土木工程毕业设计开题报告2011.12.26

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本 科 生 毕 业 设 计

开 题 报 告

题 目 义乌某服饰公司厂房B区框架结构设计

专 业 土木工程

班 级 结构081班

姓 名 张露雅

指导教师 金小群（副教授）

所在学院 城建学院

开题时间 2012年1月

2 一、设计选题的背景与意义

（一）主要内容

建筑设计资料：

1、建筑面积：12852.4平方米。

2、建筑层数：地上六层，

3、建筑高度：23.8 米(顶层屋面高度)

4、建筑结构安全等级： 2 级。

5、耐火等级：二级。

6、抗震设防烈度： 6 度。结构使用年限：50 年

7、屋面防水等级：Ⅱ级。防水层耐用年限： 15 年。

﹝二﹞目的和意义

毕业设计是在专业课程已修完的基础上进行的综合教学环节，它以实际工程为课题，通过厂房的结构设计，学习贯彻“适用、安全、经济，在可能条件下注意美观”的建筑方针，运用所学的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。通过毕业设计环节掌握一定的外语和计算机绘图及专业结构计算软件的应用能力，初步掌握工程设计从资料收集、结构选型、荷载计算、结构计算、电算校核、施工图绘制的工作流程，使学生具有从事一般钢筋混凝土多层框架结构设计的能力。

在整个毕业设计的过程中，我们要通过运用各种通用图集和设计规范以及国家、地方标准，完成多层建筑的结构选型，结构布置，结构设计及建筑图、结构图、施工图的绘制。这不仅要求我们有较强文献检索、规范应用、图集观摩、综合应用所学各门专业知识，分析和解决问题的能力，还要具有独立思考、独立设计、创新的精神。此外，在设计中涉及到很多计算机软件，如 Office中的Word、Excel，绘图软件AutoCAD和天正，结构计算的PKPM及等软件，通过对这些软件的应用，更能提高我们对计算机的应用能力，真正达到学以致用，理论与实践相结合的目的。这对每个土木工程专业的毕业生来说，是一个挑战，也是一次机会，我们用它来检查和提高我们对基础理论和专业知识的理解、掌握程度及综合应用的实践能力。这也是本毕业设计研究的目的和意义所在。

二、文献综述

框架结构是由梁柱杆系构成，能够承受竖向和水平荷载作用的承重结构体系。一

3 般设计成双向梁柱抗侧力体系，主体结构均宜采用刚接模式。抗震设计时，为协调变形和合理分配内力，框架结构不宜设计成单跨结构。

竖向荷载作用下，框架结构以梁受弯为主要受力特点，梁端弯矩和跨中弯矩成为梁结构的控制内力。水平荷载作用下，框架柱承担水平剪力和柱端弯矩，并由此产生水平侧移，在梁柱节点处，由于协调变形使梁端产生弯矩和剪力，因此产生于柱上下端截面的轴力、弯矩和剪力是柱的控制内力。

在多高层建筑中，抵抗水平力成为确定和设计结构体系的关键问题。多高层建筑中常用的结构体系有框架，剪力墙，框架-剪力墙，筒体以及他们的组合高层建筑随着层数和高度的增加水平作用对高层建筑结构安全的控制更加显著，包括地震作用和风荷载，高层建筑的承载能力、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的结构体系又密切相关。不同的结构体系适用于不同的层数、高度和功能。框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系，这种结构体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。本建筑采用的是框架结构体系，框架结构的优点是建筑平面布置灵活，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能；框架结构构件类型少，易于标准化定性化；可以预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，本建筑采用的是现浇结构。

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（全）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。

因此，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

4 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。统一柱面可使宿舍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，读者来往便利，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。

在体系的选择方面：

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。

其次，在建筑设计方面：

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。

再次，在结构设计方面：

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。

最后，我们还要进行“三水准、两阶段”设计方法进行抗震设计：

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

5 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。

三、研究的基本内容与拟解决的主要问题

该工程为义乌某服饰公司厂房B区，拟建框架结构，位于义乌，抗震设防烈度6度，地震分组为第一组，基本地震加速度a=0.1g.

