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毕业设计文本一解读
宁波理工学院
毕业设计（论文）开题报告
（含文献综述、外文翻译）
题目
姓名
学号
专业班级
指导教师
学院土木建筑工程学院
开题日期
文献综述
木结构抗震性能的研究
1.研究背景及意义
在人类所面临的各种自然灾害中，地震具有很大的破坏力，而且也是至今仍无法明确预测的自然灾害。
地震不仅会引起大量的建筑物倒塌，而且还会引起社会高度紧张以及人的精神和身体伤害。
跟据调查，全世界每年死于地震灾害的人数达到数上万人，财产损失达到数千亿美元。
所以可以得出结论，全球都受到地震的威胁。
美国、加拿大、日本和新西兰在木结构住宅建筑方面已经广泛使用，他们都处在高烈度的地震灾区，就连地震发生概率远低于其它国家的澳大利亚，近50年内也有遭遇大地震的经历[1]。
工程师们为了应对地震这种自然现象的不可预报性，唯一可行的方法就是设计建造能抗震的结构。
在过去的几十年里，工程师和科学家们不断地观察、研究、调查震害，并逐步清楚了影响结构抗震性能的主要因素，从而引导今后的设计和建造，减少地震造成的损失。
多次震灾调查表明，木框架建筑重量轻，吸能能力强，具有良好的抗震性能[2]。
从北美和全球的历次强烈地震得到的经验表明，精心建造的木框架房屋可以给居住者带来安全。
2.国内外研究现状
2.1国外研究现状
中国对木结构建筑研究放弃过整整20年，而不幸的是这也正是国际上发展木结构最快的一个时期。
从实木、原木结构，到胶合木结构，在到复合木结构，传统观念上的木结构已经不复存在了，在建筑上已经可以做到代替钢材的程度。
国外主要从面板钉节点试验研究，对不同的剪力墙的耗能、阻尼等进行研究。
从中把剪力墙作为一个非弹性模型，进行有限元分析。
加拿大国家林产工业技术研究院是加拿大最重要的林产研究机构，他们把对房屋构件进行测试和建模放在了抗震研究的重点。
他们的研究成果非常成功，可以在加拿大木结构设计规范中的有关抗震条文找到。
加拿大国家林产工业技术研究院及其合作伙伴同时还研究发展了计算机模型，用来评估木框架房屋在地震中的性能。
这个计算机模型作为一种工具，可以有效地帮助工程师进行木框架房屋的抗震设计。
从国外调查可以得出结论，符合墙体支撑、连接和锚固基本要求的木框架建筑，在地震时可以给居住者带来比较高的安全系数。
对小型木框架建筑，建筑规范中的规定保证了抵抗侧向地震力。
大型木框架建筑抵抗地震力可以通过有效的工程设计。
2.2国内研究现状
榫卯连接这种连接方法是一种中国传统木结构最典型的连接方法，榫卯节点可以做到不用铁钉，不用钢销，一旦通过能工巧匠的刻凿，就能把梁和柱紧紧的连接起来。
当然，这里有一个非常重要的抗震思想，那就是“以柔克刚”。
结构可以通过在允许范围内的弹性变形和错动来消耗的地震释放的能量，这样结构的整体安全就可以得到保证。
在中国有很多专家学者对榫卯的构造机理，受力特性及其优缺点等研究十分感兴趣。
通过模型进行地震动的振动台试验，着重对模型加固前后的动力放大系数及自震频率、阻尼进行测试并进行分析，反应了节点榫卯连接价格方案是可行的，能达到减震效果，成为木结构抗震加固的有效方法之一。
谢启芳、吕西林、熊海贝课题组结合国外轻型木结构和我国古建筑木结构的优点，开发了一种轻型定向秸秆板—榫卯连接木骨架剪力墙[3]。
该剪力墙将国外轻型木结构木骨架间的钉连接用我国古建筑木结构的榫卯连接代替，从而提高了剪力墙抗剪承载力和刚度。
抗震研究结果表明，剪力墙的破坏主要是面板破坏及面板与钉的连接破坏，剪力墙的抗剪强度比墙体模块的要低约10%[4]。
一系列地震台模拟震动试验也在同济大学与加拿大木业协会进行着。
