库、商铺、办公及宿舍的不同建筑需要，适当的布置柱网尺寸。对于平面、竖向不规则的要求与钢筋混凝土框架相同，抗震设计要符合“强节点弱构件、强柱弱梁、强焊缝弱钢材”的原则，对于框架，使节点的承载力高于构件的承载力，防止节点的破坏先于构件的破坏，是确保构件整体性的必要条件，但节点又不可过强，应允许地震时梁、柱节点域的板件能产生一定量的剪切屈服变形，以提高整个框架的延性，“强柱弱梁”的道理与钢筋混凝土结构一样，有利于提高框架的防倒塌能力；由于构件焊缝的延性，一般低于被连接构件的钢材延性，因此要求焊缝的承载力应高于被连接钢材板件的承载力，可以使构件的屈服截面避开焊缝而位于钢板件之中，从而提高构件以至整个结构的延性，螺栓连接的延性等抗震性能优于焊缝连接，重要的构件和节点宜采用高强度螺栓连接。2、 柱、梁布置：钢框架柱截面形式常用的有箱形截面、H型截面，箱形截面的受弯承载力比较强，截面性能没有强、弱轴之分，截面尺寸可以按照两个方面的刚度强度要求而定，经济、合理，缺点是需要拼装焊接，焊接工艺要求高，加工量大，轧制宽翼缘H型钢优点是加工、杆件连接容易，但有强、弱轴之分I字形截面梁的经济跨度为6—12m,—般框架梁、次梁均选用I字形梁。次梁是钢结构中数量最多的构件，占结构用钢量的比例较大。布置次梁时应有利于荷载均匀分布。钢次粱一般宜与主梁铰接相连，连续的组合梁虽可减小梁的跨中弯矩和挠度，但与主梁受弯节点要求采用栓焊法或在钢梁上、下翼缘设置钢盖板法相连时，将增加较多的焊接工作量，实际工程中很少采用井字梁结构。次梁的间距一般为2.5m-3.5m。3、 楼板布置：钢结构的楼板宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或非组合楼板。对于不超过12层的钢结构也可同钢筋混凝土结构一样采用钢筋混凝土现浇楼板。在无抗震设防要求时，可采用预制楼板。组合楼板在使用阶段压型钢板可作为混凝土楼板的受拉钢筋。压型钢板镀锌量不多，板厚不应小于0.75mm，在板底需刷防火涂料，目前防火涂料价格较高，因此采用组合楼板造价较高。非组合楼板在使用阶段，压型钢板不代替混凝土板的受拉钢筋，按普通钢筋混凝土楼板计算。其承载力在施工阶段，要考虑由压型钢板承担未结硬的湿混凝土板的重量和施工活荷载。压型钢板宜采用具有防锈功能的镀锌板，板底不需刷防火涂料，板厚不应小于0.5mm，压型钢板仅做为模板使用。组合楼板、非组合楼板及钢筋混凝土楼板均需在钢梁顶设置圆柱头栓钉，栓钉需穿透钢板焊于钢梁翼缘上，栓钉直径d根据板跨度大小，13<d<19mm，柱顶间距一般±4d，柱钉高度高出压型钢板顶面30mm以上，顶面混凝土保护层厚度±15mm。4、 墙体围护结构。钢框架结构的墙体围护结构，应采用具有自承重和抗冲击能力，并能保温、隔热、隔音、防火、防渗漏等多种功能轻质的墙体材料。目前，墙体主要分为自承重式和非自承重式两种。自承重墙体主要包括用于外围护结构的加气混凝土块、太空板、轻钢龙骨加强板等,以及用于内墙的轻混凝土板、石膏板、水泥刨花板、稻草板等。外挂的非自承重式的墙体材料主要有彩色压型钢板、彩色压型钢夹芯板、玻璃纤维增强外墙板等。采用非自承重式的墙体材料，需设置墙梁用以悬挂外围护结构。门窗洞口上下要布置墒粱，多采用c或z型冷弯薄壁型钢，尺寸取决于跨度(刚架间距)和墙距(板跨)。