连云港宝联科技产业园2#楼结构设计开题报告

毕业设计作为实践性教学最后一个环节，是对我们运用已经学习过的知识来独立完成任务的一项考验，也是对即将投入工作中的我们的一次重要的训练，旨在培养综合运用所学理论、知识和技能解决实际问题的能力。在此次毕业设计中，张晋老师精心为我们挑选了各种类型的建筑结构设计例题供我们研究学习。以下简述本次课题的选题背景和选题意义：

选题背景：本课题是连云港宝联科技产业园2#楼结构设计，课题来源于工程实际。

建筑总长为48.60m，各层宽度均为25.20m，底层层高6.80m，其余各层层高4.0米。屋顶为不上人屋面，室内外高差0.30m。结构形式为钢筋混凝土框架结构，横向3跨，纵向6跨。底层层高6.80m，其余各层层高4.0米。工程所在地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，设计特征周期。基本风压：0.55kN/m2，基本雪压：0.40kN/m2。

选题意义：随着混凝土框架结构设计理论趋于成熟与规范化以及结构设计软件的迅猛发展，结构设计周期明显降低。但是当人们用电算代替手算时，其背后的设计原理越来越被人们忽略，因此本毕业设计以手算为主，电算为辅，注重点在于我们要对框架结构设计原理掌握透彻。我们要了解并熟悉框架结构设计的全流程以及设计方法，比如我们要学会：读取建筑图纸，从建筑图里获取结构设计需要的信息；根据实际条件合理结构布置，进行结构选型；根据所学知识，合理建立计算模型；依照规范，进行内力组合，选取不利截面进行配筋设计；掌握PKPM结构设计软件，进行电算校核；以及绘制结构施工图纸。这些关键技能的掌握对于以后想从事设计专业的我们是极其有帮助的。

课题来源于工程实际，具有较强的工程背景和工程应用前景。框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可以提供较大的建筑空间，也可以构成丰富多变的立面体型。因此，多高层框架结构体系在实际工程中得到了广泛应用。通过该结构设计可以使学生巩固在大学里所学过的专业知识和专业基础知识，系统的将大学四年所学的知识联系在一起，做到理论联系实际,掌握建筑工程设计的程序和方法。了解建筑工程中多工种协调、配合的重要性，培养交流、沟通能力和团队协作精神,从而具备工程技术人员应有的基本技能和素质。

在前两周的时间里，在老师的指导下我仔细研读了图纸、熟悉了工程地质报告和梳理清了结构设计的主要步骤。这次毕业设计主要包括结构方案设计、结构分析、构件设计及绘制施工图四个步骤，每一个步骤中都包含许多问题和难点，主要如下所示：

①结构方案设计：

首先，在结构方案设计的初期，我们要把据好结构整体的受力，尽可能避免不规则现象的出现。建筑长度宜满足伸缩缝要求，否则应采取措施。如：增大配筋率，通长配筋，改善保温，铺设架空层，加后浇带等，框架结构是指由钢筋混凝土横梁，纵梁和柱等构件所组成的结构，墙体不称重，内、外墙只起分隔和围护作用。在结构设计时，布置柱网需要化繁为简。其次，结构中主次梁的布置直接影响到单向板和双向板的选择，主次梁要根据建筑的使用功能和柱网的布置灵活调整。柱子截面的选择既要满足轴压比的控制也要考虑角柱扭转效应、竖向刚度规则与否等因素的影响。楼梯的结构设计要注意净空的要求、基础的类型要依据地质条件合理选择，框架柱设计要满足“强柱弱梁”的规则避免或推迟柱端出现塑性铰、满足“强剪弱弯”的要求使结构弯曲破坏发生在剪切破坏之前。最后我们要综合上面的这些设计原则，选择最优方案，结构设计没有唯一的答案，具有很高的灵活性，我们要学会多方面权衡，从而达到经济效益的最大化。

