土木工程框架结构毕业设计全套论文.docx

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土木工程框架结构毕业设计全套论文

人生最大的幸福,是发现自己爱的人正好也爱着自己。

中文摘要

本毕业设计是完成"XXXXX楼"的工程设计

包括建筑设计和结构设计

建筑设计部分包括建筑方案的设计思路、建筑做法和建筑的平立剖设计

结构设计部分包括结构方案设计、结构计算和施工图设计

该建筑物结构采用现浇钢筋混凝土框架结构

结构方案包括梁柱的选用

结构计算包括梁柱板的配筋计算

施工图设计包括基础和楼梯的设计

结构计算部分应用PKPM系列软件

主要用到PMCAD、SATWE、JCCAD、LTCAD模块

地震作用及内力计算、地震位移验算采用手工计算分析

建筑和结构施工图全部采用AutoCAD及天正系列软件完成

关键字:

钢筋混凝土结构设计、PKPM软件应用、抗震设计、钢筋混凝土框架结构

英文摘要

Thegraduationprojectistheengineeringdesignof'TheLanguageandCulturalCollegeBuildingofShanxiUniversity'

includingarchitecturaldesignandstructuraldesign.Thearchitecturaldesignincludesthedesigningideaofthewholeproject

architecturalpracticesandtheplan

elevationandsectiondesignofthebuilding.Thestructuraldesignconsistsofstructuralplan

structuralcalculationsandconstructiondesign.Thebuildingtakessteelreinforcedconcreteframestructure.Intheprocessofstructureplan

thebeams'andcolumns'sectionarecalculatedandselected.Duringthestructuralcalculation

thereinforcementofplates

beamsandcolumnsarecalculated.Inconstructiondesign

thedesignoffoundationsandstairsarethemaintwoparts.ThesoftwarePKPMisemployedinthestructuralcalculationtoanalyzethestructuraleffectandthesteeldistributionofthereinforcedconcrete.Forexample

PMCAD

SATWE

JCCAD

andLTCADmodulesareusedduringtheprocess.However

theforcecalculationandseismicdisplacementarecheckedbyhand.AndarchitecturalandstructuraldrawingsareallcompletedwithAutoCADandTangentseries.

Keyword:

structuraldesignofreinforcedconcreteapplianceofPKPMsoftware

seismiccalculation

reinforcedconcreteframe;

中文摘要I

英文摘要II

目录III

第一章设计要求-1-

1.1毕业设计目的与要求-1-

1.2题目-1-

1.3设计资料-1-

1.4设计任务及要求-2-

1.5岩土工程勘察结果-4-

第二章文献综述-6-

第三章建筑方案与工程概况-16-

3.1工程概况-16-

3.2设计依据-17-

3.3设计原则-17-

3.4建筑方案的选择-17-

3.5建筑功能划分-17-

3.6技术指标-18-

3.7建筑防火设计-18-

3.8水平垂直交通设计-18-

3.8.1楼梯-18-

3.8.2电梯-19-

3.9建筑方案图-19-

第四章建筑做法说明-22-

4.1散水-22-

4.2台阶-22-

4.3地面做法-22-

4.3.1卫生间地面（厚度243-22-

4.3.2大报告厅地面做法-23-

4.3.3其他地面做法-23-

4.4楼面做法-23-

4.4.1卫生间及茶水间楼面做法-23-

4.4.2小报告厅楼面做法-24-

4.4.3其他楼面做法-24-

4.5屋面做法-24-

4.6顶棚做法-24-

4.7外墙做法:

-25-

4.8内墙做法-25-

4.8.1卫生间及茶水间内墙做法:

-25-

4.8.2一般墙面做法:

-25-

4.9踢脚线做法:

-26-

4.10屋面防水采用改性沥青柔性油毡防水层做法-26-

4.11墙体-26-

4.11.1墙体防潮-26-

4.12门窗-26-

第五章结构方案说明-29-

5.1柱网布置-29-

5.2结构形式选择-29-

5.3楼板形式选择-29-

5.4材料信息-29-

5.5各层结构平面布置-30-

5.6梁柱框架尺寸初步确定-31-

5.6.1第I部分梁柱尺寸确定-31-

5.6.2第II部分梁柱尺寸确定-32-

5.6.3第III部分-32-

第六章荷载及地震位移验算-34-

6.1计算简图-34-

6.2第I部分荷载及抗震验算-35-

6.2.1建筑物总重力荷载代表值Gi的计算-35-

6.2.2刚度和自振周期计算-40-

6.2.3地震作用计算-42-

6.3第II部分-43-

6.3.1建筑物总重力荷载代表值Gi的计算-43-

6.3.2刚度和自振周期计算-48-

6.3.3地震作用计算-50-

第七章PKPM计算过程-52-

7.1结构布置及荷载输入-52-

7.2楼板施工图生成-55-

7.3计算-55-

7.4配筋图和计算过程的显示-57-

7.5基础设计-59-

7.6楼梯设计-60-

参考文献-65-

致谢-66-

附录-67-

附1.结构设计信息-67-

附2.结构位移文件-77-

附3.楼梯计算书-82-

第一章设计要求

1.1毕业设计目的与要求

毕业设计是大学本科教育的最后一个教学环节

它是全面检验大学四年学习效果的一个关键环节

通过毕业设计

同学可以综合以前所学的各门课程的知识解决实际问题;通过毕业设计

同学可以得到工程实践的实际训练;通过毕业设计

同学还可以进一步加深对所学理论课程的理解和巩固

土木工程专业毕业设计的目的是:

1.全面了解建筑工程设计的全过程;

2.基本具备进行建筑方案、建筑设计及绘制建筑施工图的能力;

3.能熟练、正确进行结构方案、结构设计计算、构造处理及绘制结构施工图的能力;

4.培养同学在建筑工程设计过程中的配合意识;

5.培养正确、熟练运用规范、手册、各种标准图集及参考书的能力;

6.通过实际工程训练

建立功能设计、施工、经济全面协调统一的思想;

7.通过毕业设计

进一步建立结构工程师的责任意识;

1.2题目

XXXX学院

1.3设计资料

1工程地点及地形图:

山西大学校园内

地形图附后

2工程总建筑面积:

6000M2

3工程性质:

1建筑性质:

学校办公、教学

2建筑组成:

教学部分:

学术报告厅2间:

500M2和200M2;教室5间:

90M2

办公部分:

大办公室5间:

90M2;中办公室20间:

45M2;小办公室40间:

20M2;会议4间:

45M2;图书资料室2间:

90M2

其它:

卫生间每层2间

30M2;值班室、储藏间每层1间:

20M2;客货两用电梯2部（1600公斤

3设计要求与总平面要求

合理安排功能分区

流线顺畅

造型美观大方

创造良好的教学、科研建筑形象

总平面布置:

道路、出入口、停车场、绿化及其它场地（场地东、北两面建筑至少距边缘5M以上

4空间组合要求

三部分联系需方便

同时须有相对的独立性

盥洗、厕所等布置时以集中为宜

便于管线布置;

实验室应有好的采光、通风条件;

根据周围环境考虑建筑体型及立面处理;

入口广场应保证一定的停车和回车场地

创造一个良好的外部空间

5室内外装饰要求

主体建筑外墙采用贴面材料

室内主要公共空间墙壁用涂料

做吊顶

采用水磨石地面;实验室内部按要求功能设计

其余房间装饰自定

所有水房间均为瓷砖墙壁

马赛克地面

装饰材料的色彩自定

6建筑标准

耐火等级二级

耐久等级二级

丙类建筑

4自然条件

1气象资料

①基本风压

②基本雪压

③主导风向:

西北风

2工地地质及水文地质资料:

见附表

3地震烈度:

8度

5施工条件及材料供应

1施工条件:

由一级建筑施工单位承建

具有多种大型建筑机械

混凝土标准构件由预制厂提供

2材料供应:

钢材、木材、水泥及砖、石、砂等均自行采购

3水、电均由建设单位保证供应

通往工地的道路良好

1.4设计任务及要求

1.4.1建筑设计任务及要求

根据给定的设计资料

要求每一个学生单独完成建筑施工图设计

具体要求如下:

1按施工图设计深度绘制平、立、剖面建筑施工图以及总平面图

2选择装饰用料及装饰构造做法

3绘制必要的节点构造详图

4编写设计说明书

5列出技术经济指标:

①总建筑面积

②使用面积

③使用面积系数

④各项设计指标

对于最后完成的设计成果要求做到:

方案合理、选材适当、构造正确、图文清晰详尽

1.4.2建筑设计图内容

1总平面图1:

500

2各层平面图1:

100

3各向立面图1:

100

4楼梯详图1:

50

5屋面排水图1:

200

6纵横剖面图1:

100

7墙身剖面及节点详图1:

100

8装饰用料及做法、施工说明

9门窗选型及数量统计

1.4.3结构设计任务及要求

在满足使用功能及建筑设计的基础上

本着"安全适用

技术先进

经济合理"的原则进行设计

1设计说明

①结构类型:

钢筋混凝土框架结构

②使用荷载及有关要求:

按照《建筑结构荷载规范》

2结构设计内容

①结构布置与选型

②荷载计算

③上部主要受力结构设计:

变形验算强度设计、抗震构造设计

④基础设计计算

⑤其他构件设计

1.4.4结构施工图及计算书内容

1屋面结构平面布置图

2楼面结构平面布置图

3基础平面布置及配筋图

4上部主要受力结构配筋图

5其他构件配筋图

6计算书一份

1.4.5毕业设计计算书

1文献综述

2外文资料翻译

3建筑设计说明

4结构设计计算书

5参考文献

5岩土工程勘察结果

编号

土层

概况

层厚（M

（kPa

地基类型

1

杂填土

不均匀

0.80

-

2

粉质粘土

稍密

均匀

1.20

110

3

砂质粉土

中密

均匀

2.20

190

天然基础

4

粗砂

密实

均匀

6.60

250

第二章文献综述

半刚性端板连接的文献综述

摘要:

半钢性端板连接在工程中具有广泛的应用

但是其精确计算十分繁琐

本文旨在总结前人对半刚性连接计算的经验结论

并且对半刚性连接的发展现状进行讨论

进而得出一系列有价值的结论

关键词:

钢结构;半刚性连接;加劲肋;端板连接

Theliteraturereviewofsemi-rigidconnectionofendplates

Abstract:

Thesemi-rigidconnectionofendplatesiswidelyusedinengineering.However

thecalculationofsuchconnectionisextremelysophisticated.Thearticleaimsatconcludingtheformerresearchers'experiencesanddiscussingthefutureofsemi-rigidconnection

soastooffersomeusefulinformation.

Keywords:

Steelstructure;semi-rigidconnection;stiffeningrib;endplateconnection

1半刚性连接概况

1.1半刚性连接的概念

传统的钢框架分析设计都假定梁柱连接是完全刚性的或者是理想铰接的

虽然这些假定使分析设计过程大大简化

但是

当连接的刚性程度处于完全刚性和理想铰接之间的中间状态时

这些假定的有效性就值得怀疑了

而试验表明

实际工程中运用的全部连接形式所具有的刚度

都处在完全刚性和理想铰接这两种极端情况之间[1]

欧洲规范Eurocode3规定

以连接的初始转动刚度Ki为标准定义:

如Ki≥kbEIb/lb则为刚接;

如Ki≤0.5EIb/lb则为铰接;

如0.5EIb/lb≤Ki≤kbEIb/lb则为半刚接

美国的容许应力设计规范（AsDAISC

l989中列出的类型3即"半刚性连接"

它假定连接可以传递垂直剪力

也能够传递部分弯矩

美国的荷载抗力系数设计规范（LRFDALSC

1999在其条文中指定了两种类型的连接.其中

部分约束型（PR包括了半刚性连接

要求在分析和设计中必须考虑柔性连接的影响

半刚性连接承载性能好

构造简单

施工快捷

质量比较容易得到保证

在实际工程中已经得到广泛应用

目前

常用的半刚性连接的形式主要有:

端板连接;腹板单角钢

单板连接;腹板双角钢连接;矮端板连接;顶、底角钢连接;腹板带双角钢的顶、底角钢连接;短T型钢连接

其中

端板连接是刚结构中应用最广泛的连接方式之一

端板连接主要应用于钢框架、轻钢门式框架中梁柱连接、梁梁拼接等

端板在制造厂与钢梁的翼缘、腹板相焊接

然后再现场用螺栓与钢柱翼缘或端板相连接

螺栓大多采用高强度螺栓

以提高连接承载力及连接刚度

根据端板的位置和大小的不同

分为两端外伸式

一端外伸式

齐平式和内缩式等四种

其中两端外伸式端板连接承载力刚度最大[2]

1.2半刚性连接的特性[8]

图2-1

如图可知:

（1所有半刚性连接的特性

均处在理想饺接条件（水平轴和全刚性（竖直轴条件之间

（2连接所能传递的最大弯矩（此处称为极限弯矩承载力

在较为柔性的连接中要降低

（3弯矩相同时

连接的柔性愈大

θ值愈大

反之.对于指定的θ值.柔性大的连接在相邻杆之间传递的弯矩就要少些

（4半刚性连接的M-θ关系在全部实际加载范围内一般是非线性的

`

连接的非线性特性来自多种因素

其中一些重要的因素如下:

（1连接组合材料本身不连续

（2连接组合中一些组合件产生局部屈服

这是引起连接非线性特性的主要因素

（3连接组合中的孔眼、扣件以及构件之间的承压接触引起应力和应变集中

（4连接附近处

梁与柱的翼缘或腹板的局部屈曲

（5在外荷载影响下整体的几何变化

1.3半刚性连接的M-Θ关系模型

1线性模型[8][9][10][11]

（1单刚度线性模型:

采用初始刚度Rki来代表全部加载范围的连接特性

当弯矩增加超过连接使用极限后

这种模型就不再有效

（2双线模型:

能够更好地表达连接特性

这种模型在某一转折弯矩处

用一条更平坦的线来取代弯矩一转角线的初斜率

（3折线模型:

用一组直线段来逼近非线性的M-θ曲线

该模型优点:

使用方便

缺点:

不够精确

转折点处的刚度突变

因此难以用于实践

2多项式模型

Frye和Morris[12]建立了多项式模型来计算几种类型连接的特性

M-θ关系用以下奇次方的多项式来表达:

θ=Cl（KM1+C2（KM3+C3（KM5

式中.K是取决于连接类型及几何尺寸的标准化参数.Cl

C2和C3是曲线拟合常数

该模型优点:

能很好地代表M-θ特性

缺点:

在于多项式的性质

在某一范围内它会达到并通过峰值点

用M一曲线斜率代表的连接刚度

就可能在M的某些值处变成负的

3B样条模型

Jones[13]等用B样条法对连接试验数据作了曲线拟合

在这个模型中

将M-θ试验数据分成许多小组.每一组跨越M的一个小范围

然后用三次B样曲线拟合每组数据

同时保证交点处各组数据的一阶和二阶导数是连续的

该模型优点:

能回避负刚度问题

并能极好地表示非线性的M-θ特性

缺点:

在曲线拟合过程中需要大量的数据

4幂函数模型

（1最简单的幂函数模型（二参数模型[14]其简单的形式如下:

θ=aMb

式中

a

b是两个曲线拟合参数

其条件是a>0

b>0

一一般说来

二参数模型不能很好地代表连接M-θ特性.如果要求精确的结果就不推荐使用

（2Kishi和Chen[15]幂函数模型

θ=M/Rki/[1-（M/Mun]1/n

式中

Rki是初始连接刚度

Mu是连接的极限弯矩承载力

n是曲线的形状参数

模型特点:

三参数模型

不如样条模型精确

但所需数据大大减少

（3Ang和Morris[16]幂函数模型

θ/（θr0=KM/（KM0/[1+（KM/（KM0n-1]

模型特点:

四参数模型

能极好地表达各种连接的非线性M-θ模型

5指数函数模型

（1Lui和Chen[17]多参数指数模型

M=ΣCj（1-e-|θr|/2√a+M0+Kp|θ|

式中

Mo是曲线拟合的连接弯矩初始值

Kp连接应变硬化刚度

a是标量系数（用来保证数值稳定

Cj是由线性回归分析求得的曲线拟合常数

模型特点:

在曲线拟合试验数据方面与三次B样条模型一样好

但是

如果M-θ曲线上有斜率急剧改变

该模型则不能很好地表达出来

（2Kishi和Chen指数模型

Kishi和Chen[18]改进了Lui-Chen指数模型

使之能够适应M-θ曲线斜率的急剧变化

其形式如下

M=ΣCj（1-e-|θr|/2√a+M0+ΣDk（θr-θkH[θr-θk]

式中M

a定义如上式

θk是曲线线性部分的起始转角.H[θ]是Heaviside阶梯函数（当θ≥0时为1.当θ<0时为零

Cj和Dk是由线性回归分析求得的曲线拟合常数

模型特点:

改进了Lui-Chen指数模型

能够适应M-θ曲线斜率的急剧变化

6一种实用计算模型（强化双线性节点模型

丁洁民和沈祖炎[19]提出了一种半刚性节点的实用计算模型

在弹性阶段

Kf=ko

当M=0.8时

Kf=（1/30~1/60ko

在结构分析时

Kf取值变化的影响甚小

因此可统一取Kf=ko/40

通过分别取幂函数模型和此强化双线性节点模型对框架进行计算

得出由于节点线性化造成的误差在5%以内

能满足工程设计的要求

7M-θ曲线的自适应函数法

陈林、崔佳和吴惠弼[20]提出了一种具有自适应能力的函数模型

其基本思想是首先根据已知试验点确定出一个代表拟合函数的常微分方程

通过求解此微分方程便可得到拟合函数的具体形式

拟合曲线可表示为

M（θ=C1eλ1θ+C2eλ2θ+?

+Cneλnθ

模型特点:

节点的连接函数模型由具体的试验数据确定

使得经选择后的模型具有最佳的逼近效果

该方法一来可以克服多项式模型精度较差

一阶导数不连续的缺点

二来弥补了指数函数取项太多且函数分段表达的不足

但是

对于各种不同的连接节点都必须找出一个合适的M-θ设计表达式

该工作量是巨大的

2半刚性连接刚度和内力研究现状

2003年

王燕

李华军

厉见芬[6]给出了考虑节点半刚性连接的线性化模型初始刚度的计算公式

推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算公式

讨论了半刚性连接对框架内力的影响

通过分析表明

半刚性连接的初始刚度主要与连接件的抗弯刚度、板厚以及螺栓的分布位置有关半刚性连接框架受连接柔性的影响

钢框架采用半刚性连接会使横梁的杆端负弯矩减少

而跨中正弯矩要相应增加

按刚性连接设计不符合实际受力情况

其结果将高估由梁端传到柱的负弯矩而低估梁的跨中正弯矩

框架的半刚性连接对结构受力性能有明显影响

在钢框架分析和设计中

应考虑半刚性的影响

2.1端板连接研究现状

2006年

施刚

石永久

王元清[4]提出了一种计算钢结构梁柱半刚性端板连接转动变形的方法

通过与试验结果比较得到验证

该方法不但能够很好地计算端板连接的整体转动变形特性

包括初始转动刚度和弯矩转角全过程曲线

而且能够较好分析计算其转动变形的各种来源

包括节点域剪切变形、螺栓伸长、端板和柱翼缘弯曲变形等

从而能够提供弯矩剪切转角和弯矩缝隙转角曲线

为准确分析端板连接的细部转动变形特性提供了可靠依据

同时也为我国钢结构设计规范关于节点转动变形的具体设计计算方法提供了有益补充

2008年

施刚

石永久

王元清[3]运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型

对8个不同形式、不同构造的钢框架梁柱端板连接进行了非线性有限元分析（FEA

并与相应的试验结果进行了全面对比分析

比较结果表明:

该文的有限元模型不但能够准确地分析计算各种类型和不同构造的钢框架梁柱端板连接节点的整体受力特性

包括承载力、弯矩转角曲线、极限变形状态等

还能有效地分析计算节点及其组件的细部受力特性

包括高强度螺栓的预拉力

端板和柱翼缘之间的接触状态

以及节点域、端板、螺栓、端板加劲肋、节点域加劲肋等组件的受力状态

为进一步运用该模型对各种形式和构造的端板连接进行全面的有限元参数分析计算提供了正确性依据

同时

有限元分析还给出了螺栓预拉力引起的接触面预压力分布、荷载作用下接触面的摩擦力分布以及节点的主应力流分布等对于全面和深入理解端板连接节点受力特性非常有意义但是又难于通过试验进行测量的结果

2008年

翟厚智

肖亚明[5]提出了钢框架梁柱外伸端板连接节点的半刚性结构力学模型

这种模型用已知节点尺寸来预测其M-φ关系的非线性数学模型

模型中的主要参数是节点初始转动刚度和极限承载力

文章给出了考虑外伸端板半刚性节点连接的线性化模型初始刚度的计算公式

推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算公式

讨论了半刚性连接对框架内力的影响

2008年

王素芳

陈以一[7]将节点分为受弯端板、受弯柱翼缘和受剪节点域三类组件

分别计算各组件的初始刚度并将其进行组装

提出了端板连接节点初始刚度的理论计算方法

该方法考虑了端板有加劲肋、无加劲肋两种构造形式

考虑了螺栓预拉力对节点刚度的影响

考虑了柱翼缘对节点域刚度的贡