葛鸿鹏、周鹏等按照宋代《营造法式》有关大木作性质与构造要求制作的木构架模型，试验研究模拟地震动震台，得到：
榫卯连接破坏是导致结构破坏的主要因素之一；所以为避免榫卯拔出，应采用扁钢加固节点，但加固应避免“过犹不及”的情况而起不到加固的作用了；对榫卯节点用钢板条抱箍有效阻止榫卯拔脱而导致的结构坍塌，这种加固方式被证明是非常有效的，而且可操作性强；柱根与础石之间通过摩擦滑移而耗能和榫卯连接摩擦耗能可大大减小强震时结构的地震反应。
斗拱缝隙挤紧、转动和普拍枋滑动，大大减小了屋盖部分的地震动力响应，同时起到了很好的隔震减震作用。
姚侃、赵鸿铁、葛鸿鹏通过对典型榫卯连接的力学分析和模型低周反复荷载试验，研究了榫卯的半刚性和刚度退化规律。
结果显示，木结构的榫卯连接刚度随荷载变化而呈非线性变化，刚度在0.3062～23.6054之间变化，研究结果可为木结构古建筑的抗震性能研究和修缮加固提供理论基础[5]。
徐明刚、邱洪兴通过燕尾榫榫卯节点模型在反复荷载作用下对五个按照清代工部《工程做法则例》的做法制作的的试验研究，得到了各节点的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、变形等性能。
试验表明：
木结构榫卯节点具有良好的应变能力，最大加载位移可达100mm；脱榫破坏就是节点破坏形式为榫头从卯口内拔出，榫头和卯口都挤压后产生了明显的变形。
但梁、柱构件没有损坏；各节点的弯矩-转角滞回曲线成“Z”字形，燕尾榫榫卯节点具有半刚性的特性得到了验证。
2.3木结构的抗震分析
2.3.1台基的隔震作用
中国木结构架建筑有个特有部分那就是台基,它高出自然地坪3m左右,作为上部建筑结构的基础,包括基础、磉墩以及拦土墙等,外面砌筑台帮。
基础部分多以夯土和碎石隔层筑打而成,可以看作是刚度分层的地基,具有柔性隔震作用[6]。
在台基范围内,根据柱子的位置用砖石砌磉墩,柱顶外石放在磉墩上,柱顶石上立柱。
各个磉墩之间砌成与磉墩同高的拦土墙作条型基础,台基内被拦土墙分为若干方格,柱基的水平抗力得到了提高。
填土中掺入碎砖瓦、烧土碎块、石灰等,分层夯成。
台帮的四周用条石、片石或砖层砌而成,能够为台基提供很好的侧限约束,台基的整体性得到了保证。
因此台基不仅可以削弱基底压力,而且具备很好的刚性和整体性。
由于自然地基与台基的刚度差别非常大,在地震的时候，台基首先起到隔震作用,过滤掉一些高频震动峰值。
另外,砌筑用块石、条石之间柔性叠砌,允许摩擦和滑动,当地震发生时形成消能基础和“隔震”,可以明显减弱部分地震加速度峰值。
2.3.2侧脚和生起的限位机制
在侧脚的影响下，外檐柱向内倾斜,与梁连接,形成半刚性铰,提高稳定性。
在水平地震作用下,侧脚的作用就是把一部分地震力转化为轴向压力,从而在一定程度上削弱了地震作用;同时外檐柱顶起的一侧所受压力变大，重力沿斜面方向分解的分力是恢复力。
古建筑平面形状大多数是长方形,通面阔大于通进深,柱沿着纵向轴线由中间向两翼一级一级生起。
重力分力和摩擦力两部分组成了抗侧移力。
柱架层形成闭合的木结构系统是由侧脚和生起造成的,限位作用十分良好,并且抗侧移刚度得到了保证。
2.3.3榫卯连接的减震机理
中国古代的那些人在木结构建筑方面，喜欢在各个构件之间采用榫卯连接。
用榫卯由榫头和卯孔组成木结构,之所以可分为直榫和燕尾榫这两种主要是因为他们的力学性能不同，卯孔与榫头之间由于制作工艺的差别而不可能完全密合,因此在受荷之初,结点约束弯矩很小,相当于一个铰接点。
当水平荷载继续增大时,侧壁会被榫头与卯口挤紧,在接合面上产生法向应力和摩擦力，这两个力的合力共同承担外力作用,可以清楚的看到构件之间会产生明显的滑移。
随着弯矩和轴力的继续增加,榫卯已慢慢挤紧,梁柱间的自由转动收到了限制,提高结构刚度,并能承担一定的弯距,这与铰结点有很大的不同。