②多层框架结构的内力计算与荷载计算：

结构分析是结构设计的重要一步，主要是要计算结构在各种作用下的效应，使结构满足安全、适用和耐久的需求。这一步主要解决的就是结构设计模型和理论的选取，包括结构的计算简图和结构的计算理论。手算的繁琐性决定了我们主要采用的是简化的方法来近似计算，简化时要注意的问题便是简化后的模型既要反映结构的实际受力特性使结构偏于安全和简单，又要充分考虑到结构中各种主要的影响因素。楼盖中单向板按连续梁计算采用弹性方法或塑性方法设计，双向板一般按弹性方法设计，主体结构内力分析中竖向荷载近似用弯矩分配法和迭代法计算、在初步设计时还可采用更为简化的分层法进行计算、水平荷载可用D值法进行计算。同时框架结构的荷载计算需要充分考虑垂直荷载（恒载、活载），水平荷载（风载，地震作用）。垂直荷载使用力矩分配法、分层法，水平荷载使用D值法进行计算。内力的计算和绘制简图包括内力组合的分析都是需要手算完成的，计算量相对较大，数据繁琐，需要谨慎作业。

③多层框架结构的桩基础设计：

多层框架结构的基础，一般有柱下独立基础、条形基础、十字形基础、片桩基础，必要时也可采用箱型基础或桩基。条形基础最为常见，呈条状布置，横截面一般呈倒T，作用是把上部结构的荷载较为均匀地传给地基，增加结构整体性，减少不均匀沉降。

④多层框架结构的抗震设计：

框架结构的震害主要分为两种：整体破坏（强梁弱柱型、强柱弱梁型）、局部破坏（柱、梁、节点的破坏）。抗震设计需要按照规范设置抗震设防烈度，确定设计地震分组，进行薄弱部位的有效加固，结构刚度分布要均匀、规则。

总的来说，本次多层框架结构设计需要从多方面把握。无论从结构设计的思路，荷载与内了的计算还是利用软件建模或者出图。对于我来说都是一个克服困难巩固所学知识的大好机会，好好把握这次锻炼机会，完成毕业设计。

三、文献综述

因为钢筋混凝土结构与砌体结构相比，具有承载力大、结构自重轻、抗震性能好、建造的工业化 程度高等优点；与钢结构相比，又具有造价低、材料来源广泛、耐火性好、结构刚度大、使用维修费 用低等优点。 所以钢筋混凝土结构的建筑物变得越来越普遍，并且在我国钢筋混凝土结构变成了多层 框架最常用的形式。 混凝土框架结构是由梁柱连接组成的框架以承受使用过程中所出现的水平荷载和竖向荷载的结构。 混凝土框架结构的墙体为非承重墙，只能起到围护和分隔的作用，墙体一般都采用轻质墙以减轻结构 荷重，如空心砖砌筑或泡沫混凝土砌块。梁、柱和板这些构件往往会采用预制形式，为了满足建筑工 业化的要求，加快施工进度，节约模板和顶撑。因此根据装配率的不同，混凝土框架结构可以分为现 浇式、装配式和装配整体式。 混凝土框架结构常用于体形较为规则的、刚度较为均匀的建筑。优点主要有建筑平面布置灵活、 自重轻、整体性好、刚度大、抗震性能较好。但是其整体侧向刚度较小，在强震作用下容易产生较大 的水平位移，从而引起非结构构件的破坏。设计时应该要提高抗侧刚度和控制好结构侧移，因为框架 结构侧向位移曲线为剪切型，水平位移上大下小，层间变形上小下大。框架结构不适用于超过 15 层的 房屋，因为混凝土框架结构会随层数增大，底部柱轴力增大，梁柱因水平荷载产生的弯矩和侧移增大， 导致构件截面增大，这样既耗费建筑材料，又减少使用面积，不利于空间布置。 混凝土框架结构布置形式按照承重方式的不同可以分为以下三类： （1）横向框架承重方案：以框架横梁作为楼盖的主梁，楼面荷载主要由横向框架承担。因为横向框 架数往往较少，所以主梁沿横向布置有利于增强房屋的横向刚度。而且，主梁沿横向布置还有利于建 筑物的通风和采光。但由于主梁截面尺寸较大，当房屋需要大空间时，净空较小，且不利于布置纵向 管道。 （2）纵向框架承重方案：以框架纵梁作为楼盖的主梁，楼面荷载由框架纵梁承担。由于横梁截面尺 寸较小，有利于设备管线的穿行，可获得较高的室内净空。但房屋横向刚度较差，同时进深尺度受到 预制板长度的限制。 （3）纵横向框架混合承重方案：纵横向框架混合承重方案是沿纵横两个方向上均布置有框架梁作为 楼盖的主梁，楼面荷载由纵横向框架梁共同承担，它具有较好的整体工作性能。 混凝土框架结构要依据自身特点，合理布置梁、柱的位置、跨度及尺寸，根据建筑要求或是抗震 要求选择合适的承重体系，依实际情况合理布置变形缝。结构布置要力求结构受力合理，结构平面形 状和立面形状尽可能规则，使刚度均匀，从而减小偏心及扭矩，提高抗震性能。我们一定要先做好结 构布置的工作，因为良好的结构布置方案是良好结构设计的重要前提。 总的来说，混凝土框架结构设计分为四个阶段：一是方案设计阶段，二是初步设计阶段，三是技 术设计阶段，四是绘制施工图阶段。

