某高級寫字樓框架結構設計--任務書、文獻綜述、開題報告

1、<p><b>　　附件一：</b></p><p>　　大學本科畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p><b>　　文獻綜述報告：</b></p><p>　　鋼筋混凝土建筑結構設計綜述</p><p><b>　　1.引言</b></p><p

2、>　　本文主要是總體介紹鋼筋混凝土在建筑上的應用與設計的過去狀況、現(xiàn)狀與未來的發(fā)展方向以及淺談結構設計一些原則與方法，文章所描述的結構僅限于鋼筋混凝土結構。</p><p>　　自從世界上首次制成鋼筋混凝土制品，并用于結構工程，至今略過百年。比起原始人類最早所用的土、木結構，文明史初期出現(xiàn)的磚石、砌體結構，以及工業(yè)革命后大量發(fā)展的鋼結構來說，鋼筋混凝土結構是最年輕的結構工程成員。但是，它的性能和制作工藝不斷

3、地獲得改善和提高，結構形式變化多樣，應用范圍逐漸擴大?，F(xiàn)今，在世界各國，特別在我國，它已經(jīng)成為結構工程中最為興旺發(fā)達的一族。其廣泛應用于建筑工程、橋梁和交通工程、水利和海港工程、地下工程及特種結構等。</p><p>　　2.鋼筋混凝土與結構設計</p><p><b>　　2.1 鋼筋混凝土</b></p><p>　　所謂鋼筋混凝土結構是指

4、由配置受力的普通鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結構。其充分利用了混凝土的受壓能力與鋼筋的受拉性能。</p><p><b>　　2.2 結構設計</b></p><p>　　而建筑結構設計就是結合一系列的理論計算方法充分利用鋼筋混凝土的力學性能，設計出最優(yōu)化的結構受力體系，滿足人類的日常生活的要求。</p><p>　　結構的設計原則和計

5、算理論，初期是從鋼結構移植過來的“彈性分析-允許應力法”，發(fā)展為單一安全系數(shù)的極限承載力法，以至現(xiàn)在基于概率統(tǒng)計可靠度分析的極限狀態(tài)設計法。</p><p>　　結構的內(nèi)力計算，由最簡單的古典彈性分析法，發(fā)展為考慮塑性變形的極限平衡法，以至進行結構受力非線性全過程分析。有限元分析方法和計算機技術的結合，為復雜結構的準確分析提供了強力的有效手段，在實際工程中已日益完善。</p><p>　　

6、2.3 新型鋼筋混凝土結構的發(fā)展</p><p>　　隨著現(xiàn)代科學的發(fā)展，鋼筋混凝土結構已經(jīng)不僅僅是混凝土加鋼筋的組合。越來越多的新型現(xiàn)代鋼筋混凝土結構出現(xiàn)并應用在建筑上。如新型鋼管混凝土結構，特別是最新采用薄壁鋼管混凝土，采用高性能混凝土的鋼管混凝土，中空夾層鋼管混凝土，該新型結構是將兩層鋼管同心放置，并在兩層鋼管之間關注混凝土。這種鋼管混凝土具有很好的發(fā)展前景，可以減少單位耗鋼量，降低結構的綜合造價，且結構上

7、鋼管混凝土柱剛度大，變形小，穩(wěn)定性好，在多層住宅及高層或超高層建筑中應用較實惠。</p><p>　　另外，鋼與混凝土組合結構也進入工程師結構選型的視野，如鋼與混凝土組合梁、鋼與混凝土預應力組合梁、鋼板與混凝土組合梁、鋼桁架與混凝土組合梁、壓型鋼板混凝土組合梁、外包鋼混凝土結構、鋼骨混凝土結構、鋼骨混凝土柱等。</p><p>　　預應力混凝土結構自從上世紀20年代進入混凝土結構家族以來，

8、逐漸成長為一項成熟的結構。采用先張拉和后張拉的技術是混凝土結構在承受荷載前給予配置鋼筋一個有效預應力與錨固損失和混凝土收縮徐變產(chǎn)生的損失相等。要注意的預應力混凝土技術需要采用高強鋼材和高強混凝土材料。因此預應力混凝土在要求裂縫控制等級較高的結構；大跨度或受力很大的構件；對構件剛度和變形控制要求較高的結構構件中優(yōu)先采用。</p><p>　　2.4 建筑結構設計原則與淺析</p><p>　