随着荷载的进一步增加直到达到屈服荷载前,榫卯的连接刚度达到最大。
其后榫头受到卯口挤压,两侧面受压变形,榫头宽度变窄,根据力的相互作用,卯口内壁凹槽被凸榫榫颊挤胀,滑移量增大[6]。
虽然所承担的弯矩仍然有所增大,但是节点刚度急剧降低,由于滑移过大,如果继续加载榫头将会脱卯而出,最后导致结构的破坏。
榫卯在拔出的过程中使结构构件产生了很大的变形和相对位移,不仅改变了结构的整体性,也调整了结构的内力分配。
半刚性榫卯连接刚度是随荷载变化而变化的,刚度与连接变形有密切关系[7][8][9]。
另外,由于卯口与榫头间产生了滑动摩擦,在地震作用下,由于结构松动和构件之间的摩擦一部分能量可以被吸收,因而具有减震耗能的能力,可以削弱上部结构的地震反应。
榫卯连接的恢复力模型可以由试验数据拟合得出,反映了刚度变化的整个过程。
2.3.4斗拱减震
斗拱是中国古代建筑抗震的又一个相当重要和常用的减震构件，它就如同汽车减震器起着变形消能的作用。
当地震发生时屋顶与柱之间的若干组内外檐斗拱如同弹簧一样起着变形耗能的作用，从而大大减弱了建筑物的破坏程度。
历史上见证了很多能抵御强烈地震带斗拱的建筑，比如山西大同的华严寺，在没有斗拱的低等级附属建筑物被破坏殆尽的情况下，带斗拱的主要殿堂任能幸存，充分说明了斗拱对抗震的作用是十分巨大的。
斗拱不但能起到减震作用，而且可以和各种水平构件连接起来的斗拱群，形成整体性很强的“钢盘”，并且按照力矩分配的原理把地震力传给有抗震能力的柱子，大大提高了整个结构的安全性。
2.3.6竖向多层隔震
中国古代建筑一般由梁架、台基、屋顶构成，高等级的建筑物在梁柱和屋顶之间还可以找到一个铺作层。
中国古代建筑的台基如果用现代的话来说，好比“整体浮筏式基础”，就好像是一艘大船载着建筑漂浮在地震形成的惊涛骇浪之中，可以有效地避免建筑的基础受到剪切破坏，上部建筑受到的地震波冲击可以大大减少。
根据中国传统的习惯，建筑的梁架一般采用抬梁式构造，在构架的垂直方向上，可以看到下大上小的结构形状，实践充分证明这种构造方式具有很好的抗震性能。
别致的大屋顶是中国传统建筑最醒目的形象特征之一，而且对提高建筑的抗震能力也有很大的作用。
众所周知，形成一个大屋顶需要复杂结构和大量构件，这大大增加了屋顶乃至整个构件的整体性。
3.存在的问题
对于木结构和砖混结构其本身耐用性的问题,不管是原来的耐用性，还是经过加工之后的耐用性，两者的耐用比较都是十分明显的。
木结构房屋要承受各类恶劣的天气，最重要的一条就是需要对其做防水处理。
而防水材料在阳光下都暴露着一个十分现实的老化问题，甚至腐烂。
要解决这个问题的关键就是定期进行维修，这给很多住户带来许多烦恼。
当采用轻型木结构时，应符合当地使用环境和自然环境对建筑物的要求，并应采取相应可靠措施，防止木构件被虫蛀或腐烂，使得结构达到预期设计的使用年限。
噪声控制是多层轻型木结构必须考虑的一个大因素，在如今发达的现有技术下，可以做到大大削弱声音在楼板和墙体之间的传播。
轻型木结构的平面布置应当规则，刚度和质量变化应当均匀。
所有构件之间应有可靠的连接和必要的锚固、支撑，以保证结构的刚度、承载力、和良好的整体性。
木材承重能力低，通常少于三层，而现在来说，低层木结构住宅不能满足需求[10]。
未经处理或处理不当的木材容易湿涨干缩，木材的尺寸也会随着含水率的变化而变化。
木材也是各向异性的材料，即使是同一种树木也会有比较大的不同，而且木材本身有瑕疵，主要有木节、不正常沉淀物等，所以在一定程度上会影响建筑物的整体性。
参考文献
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[10]王强."5.12"震后中小学校舍加固模式及理论研究[D].兰州理工大学，
2011.