1）确定结构方案和基础方案，根据建筑功能要求、荷载情况、平面布置、工程地质条件、施工技术条件、经济指标等因素合理选择结构方案和基础形式。要求作多方案比较，在设计说明书中阐明设计依据和理由。

2）完成指导教师指定的一榀框架（包括框架梁、柱、基础）设计，应进行荷载计算、内力分析、最不利内力组合、梁柱截面配筋及基础设计，电算校核。

3）设计步骤

（１）结构平面布置

框架结构有横向承重布置、纵向承重布置和纵横两向承重布置三种常用的布置方法。合理布置柱网和梁格对楼盖设计以及结构的适用性起着关键性的作用。一般来说柱网已经在建筑图中布置好了，作为结构设计主要是研究柱网布置是否合理，需不需要做出调整。布好柱网后主要是主次梁的布置，根据建筑各个部分功能的不同来考虑梁的布置。

（２）梁、柱截面尺寸估算

框架梁的截面尺寸应该根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、框架的间距、是否考虑抗震设防要求以及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑确定。

a.梁的截面尺寸可按下列公式估算：）0(1/8~1/12)bhl

(1/2~1/4)bbbh

式中 l0——梁的计算跨度；

hb——梁的截面高度；

bb——梁的截面宽度；

b.柱的截面尺寸(框架柱截面一般都采用矩形或方形截面)可按下列公式计算：，

cccNAf

式中NC——考虑地震荷载组合时柱的轴力设计值，可进行初步估算，c=CNN;

C——弯矩对框架柱轴力的影响，中柱扩大系数取1.1，边柱1.2；

6 ——轴压比，柱轴压比不宜超过《建筑抗震设计规范》的规定。

（3）确定计算单元和计算简图

框架各构件在计算简图中均用单线条代表．各单线条代表各构件形心轴所在位置线。因此，梁的跨度等于左、右两边柱截面形心轴线之间的距离。为简化起见，底层柱高可从基础顶面算至楼面标高处，中间层柱高可从下一层楼面标高算至上一层楼面标高，顶层柱高可从顶层标高算至屋面标高。当上下柱截面发生改变时，取截面较小的截面形心轴线作为计算简图上的柱单元，待框架内力计算完成后，计算杆件内力时，要考虑荷载偏心的影响。当框架梁的坡度i≤1/8时，可按近似水平梁计算。当各跨跨度相差不大于10%时，可近似按等跨框架计算。

楼（屋）面恒、活荷载的传递路线：楼面竖向荷载楼板梁（主梁、次梁）柱基础地基。

图2-2（a）所示框架结构，不同的楼面结构布置，其荷载传递路线亦不相同：

1）横向布置板：横向框架承重，楼面竖向荷载楼板横向框架梁柱基础地基。

2)竖向布置板：纵向框架承重，楼面竖向荷载楼板纵向框架梁柱基础地基。

（４）荷载计算

荷载通常为恒荷载和活荷载。恒载包括结构自重、结构表面的粉灰重、土压力等。活荷载包括楼面和屋面活荷载、风荷载和雪荷载等。

（5）框架内力计算

7 它主要包括竖向荷载下的内力计算和水平荷载下的内力计算。竖向荷载包括恒载、楼面和屋面活荷载、雪荷载、施工荷载等。水平作用指风荷载，在抗震设计中还包括地震作用。求竖向荷载作用下的内力时：常用分层法，迭代法等；求水平荷载作用下的内力时：常用反弯点法，D点法，门架法等

（6）框架内力组合

a.控制截面:每一根梁一般有三个控制截面：左端支座截面、跨中截面和右端支座截面。而每一根柱一般只有两个控制截面：柱顶截面和柱底截面。

b.控制截面的最不利内力类型:梁的支座截面一般考虑两个最不利内力：一个是支座截面可能的最不利负弯距，另一个是支座截面可能的最不利剪力。用前一个最不利内力进行支座截面的正截面设计，用后一个最不利内力进行支座截面的斜截面设计，以保证支座截面足够的承载力。梁的跨中截面可能的最不利正弯距。

c.控制截面的最不利内力计算:设计框架结构的构件时，必须求出各构件的最不利内力