1. 研究目的与意义
选题背景:本课题是连云港宝月湖科创社区7#楼结构设计,课题来源于工程实际,具有一定的代表性。总长为52.8m,一层局部最大宽度为36.0m,底层层高5.60m,其余各层层高3.9米。屋顶为不上人屋面,室内外高差0.3m。结构形式为钢筋混凝土框架结构,横向3跨,纵向6跨。本建筑设计使用年限为50年,结构安全等级为二级;建筑结构防火等级为二级,抗震设防类别为丙类,地基基础设计等级为丙级。设计特征周期为0.45s。地面粗糙度类别为B类。场地条件稳定性场地,无液化。
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。了解建筑工程中协调多工种的重要性,培养沟通能力和团队精神,从而具备工程技术人员应有的基本技能和素质。
选题意义:通过本工程设计,培养综合所学课程知识和相关技能的应用能力和解决具体土木设计问题所需的综合创新能力,在教师指导下独立系统完成工程设计,解决与之相关的问题,熟悉规范图纸,实践性综合性较为显著。
2. 课题关键问题和重难点
综合并运用所学的理论知识,提高整体建筑结构设计的能力。在老师的指导下,参考已学过的课本及相关资料,依照国家设计规范和相关规定要求,选择合理的结构方案和设计方法,按进度独立完成结构计算,并绘制结构施工图。
前几年,虽然我们学习了大量的专业知识,但是对于使用专业知识去处理实际工程问题尚显稚嫩,而毕业设计则能够起到将大学前三年半所学知识与实际工程相联系的作用。从英文文献翻译到实际工程设计,这些都能够促进我们的实践能力和知识运用能力的提升。虽然在做毕业设计的过程中会遇到较多的困难,并且要面对和掌握许多尚且不够熟悉的事物,但这些却能提高我们的综合能力并且能为 我们之后的工作打下坚实的基础。
本课题框架结构的具体内容包括:设计结构方案和初选截面尺寸;楼板结构设计;荷载计算;用PKPM 结构设计软件计算框架结构内力;用近似方法计算(手算)框架结构在水平荷载和竖向荷载作用下的结构内力并与PKPM结构设计软件的计算结果进行比较;框架结构构件截面设计和构造要求;基础设计;楼梯结构设计;结构施工图的绘制。
3. 国内外研究现状(文献综述)
随着中国社会经济的快速发展,建筑行业的结构设计必然与之相关的不断地进行革新。相比较于传统的砖混结构,大批量的设计思路更加先进,经济性和实用性愈发提高的结构设计方案被设计出来。诸如框架结构、框架剪力墙结构、核心筒结构、钢结构此类。而对于我们本次研究的课题则是多层框架结构设计,当下框架结构在工程行业中的应用尚较为广泛。
本工程选择较为规则的结构平面布置,通过查阅相关资料可知可采用混凝土框架结构。依据于查阅的规范,混凝土框架结构目前有以下优缺点:首先框架结构的空间利用较为灵活,因为墙体不承重的缘故,设计时可以比较灵活地安排空间的功能布置。除此以外还有自重较轻,材料用量较少等优势。在结构构件这一方面,框架结构的梁柱目前基本都采用固定化或标准化设计的。通过选择车间生产然后再进行统一整体装配的做法,能够有效地缩短工期;而如果采用现浇混凝土浇筑,所得结构的整体性和刚度较好,通过合理的设计所表现出的抗震效果也能令人满意。然而框架结构的缺点也较为明显的,因框架的侧向刚度较小,若在强烈的水平荷载(强风荷载,强烈的地震作用)作用下,整体的框架结构产生的水平位移较大,容易造成非结构性破坏。如果采用预制加整体吊装的方式的话,工序繁琐。而且由梁柱所构成的结构,其承载力和刚度都不够高。从这些角度来分析都不适合于建造高层建筑,因而这一结构多用于7层以下的中多层建筑。
框架结构多使用钢筋和混凝土两种建筑材料,因为两种基本建材具有不同的力学性能,若是按照一定的原则结合,钢筋和混凝土即可共同发挥作用。依照大学课程中的专业课程得知,混凝土具有高抗压性能,抗压但不抗拉;而钢筋具有高抗拉性能,抗拉不抗压。将两者结合的钢筋混凝土与素混凝土进行比照,两者共同工作的结构承载力有显著的提高,破坏也呈延性破坏,能够在破坏前呈现出明显的裂纹和变形发展过程。钢筋和混凝土可以共同工作主要有如下这几个原因:首先来说,混凝土和钢筋之间具有良好的粘结力,形成的整体较为牢固,在荷载的作用下,二者可以共同发挥其作用。其次,钢筋和混凝土二者的温度膨胀系数接近,温度变化相差较小,因而可以一同工作。而钢筋混凝土作为当今工程中最为常见的建筑材料,其具备有如下显著优势:具备有相当的出色的耐久性和耐火性,以及较为优秀的可塑性,从而可以依照于设计需求支模浇筑成各种不同的形状和尺寸,更具备着出彩的抗震性能,而且不可忽视的是这一材料常见廉价,故其是一种经济合理的材料选择。
4. 研究方案
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的翻译和开题报告。学习相关国家法规和规范。
根据原始资料可知:总长为52.8m,一层局部最大宽度为36.0m,底层层高5.60m,其余各层层高3.9米。屋顶为不上人屋面,室内外高差0.3m。结构形式为钢筋混凝土框架结构,横向3跨,纵向6跨。本建筑设计使用年限为50年,结构安全等级为二级;建筑结构防火等级为二级,抗震设防类别为丙类,地基基础设计等级为丙级。设计特征周期为0.45s。地面粗糙度类别为B类。场地条件稳定性场地,无液化。基本风压0.55KN/m2,基本雪压值0.40KN/m2。
5. 工作计划
工作计划如下:
周次 | 工作内容 | 检查内容 | 备注 |
1 | 了解毕业设计有关要求,完成英文翻译的修改。熟悉任务书,完成开题报告。熟悉建筑图,考虑结构方案。 | 检查英文翻译、开题报告 |
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2 | 进行结构布置,荷载计算;电算建模。 | 检查结构方案,指导建模 |
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3 | 完成电算建模,进行结构整体计算。 | 检查计算模型及电算结果 |
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4 | 手算复核竖向荷载和水平荷载(地震作用)作用下的一榀框架的内力。 | 检查手算结果 |
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5 | 手算复核竖向荷载和水平荷载(地震作用)作用下的一榀框架的内力。 | 检查手算结果 |
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6 | 一榀框架的内力组合,结构构件的设计。 | 检查计算结果 |
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7 | 基础结构计算及设计。 | 指导并检查设计计算结果 |
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8 | 绘制施工图(结构平面图、梁和板配筋图以及框架柱整体平面配筋图) | 指导并检查绘图进展情况 |
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9 | 绘制施工图(基础施工图、结构施工总说明) | 指导并检查绘图进展情况并检查绘图成果 |
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10 | 整理计算书,完成论文初稿 | 检查论文初稿质量 |
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11 | 论文规范性检查、图纸质量检查并修改 | 检查毕业设计成果质量 |
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12 | 论文规范性检查、图纸质量检查并修改;准备毕业设计答辩 | 检查毕业设计成果质量;毕业设计答辩安排 |
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13 | 答辩 | 进行答辩 |
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