9、　建筑結構設計的原則是：適用、安全、經(jīng)濟、美觀，同時要便于施工。這五個方面各有所重，又互為矛盾，最優(yōu)建筑結構設計是這五個方面的最佳結合。</p><p>　　結構設計一般在建筑設計之后。結構設計不能破壞建筑設計，建筑設計不能超出結構設計的能力范圍。結構設計決定建筑設計能否實現(xiàn)，在這個意義上，結構設計顯得更為重要。</p><p>　　建筑結構設計可分為整體設計和部件設計兩部分。整體設計包括

10、結構體系的選擇、柱網(wǎng)的布置、梁的布置、剪力墻的分布、基礎的選型等。整體設計一般分主體和基礎兩部分進行。設計人員根據(jù)建筑物的性質、高度、重要程度、當?shù)氐目拐鹪O防烈度、風力情況等條件來選擇合適的結構體系。選定結構體系后，就要具體決定柱、梁、墻(剪力墻)的分布和尺寸等。</p><p>　　在進行主體結構內(nèi)力計算后，主體結構底截面的內(nèi)力就是基礎選型和計算的重要依據(jù)。進行整體設計后，就要進行部件設計。部件設計是指柱、梁、

11、板、墻(剪力墻)和塊體這5部分的內(nèi)力和配筋計算。梁和柱一般可看作細長桿件，內(nèi)力情況與計算體系相符合。</p><p>　　單向板可簡化為單位寬度的梁來計算，雙向板的計算理論也較成熟，異型板的計算較為復雜，應盡量避免。對于單片的剪力墻，一般把它視為薄壁柱作近似計算，有時要考慮翼緣的作用；對于簡體結構中的剪力墻則要用空間力學的方法來計算。塊體不同于梁、柱、板、墻，它在空間3個方向的尺寸都比較大，難以視作細長桿件或簡化

12、為平面體系來計算。如單獨基礎、柱的承臺、深梁都是塊體，受力情況很復雜，難以精確分析，所以在計算中往往加大安全系數(shù)，以保安全。</p><p>　　手算與計算機算所采用的計算方法、理論、計算模型是有差別的。結構計算的工作量是很大的，采用手算時要在工作量和計算精度之間折中。手算時為減少工作量，受力體系應盡量簡化為平面力系，計算中作一些假設，要利用經(jīng)驗值和圖表，用計算機進行合理的結構內(nèi)力計算，需要優(yōu)秀的結構計算程序。作

13、為結構設計人員應學習計算機所用的計算理論，并要知其所以然。結構設計程序的出現(xiàn)并沒有降低對設計人員的要求，相反，它要求設計人員學習更先進的計算理論。目前許多結構計算程序都有一個弊端：即計算過程的屏蔽，使用者只管輸入數(shù)據(jù)和看結果，對計算過程一無所知，不知道計算過程建立的基礎及其適用范圍，這是潛在的危險。</p><p>　　一個優(yōu)秀的結構計算程序應該提供程序所采用的計算理論的詳細說明，說明其采用的計算模型、計算假設、

14、適用范圍等。另外，應允許使用者干預計算過程，充分發(fā)揮設計者的主觀能動性和創(chuàng)造力。</p><p>　　另外，在設計中活荷載是需要重點考慮的，例如風荷載和雪荷載都是比較容易過大或者過小的被設置。更重要的是已有建筑物的荷載中，風荷載和雪荷載所產(chǎn)生的效應是巨大的。因此在建筑的荷載設計中，風荷載與雪荷載要考慮周到。</p><p>　　2.5 結構設計的發(fā)展方向</p><p&

15、gt;　　今后結構設計的方向應該是：</p><p>　?。?）概念設計將發(fā)揮越來越大的作用</p><p>　　概念設計是指正確地解決總體方案、材料使用和細部構造的問題，以達到合理抗震設計的目的。它是根據(jù)抗震設計的復雜性、難以精確計算而提出來的一種從宏觀上實現(xiàn)合理抗震，避免不必要的繁瑣計算，同時為抗震設計創(chuàng)造有利條件，使計算分析結果更能反映地震時結構反應的實際情況的設計方法。</p