开题报告
宁波室丰小区二期住宅楼结构设计
1.选题的背景与意义
中国古代建筑物普遍流行的营造方法是用木材造成的框架结构。
木材结构的发展与进步的研究，就是中国建筑艺术和技术科学的中心课题。
而现在，由于国内外的技术材料的演变，建筑的技术的提升，房屋的变化已经变化很大。
房屋的框架按跨数分有单跨、多跨；按层数分有单层、多层；按立面构成分有对称、不对称；按所用材料分有钢框架、混凝土框架、胶合木结构框架或钢与钢筋混凝土混合框架等。
其中最常用的是混凝土框架、钢框架。
框架建筑的主要优点：
空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。
通过毕业设计应可以巩固、深化和扩展所学知识，并综合运用所学技术基础课、专业课知识和相应技术，锻炼独立思考的工作作风，增强的工程实践意识和创新能力，提高解决工程实际问题的能力。
工程制图、理论分析、工程实践、计算机应用等综合能力等方面得到锻炼和提高，熟悉多框架结构住宅的设计注意问题以及技术原理，特点等，积累有关方面的知识。
同时深化所学理论知识，做到理论实际结合，为今后从事本专业工作打下坚实的基础。
2.主要目标及要求
2.1目标
此次设计除了完成设计目标任务以外亦是对大学期间所学到知识的具体实践、检验以及毕业前的最后学习和综合训练。
通过此次设计，我将深入实践、了解社会、撰写论文等诸多环节，培养自身综合运用所学知识和技能以分析并解决土木工程结构设计问题的能力，掌握撰写土木工程隧道方向结构设计方法，并进一步加深巩固掌握数学、力学、结构设计原理、隧道专业、计算机和专业外语以及文档编辑和CAD图纸绘制等方面的综合能力。
这对我是一次培养严肃认真的科学态度和严谨求实的科学作风、增强事业心、责任心以及团队精神的机会，此次任务对于提高我全面素质也具有重要意义。
2.2基本要求
此次设计的基本要求包括：
1、编写开题报告一册：
正文内容包括文献综述、开题报告以及外文翻译。
2、编写结构设计计算说明书一册：
正文内容包括设计概况、设计说明、手算计算书。
3、施工图6张（A1图）：
其中建筑施工图A1图3张（或A2图6张），构造施工图A1图3张（或A2图6张）。
3.工程概况
本工程位于宁波鄞州区，总建筑面积约2300㎡，建筑层数5层；层高2.8-3.0m，采用不上人屋面。
工程性质包括住宅用房，结构形式为框架结构。
本工程设计合理使用耐久年限为50年，建筑耐火等级为二级，屋面防水等级为Π级，建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为6度。
4.结构设计计算分析
4.1结构布置
钢筋混凝土框架的受力方式：
板传给次梁，次梁传给主梁，主梁传给柱，柱传给基础，整体受力特性比较好，且空间的划分和布置比较灵活。
结构布置的一般原则：
结构布置简单、规则和对称，结构的抗震刚度要求均匀，且宜使抗侧刚度中心与质量中心重合。
满足各专业要求和使用要求，并考虑到施工的可行性和简便。
4.2荷载统计
1.永久荷载标准值计算：
对结构自重，可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。
对于自重变异较大的材料和构件，自重的标准值应根据对结构的不利状态，取上限值或下限值。
2.活荷载标准值：
按《建筑结构设计规范》各章中的规定采用。
承载能力极限状态设计或正常使用极限状态按标准组合设计时，对可变荷载应按组合规定采用标准值或组合值作为代表值。
可变荷载组合值，应为可变荷载标准值乘以荷载组合值系数。
3.风荷载标准值计算：
本工程的地面粗糙类别，根据公式计算。
4.3竖向荷载作用下的内力计算
框架结构在竖向荷载作用下的内力计算可近似采用分层法。
1.分层：
分层框架柱子的上下端均假设为固定端支撑。
2.计算各个独立刚架单元：
用弯矩分配法或迭代法进行计算各个独立刚架单元。
而分层计算所得的各层梁和内力，即为原框架结构中相应层次的梁的内力。
叠加：
在求得各独立刚架的结构内力以后，则可将相邻两个独立刚架中同层同柱号的柱内力叠加，作为原框架结构中柱的内力。
叠加后为原框架的近似弯矩图，由于框架柱节点处的弯矩为柱上下两层之和，因此叠加后的弯矩图，在框架节点处常常不平平衡。
这是由于分层计算单元与实际结构不符所带来的误差。
若欲提高精度，可对节点，特别是边节点不平衡弯矩再作一次分配，予以修正。
4.4水平荷载作用下的内力计算