5、 屋面布置目前钢框架结构顶层通常采用轻质屋面，因为屋面荷载很小，通常为使用方便，可将横向抽柱，顶层实际做法相当于门式刚架结构，在横向钢梁上设置檩条，檩条在支座处设置檩托，用2个螺栓将腹板与檩托连接，檩托可采用热扎角钢，檩条截面高度一般为1/35—1/50跨度，檩条通常采用冷弯薄壁“z”形式“C”型形型钢，一般按简支梁构造和计算(强度、稳定、变形)。檩条垂直于屋面坡面布置，为减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转，保证其整体稳定性，一般需在檩条间设置拉条，作为其侧向支承点，檩条跨度＞4m时，设一道拉条，＞6m时，设两道拉条，在檐口处还应设斜拉条和撑杆，拉条采用圆钢时，直径不宜小于lOmm。屋面板通常采用夹芯板一保温、隔热芯板与面板一次成型的双层压型钢板，上层为小波的压型钢板，下层为小肋的平板，压型钢板与檩条用自攻螺钉连接，板与板的搭接处用抽芯铆钉连接，连接处应设置防水密封胶带。6、 节点设计梁柱节点：梁柱节点通常采用刚性连接，并通常采用栓焊混合连接；梁的上、下翼缘用坡口全熔透焊缝与柱翼缘连接，腹板用摩擦型高强度螺栓与柱翼缘上的剪力板连接，原则上梁端弯矩由梁翼缘负担，梁端剪力由梁腹板承担，在梁的对应位置设置柱的水平加劲肋。对抗震设防的结构，水平加劲肋应与粱翼缘等厚，水平加劲肋与柱采用坡口全熔透焊缝焊接，当柱两侧梁高度不等时，每个梁翼缘对应位置均应设置柱的水平加劲肋，加劲肋之间的距离不小于150mm，也可设置坡度小于1：3的加劲肋或将截面高度较小的梁腹板高度局部加大，腋部翼缘的坡度不得大于1：3,节点域应按《建筑抗震设计规范》公式(8.2.5—2)、(8.2.5—5)、(8.2.5—6)验算其抗剪强度、稳定性。、次梁与框架梁的连接通常采用铰接，次梁与主粱的竖向加劲板用高强度螺栓连接，主梁加劲肋与主梁之间的连接焊缝采用双面直角角焊缝。（3） 、柱拼接、梁拼接当柱、梁长度大于14—15m左右时，不便于运输和装配，需要在工地现场进行拼接。柱接头应位于框架节点塑性区以外，一般宜在框架梁上方1.3m附近，柱接头的设计应满足极限承载力Ma±1.2Mpe的原则（Ma：极限受弯承载力；Mpe:全塑性受弯承载力），柱接头上、下各100ram范围内，I字形截面柱的工地接头，翼缘采用全熔透坡口焊接，腹板用高强度螺栓连接，也可采用焊接，在上柱腹板开K形坡口，要求焊透。梁接头应位于框架节点塑性区以外，即从梁端算起的1/10跨长并应大于1.6m，拼接接头由；翼缘承担弯矩，腹板承担剪力。梁的拼接主要用于梁与柱全焊接节点的柱外悬臂梁段与中间梁段的连接，连接形式有：翼缘为全溶透焊接，腹板为高强度螺栓连接；翼缘、腹板都用高强度螺栓连接；翼缘、腹板都用全溶透焊接。（4） 、框架梁的侧向隅撑按抗震设计的框架梁，在梁可能出现塑性铰处（通常距柱轴线1/8—1/10梁跨处），梁上下翼缘均应设置侧向隅撑。（5） 柱脚设计多层钢框架柱脚通常采用埋入式柱脚或外露柱脚，均为刚接柱脚埋人式柱脚埋人混凝土基础内的深度要求不得小于钢柱截面高度的3倍，对于3—4层的大型商场，钢框架柱截面高度取500—600mln，柱脚埋深就需要1.5m一1.8m，而大型商场的占地面积很大，埋深大就会使地基处理的土方量增大很多，地基处理的造价也会增大很多。为减小土方量，降低造价，可采取基础在钢柱下对齐位置局部开挖，满足钢柱埋深，基础其它部分可以浅埋，整体开挖深度也可浅挖，使土方量大幅度减小，埋入式柱脚在钢柱的埋人部分应设置栓钉，栓钉直径不得小于16mm，并应计算满足轴力、弯矩，钢柱翼缘的保护层厚度对于中间柱不得小于180mm，对于边柱和角柱的外侧不宜小250mm。