16、><p>　?。?）采用先進的計算理論</p><p>　　空間受力分析，非彈性變形分析，塑性內(nèi)力分析，由加載到破壞全過程的受力分析，時程分析，最優(yōu)化設計，方案優(yōu)化等先進科學的設計方法及理論將得到更廣泛的應用。</p><p>　?。?）采用主動設計，使設計更合理、更經(jīng)濟</p><p>　　今后的設計除了提高結構抗力外，還應考慮盡可能地降低作用

17、效應。因為降低作用效應對增加結構安全性，降低造價，節(jié)約投資意義重大。</p><p>　?。?）使用具有高強、輕質、環(huán)保等特點的新型建材</p><p>　　建造物的自重在結構設計中占有很大的比重，使用輕質、高強的建材，將使建筑結構設計發(fā)生革命性的變化。例如在預應力結構中，無粘結預應力筋是近幾年發(fā)展起來的預應力筋的新型材料。</p><p>　　（5）鋼筋混凝土結構

18、耐久性設計將被更多的考慮</p><p>　　可持續(xù)發(fā)展在當今世界上日益重要，提高鋼筋混凝土結構的耐久性就是建筑的節(jié)能，就是對能源的節(jié)約和保護，在以后的設計中，耐久性設計將是被更多考慮的一個因素。</p><p>　?。?）結構工程的優(yōu)化設計</p><p>　　為了減少造價，優(yōu)化設計能最合理地利用材料的性能，使結構內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，并具有規(guī)范所規(guī)定的安全度

19、，可以使土建工程造價降低5％-30％。</p><p>　　結構優(yōu)化是使設計者能從被動的分析、校核，而進入主動的設計，是結構設計上的一次飛躍。</p><p><b>　　3.總結</b></p><p>　　放眼未來，鋼筋混凝土結構雖已過百年，但科技是第一生產(chǎn)力，只要科學在進步，鋼筋混凝土結構的發(fā)展將不會停止，可以說鋼筋混凝土結構是一個年輕的

20、結構工程。作為造價較低的結構，在世界上，特別在我國這樣一個發(fā)展中國家還是具有很廣闊的前景。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 過鎮(zhèn)海、時旭東 鋼筋混凝土原理和分析 [M] 清華大學出版社</p><p>　　[2] 胡濤 建筑結構設計淺析 [J] 山西建筑 2002年第28卷第7期</p&g

21、t;<p>　　[3] 馮乃謙 高強度混凝土結構 [M] 機械工業(yè)出版社</p><p>　　[4] 張炳華、候旭 土建結構優(yōu)化設計 [J] 同濟大學出版社</p><p>　　[5] 韓林海、楊有福 現(xiàn)代鋼管混凝土結構技術 [M] 中國建筑工業(yè)出版社</p><p>　　[6] 王連廣 鋼與混凝土組合結構 [M] 科學出版社</

22、p><p>　　[7] 王順卿 談建筑結構設計中的概念設計 [J] 山西建筑 2006年第32卷第6期</p><p>　　[8] 廖良輝 鋼筋混凝土結構設計若干問題 [J] 福建建筑 2000年增刊</p><p>　　[9] 廖利群 計算機優(yōu)化技術在建筑結構設計中的應用[J] 建筑科學2006NO.14</p><p>　　[10

23、] 葉志鋒 淺談建筑結構設計基本原理[J] 山西建筑 2006年第32卷第20期</p><p>　　[11] Vivian Meloysund, Ph.D. ; Kim Robert Liso, Ph.D. ; Jan Siem ; and Kristoffer Apeland Increased Snow Loads and Wind Actions on Existing Buildings: Rel

24、iability of the Norwegian Building Stock [J] 10.1061/(ASCE)0733-9445(2006)132:11(1831)</p><p>　　[12] 李雁英 預應力混凝土的發(fā)展簡述[J] 電力學報 2004年第19卷第3期</p><p>　　[13] 曹志明 預應力在混凝土工程中的應用[J] 經(jīng)濟技術協(xié)作信息2006年1