相比较反弯点法，D值法考虑了柱的侧移刚度与其本身的线刚度和高层的关系，而且还与梁的线刚度有关系，因此柱的反弯点高度不再是定值，而是个变数，它随该柱与梁之间的线刚度比、该柱所在的楼层位置、上下层梁之间的线刚度比以及上下层高的不同而不同，甚至与房屋的总层数等因素也有关系。
适用于
的情况。
1.柱侧移刚度D的修正：
与反弯点法相比，D值法的侧移刚度为
，它表明由于节点的转动，降低了柱的抗侧移能力，而节点转动的大小则取决于梁对柱节点的约束程度，梁刚度越大，对柱的约束能力越大，节点转角越小，
就越接近于1。
一般层边柱：
，
一般层边柱：
，
底层边柱：
，
底层中柱：
，
2.反弯点位置的确定
各层柱的反弯点位置与该柱上下端的约束条件有关，两端的约束刚度不同，两转角也不相同。
影响柱两端转角大小的因素有：
标准反弯点值
，上下层横梁线刚度比修正值
及上下层层高变化修正值
（
）等。
综上所述，各层柱的反弯点高
可由下式求出：
。
当各层框架柱的侧移刚度D和各层柱反弯点的位置
确定后，与反弯点法一样，就可以求出各柱在反弯点的弯矩，剪力和轴力及绘制各杆的内力图。
4.5梁柱的内力组合
框架在恒载、楼面活荷载、屋面活荷载，风荷载作用下的内力分别按上面的方法求出以后，要计算各主要截面可能发生的最不利内力。
对于构件的不同截面或同一截面的不同种类的最不利内力，往往有各自不相同的活荷载的最不利位置。
因此，活荷载的最不利位置需要根据截面的位置、最不利内力的种类分别确定。
几个主要的内力组合之后，按此内力进行杆件的配筋便可以保证此杆件有足够的可靠度。
4.6楼梯设计计算
楼梯是多层及高层房屋的重要组成部分。
通过所学知识和查阅规范进行梯段板、平台板、平台梁的计算布筋，在CAD中绘制楼梯剖面图，结构图。
设计楼梯的顺序为：
1.确定楼梯的位置和有关尺寸。
2.选择楼梯的结构方案。
3.一对组成楼梯的各种结构进行内力计算和截面设计。
绘制楼梯施工图。
4.7PKPM电算
（1）建立结构模型
（2）在PMCAD模式下按估算的板、梁和柱初步建立模型，再在SATWE模式下，输入各种参数生成SATWE数据，检查是否有错误。
（3）确定各种调整参数，一般性参数调整和抗震设计内力调整（整体调整、局部调整和构件调整）。
（4）计算结构的分析、判断和调整；利用手算或采用其他程序进行复核分析调整计算结果。
结构设计计算书中必须注明结构及其构件选型和结构布置以及必要的计算用图，详细列出结构设计计算的各个步骤和计算结果。
计算书中应附有必要的计算用图（结构及构件的关系图和结构及构件的计算简图）。
5.设计内容
此次设计主要目标为独立完成宁波室丰小区二期的设计。
具体任务如下：
1、对指定的一榀框架进行结构计算（手算），同时进行部分现浇楼梯（梁式或板式）、部分现浇板的设计计算和该榀框架下基础的设计计算；
2、选择一个专题（如结构选型、方案对比等）进行分析比较；
3、根据结构设计计算结果，采用word文档编制计算书（字数要求1万字以上），详细列出结构设计计算的各个步骤、计算过程和计算结果。
计算书中应附有必要的计算用图（结构及构件的计算简图）；
4根据结构布置图，利用PKPM软件进行结构的整体设计计算，绘制A2图纸6张（或3张A1图纸），完成内容包括：
楼板结构配筋图；柱网平面及配筋图等。
6.进程安排
本次设计任务从二月份中旬开始至五月十二日截止。
其具体安排如下表1：
表1设计进程具体安排
项次
设计内容
计划周数
备注
1
初拟方案
1
包括两个方案布置图的初步确定，包括结构形式和施工方案
2
方案设计与比选
3
包括两个方案布置图，结构主要尺寸拟定，方案比较，确定推荐方案；推荐方案的详细设计
3
结构内力计算
3
荷载计算与结构内力计算
4
结构配筋设计与验算
2
根据内力计算结果进行配筋设计与验算，绘制配筋图
5
编制施工方案
1
编制施工方案，绘制流程图，并补充绘制完成所有的图纸
修改完善设计说明书
1.5
掌握Word应用及排版技巧，根据统一格式排版。
6
修改、打印装订
0.5
5月12日前提交全部成果
共计
12周
7.主要参考文献
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外文翻译
填充墙在延性和高强度钢筋混凝土框架性能上的影响
AhmedSayedAhmedTawfikEssaa,*
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