主要参考文献

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[2] 蓝宗建主编．混凝土结构与砌体结构[M] ．南京：东南大学出版社，2006．1-390

[3] 邱洪兴．建筑结构设计[M] ．北京：高等教育出版社，2018．1-413

[4] 方鄂华编著．高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M] ．北京：机械工业出版社，2004．1-483

[5] GB50010-2011.混凝土结构设计规范[S]（2015年版）.中国建筑工业出版社。

[6] GB50009-2012.建筑结构荷载规范[S].中国建筑工业出版社。

[7] GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S]（2016年版）.中国建筑工业出版社。

[8] GB50003-2011.砌体结构设计规范[S]（2016年版）.中国建筑工业出版社。

[9] GB50017-2017.钢结构设计规范[S].中国建筑工业出版社。

[10] GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].中国建筑工业出版社。

[11] JGJ 3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].中国建筑工业出版社。

[12] JGJ 94-2018.建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社。

[13] 16G101.混凝土结构施工图平面整体表示法[S]. 北京：中国建筑工业出版社。

[14] GBJ50001-2010.房屋建筑制图统一标准[S].中国建筑工业出版社。

[15] GB50105-2010.建筑结构制图标准[S].中国建筑工业出版社。

[16]Mustesin Ail Khan. Analysis of restrained composite beams exposed to fire usinga hybrid simulation approach[J]. Engineering Structures, 2018, 172 : 956-966.

对本课题的研究计划分为设计准备、结构设计两个方面。

设计准备阶段：收集必要的设计原始资料，参考同类型设计的文字和图纸资料，完成对给定的英文文献翻译和开题报告。学习有关的国家法规和规范。根据原始资料可知：建筑总长为48.60m，各层宽度均为25.20m，底层层高6.80m，其余各层层高4.0米。屋顶为不上人屋面，室内外高差0.30m。结构形式为钢筋混凝土框架结构，横向3跨，纵向6跨。底层层高6.80m，其余各层层高4.0米。工程所在地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，设计特征周期。基本风压：0.55kN/m2，基本雪压：0.40kN/m2。

结构设计阶段：

1、结构布置和初选构件截面尺寸

(a)熟读建筑图纸，利用Revit建立Bim三维模型；根据建筑图，进行结构的平面布置和竖向布置。

(b)选择材料强度等级；根据结构设计的基本规定，结合有关经验初选梁、柱等构件的截面尺寸和楼板的厚度。

(c)应用结构设计软件校核所布置的结构是否合理，必要时可对结构布置和构件尺寸进行调整和修改。

2、荷载计算

3、框架结构内力分析和配筋

(a)PKPM结构计算软件进行框架结构计算

Ⅰ.结构计算模型的建立。

Ⅱ.竖向荷载作用下的内力分析；水平荷载(地震作用或风荷载)作用下的内力分析。

Ⅲ.水平荷载作用下的顶点侧移及层间位移验算。

Ⅳ.荷载效应组合及配筋设计。

(b)近似计算方法计算框架内力

Ⅰ.采用近似计算方法分析(手算)一榀框架在水平荷载和竖向荷载作用下的内力，并与PKPM 结构设计软件的计算结果进行比较和分析。

Ⅱ.框架的荷载效应组合及构件截面配筋设计。

4、基础设计

(a)基础选型

根据地质条件和上部结构荷载情况确定基础的类型。

(b)基础平面布置

根据电算结果中底层柱内力确定基础平面尺寸或桩数及布桩。

(c)基础内力分析和配筋

基础承载力验算或桩的配筋，承台截面设计及构造，基础梁计算等。。

5、绘制结构施工图，其中包括：

a.基础平面布置图。

b.基础大样。

c.柱配筋图。

d.楼、屋盖板配筋图。

e.楼、屋盖梁配筋图。

f.必要的施工说明。

五、工作计划