25、9期</p><p>　　[14] Chu-Kia Wang and Charles G.Salmon Reinforced Concrete Design, 6th ED. [M]. Journal of Structural Engineering, Oct98, Vol. 124 Issue 10, p1234, 1/2p; </p><p>　　本科畢業(yè)設計（論文）開題報告

26、</p><p><b>　　開題報告</b></p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　本次設計對象為開發(fā)區(qū)某高級寫字樓框架結構設計。建筑總建筑面積10000，建筑層數(shù)6層。主要設計任務是建筑外形設計、結構計算、施工圖設計、完成部分結構計算，并用PKPM電算法進行驗算并出圖。本次結構設計的目的是通

27、過高級寫字樓框架結構設計，掌握結構設計基本流程與方法；了解結構設計中相關的規(guī)范標準；熟悉建筑設計中應遵循先建筑后結構，先上部后基礎的設計和步驟。同時，也是對自己大學里所學專業(yè)知識的一次綜合應用與實踐演練。</p><p>　　2. 選題意義與可行性分析</p><p>　　本次設計的選題是高級寫字樓框架結構設計。隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，房地產(chǎn)開發(fā)蓬勃發(fā)展，成為支柱性產(chǎn)業(yè)。多層和中高層的民用

28、住宅建筑在我國城鎮(zhèn)中越來越多，而這些住宅設計多因建筑上要求平面的靈活性和結構設計上的抗震要求而大多采用鋼筋混凝土框架結構體系。雖然目前這種結構已經(jīng)是非常流行，但是結構的合理與否依舊影響著用戶的滿意度及開發(fā)商的經(jīng)濟效益。不斷地優(yōu)化，在兩者之間取得一個平衡是我們結構設計工作者地目標。</p><p>　　本工程在設計過程中會涉及到鋼筋混凝土結構、結構力學、結構抗震、地基基礎等大學所學地專業(yè)知識，通過本次設計有利于知識

29、的鞏固和應用。</p><p>　　鋼筋混凝土結構是當前應用比較成熟的一種結構，在大學的學習中，有過相當于框架結構設計的分解的課程設計有房屋建筑學課程設計、鋼筋混凝土單向樓板設計、單層廠房設計等；同時復習大學所學的各項專業(yè)知識，通過知識整合，完成本次結構設計的任務。本次高級寫字樓框架結構設計對于大學本科學生是可以完成的任務。</p><p>　　因此，對本次結構設計的預期目標有：</

30、p><p>　　通過本次畢業(yè)設計，能夠系統(tǒng)復習與應用過去所學的專業(yè)知識；</p><p>　　對于多層和中高層建筑尤其是框架結構的設計過程能夠有一個比較清晰的概念，熟悉設計過程中建筑、結構和巖土三方的協(xié)調(diào)配合；</p><p>　　會合理的選擇結構體系和結構布置，采用優(yōu)化設計的概念，力求設計經(jīng)濟、安全、耐久和舒適；</p><p>　　能夠熟練應

31、用PKPM系列結構分析軟件設計，并對其設計原理和步驟有清晰的了解。能夠獨立分析處理軟件計算結果和實際應用目標的差異并進行修正；</p><p>　　能夠按現(xiàn)行平法標注法繪制結構平面、梁、柱和混凝土墻施工圖，樓梯施工圖；</p><p>　　3.研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題</p><p>　　3.1建筑方案與結構方案的統(tǒng)一</p><p>

32、;　　在設計中如果剛開始建筑方案和結構方案不能很好的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，那在之后的系列設計中會碰到一些問題，甚至會有修改建筑方案的可能，從而重新進行結構設計，造成重復勞動。</p><p>　　因此，在方案初期就應該考慮到建筑方案是否符合結構設計的要求，可以與建筑學的同學交流一下思想，或者與指導老師交流學習。在建筑、結構、經(jīng)濟、安全等綜合因素的考慮下進行方案修改，盡量避免以后的修改工作。</p><p&

33、gt;<b>　　3.2結構概念設計</b></p><p>　　概念設計是結構設計的初期需要進行考慮的。概念設計包括結構選型，梁、板、柱的估算。概念設計有利于整個結構設計更加方便的進行。</p><p>　　結構選型，本次畢業(yè)設計的課題是6層鋼筋混凝土的高級寫字樓，可以考慮本結構選用框架結構較為經(jīng)濟適用。</p><p>　　梁、板、柱的估算