外露式柱脚宜采用带靴梁的构造，弯矩由靴梁传递，柱脚由底板、靴梁、锚栓组成。五、当前存在的问题及发展方向现行钢框架结构的分析设计通常采用两阶段法：1）进行结构整体弹性一阶分析，确定各构件的最不利内力；2）用相关公式对各个构件单独进行非弹性验算，用计算长度系数近似考虑结构整体和构件之间的相互作用。其优点是内力分析比较简单，可采用叠加法进行内力组合，所设计出的构件具有一定的可靠性，经过长期的工程实践已被广大设计人员所接受。两阶段法的缺点是：1）两个阶段采用的基本模型不一致；2）计算长度系数不能准确反映结构整体和构件之间的相互作用；3）不能描述结构系统的非弹性内力重分布；4）不能准确预测结构在给定荷载作用下的破坏模式；5）按计算长度方法设计的结构，各构件的可靠度水平不是很均衡一致；6）计算长度系数的确定和单个构件的承载力验算繁琐费时,不便于计算机分析和设计。高等分析实质上是一种比较精确的结构整体二阶弹塑性全过程分析。它充分考虑影响结构稳定性和极限承载力的重要因素，直接考虑构件之间的相互作用，能够描述结构系统的非弹性内力重分布，能够比较真实地反映结构在荷载作用下的内力和变形状态，准确评估结构的极限承载力和破坏模式，从而可免除计算长度系数的计算及单个构件承载力验算等繁琐工作。与现行方法设计的结构相比，以高等分析为基础设计的结构更加经济合理，各构件的实际可靠度更加均衡一致。随着有限单元方法和计算机技术的发展，高等分析和设计将逐渐成为未来主要的结构分析和设计方。主要参考文献：刘永华，张耀春•钢框架高等分析研究综述•哈尔滨工业大学学报，2005.任讯波，王向军•多层钢框架设计简述•陕西建筑，2006.梁远森，张印杰•压型钢板在建筑工程中的应用•郑州大学学报，2003.周玉萍.钢框架节点形式及位置对抗震性能的影响•建筑钢结构，2010.王国亮，张荫，陶清林.钢框架结构多目标优化设计•低温建筑技术,2010.国家标准《钢结构设计规范》GB50017-2003行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2001研究方案：一、 设计依据（1） 钢结构设计规范GB50017-2003（2） 建筑结构荷载规范GB550009-2001（3） 建筑结构抗震设计规范GB50011-2001（4） 高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-98（5） 建筑地基基础设计规范GB50007-2002（6） 冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002（7） 钢结构设计与计算（包钢设计院编）二、 设计方法多层多框架结构计算分析方法有两大类，即弹性设计方法和塑性设计方法。前者仅限于理想弹性范围内分析，后者考虑到弹塑性工作阶段的极限状态。在结构分析时，一般还要考虑到P-△效应和二阶理论。当多层框架布置支撑体系后，结构的水平刚度大于5倍无支撑体系的结构水平刚度，则可以认为这种框架是有支撑框架结构。框架柱可按承受一阶弯矩和轴力计算，设计支撑时应考虑二阶效应。无支撑框架的分析方法较多，可按弹性阶段分析，也可按弹塑性阶段分析。主要分析方法有:一阶弹性理论分析、考虑P-△效应的弹性分析、二阶弹性理论分析、二阶弹塑性分析等。本设计具体设计方法见文献综述。三、 设计步骤1、 结构平立面设计：包括结构总体尺寸、标高，柱网布置，主次梁布置，楼板布置等。2、 编制结构设计中各