34、，先對整個框架的荷載進行估算，利用分配原則，對柱尺寸，板厚度，梁尺寸的估算，之后進行詳細的結構設計，遇到不合適的尺寸再加大尺寸進行設計計算。</p><p><b>　　3.3結構抗震設計</b></p><p>　　本設計結構抗震設防烈度為6度，結構抗震設防的原則要求在建筑設計上盡量規(guī)則，對稱。在荷載計算上，由于是6度設防抗震，且框架結構高度不高于30米。則建筑屬于

35、四級抗震，則只要在構造上滿足抗震設計要求即可，不需要進行專門的抗震計算。</p><p>　　但抗震設計相對本科畢業(yè)設計者畢竟是相對薄弱。因此，對于本畢業(yè)設計，結構抗震上的一些要求，要看懂抗震規(guī)范的要求，翻閱相關的參考資料，并與指導老師交流。</p><p>　　3.4結構力學計算方法進行一榀框架設計</p><p>　　一榀框架的手算一般采用結構力學上的力矩分配法

36、進行計算。需要注意的是，力矩分配法作為一種結構力學方法和應用到框架計算上一些取值的不同。</p><p>　　結構力學中力矩分配法彎矩的傳遞系數(shù)為0.5。而框架計算分層法的計算中，其傳遞系數(shù)是不同的。如除底層柱外，其它柱的傳遞系數(shù)為1/3，需要設計者細心。</p><p>　　另外在線剛度的計算上，結構力學中大多是有已知的線剛度大小。而在實際的框架設計中，梁柱的線剛度是需要設計者先求出來的

37、。在線剛度的求法上，特別注意的是，中間框架的線剛度一般取I＝2進行計算。</p><p>　　在力矩分配法結束以后，若是出現(xiàn)剛性節(jié)點的彎矩之和不為零，那么需要重新進行分配，直至剛性節(jié)點彎矩為零為止。</p><p>　　在利用彎矩分配法求出各節(jié)點彎矩后，再利用結構力學方法求出梁柱的各彎矩、剪力和軸力，為之后的截面配筋設計做好鋪墊。</p><p><b>

38、　　3.5柱下基礎設計</b></p><p>　　根據(jù)本工程建筑的性質、規(guī)模、高度、體型，對地基變形的要求，場地和地基條件的復雜程度，以及由于地基問題對建筑的安全和正常使用可能造成影響的嚴重程度等因素確定建筑地基基礎設計等級。</p><p>　　綜合該建筑的總體因素，基礎采用鋼筋混凝土預制方樁。</p><p><b>　　3.6樓梯設計&

39、lt;/b></p><p>　　樓梯設計包括尺寸上的設計以及結構設計。房屋建筑學中樓梯設計的知識是本次樓梯設計的基礎。要注意到樓梯設計的踏步，踢腳，休息平臺等與層高結合設計除符合實際的尺寸。再進行結構上的設計。樓梯的設計比較簡單，但也應該細心的計算，如果可能，再利用PKPM中的樓梯設計軟件進行驗算。</p><p><b>　　3.7現(xiàn)澆板設計</b><

40、/p><p>　　現(xiàn)澆板的設計中板的非結構層的荷載計算；板的計算以一米為單元；在調(diào)幅中一般調(diào)幅范圍在80％---90％；板的施工圖繪制中注意板的構造配筋。</p><p>　　因此，應該先復習現(xiàn)澆板的設計計算，構造配筋，以便在設計中能熟練的應用知識進行準確的設計出圖。</p><p>　　3.8 PKPM結構建模與參數(shù)輸入</p><p>　　在

41、電算中要注意結構參數(shù)的輸入，參數(shù)不同會導致結果與手算的結果有較大差異。因此要在用PKPM之前對各參數(shù)的意義進行學習熟悉，還應對PKPM的使用要復習，達到熟練操作。另外還需以下幾點：</p><p>　?。?）荷載計算，包括樓面恒載和樓面活載，以及梁上隔墻的荷載；</p><p>　?。?）在PMCAD里輸入定位軸線并布置梁柱墻以及荷載；</p><p>　　（3）在

42、建模過程中，對于一些受力復雜的部分，可根據(jù)結構力學原理，保證安全情況下進行力學模型簡化；</p><p>　?。?）軟件不是萬能的，因此需要內(nèi)力校核，設計應該根據(jù)所學知識用概念定性判斷模型受力情況，并和軟件結果相比較，對于差距比較大的應該分析原因，并作出相應的調(diào)整；</p><p>　　（5）在配筋圖出來以后，應在PMCAD的圖形編輯處進行修改，或者轉化成CAD的格式在ACAD上進行修改，

43、以便出圖能最大限度的接近施工的要求；</p><p>　?。?）當出現(xiàn)超筋或柱軸壓比過大時，應該先查明原因，在調(diào)整結構接著計算。梁超筋可以加大梁尺寸，但建筑上要求可能受限制，則可考慮改變材料的使用。柱軸壓比過大也可考慮柱尺寸的設計。</p><p>　　4.總體研究思路及預期研究成果</p><p>　　本次建筑設計按照國家設計規(guī)范進行設計，而結構設計中需要結合大學

44、本科四年所學的專業(yè)知識。結構設計總體研究思路如下：</p><p>　　（1）荷載計算，得到板所受荷載</p><p>　　（2）梁、柱、板尺寸估算</p><p>　　（3）梁、柱線剛度計算</p><p>　　（4）梁柱所受荷載計算</p><p>　?。?）分層法計算梁柱在豎向荷載作用下的內(nèi)力</p>

45、<p>　?。?）框架在水平力作用下的內(nèi)力（水平地震作用力、風荷載等）</p><p>　?。?）荷載組合再進行截面配筋設計計算以及板截面計算</p><p>　　（8）豎向荷載傳遞，進行柱下基礎計算設計</p><p>　?。?）PKPM建模進行電算驗算</p><p><b>　　（10）施工圖出圖</b&g

46、t;</p><p>　　經(jīng)過本次高級寫字樓框架結構設計以后，預期研究成果有：</p><p>　?。?）建筑方案符合國家各規(guī)范要求</p><p>　?。?）結構手算方案與電算方案相差不大</p><p>　　（3）結構施工圖的出圖最大限度的符合施工的要求</p><p>　?。?）掌握結構設計的整個設計流程，要求，

47、完善具備獨立設計的能力</p><p><b>　　5.研究工作計劃</b></p><p>　　2007.1.8---2007.1.31 開題報告、文獻綜述、外文翻譯</p><p>　　2007.3.5---2007.4.1 確定設計方案、完成建筑部分設計任務</p><p>　　2007.4.1---200

48、7.5.6 結構計算，施工圖設計，完成結構部分設計任務</p><p>　　2007.5.9 提交初稿</p><p>　　2007.5.16 定稿，提交畢業(yè)設計全部材料</p><p>　　2007.6.10前 畢業(yè)設計答辯</p><p><b>　　6.相關規(guī)范</b></p><

49、;p>　　1.民用建筑設計通則JGJ 37-87；宿舍建筑設計規(guī)范JGJ 36－87；</p><p>　　2.房屋建筑學；3.鋼筋混凝土結構設計規(guī)范GB50010-2002；4.砌體結構設計規(guī)范　GB50003-2001；5.建筑樁基基礎設計規(guī)范　JGJ94-94；6.建筑抗震設計規(guī)范　GB50011-2001；7.鋼筋混凝土結構教材（上、下）；結構力學教材；土力學與地基基礎教材；建筑結構抗震設

50、計教材；</p><p>　　8.建筑構造通用圖集；</p><p><b>　　7.涉及軟件</b></p><p>　　1.結構平面計算機輔助設計軟件PKPM</p><p>　　2.結構三維分析與設計軟件TAT</p><p>　　3.計算機輔助設計軟件ACAD</p><

51、;p><b>　　8.主要參考文獻</b></p><p>　?。?）王心田 建筑結構概念設計 天津大學出版社</p><p>　　（2）王心田 建筑結構體系與選型 同濟大學出版社</p><p>　?。?）東南大學等主審 混凝土結構（上、中冊） 中國建筑工業(yè)出版社</p><p>　?。?）王小紅等