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
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:
structuraldesignofreinforcedconcrete,applianceofPKPMsoftware,seismiccalculation,reinforcedconcreteframe;
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（KM）1+C2（KM）3+C3（KM）5
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。
（2）Kishi和Chen[15]幂函数模型
θ=M／Rki/[1-（M/Mu）n]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。
（3）Ang和Morris[16]幂函数模型
θ/（θr）0=KM/（KM）0/[1+（KM/（KM）0）n-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
（1）Lui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。
（2）Kishi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-θk）H[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=（1／30～1／60）ko
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献，通过与试验和有限元结果对比表明该方法具有足够的精度，可用于节点刚性的判断。
最后利用理论方法对按照现行规范设计的端板连接节点刚性进行了初步评价，并讨论了端板加劲肋的影响。
2.2端板连接组合节点研究现状
钢-混凝土组合梁与钢柱组成的框架成为组合钢框架。
在组合钢框架中，钢梁和钢筋混凝土楼板之间设置有足够数量的抗剪栓钉，形成整体共同工作作用。
由于混凝土楼板的组合作用，不仅节省了钢梁钢材的用量，同时混凝土楼板还能有效地抑制钢梁的局部失稳，提高构件的延性。
钢-混凝土组合梁与纯钢梁相比，其承载力、刚度提高很多，而且可以减小梁高和楼层的结构高度。
组合梁与钢柱的半刚性连接节点可以成为半刚性连接组合节点。
[2]
2004年，何天森李国强[21]分析了平端板连接组合节点在对称弯矩作用下的工作性能。
对平端板连接组合节点用ANSYS进行了三维有限元分析，并用试验结果进行了验证。
利用有限元分析程序．进行了一系列的参数分析，探讨了平端板连接组合节点在单调荷栽作用下的工作性能及其影响因素。
2007年，李国强，石文龙，肖勇[22]全面介绍了半刚性梁柱组合节点的研究现状和发展趋势，包括试验研究、理论分析模型和滞回模型等几个方面，指出了需要进一步研究的问题和方向。
2006年，舒兴平张再华[23]在钢一混凝土组合钢框架结构分析中，必须了解粱柱组合节点连接的受力性能，其中节点承栽力性能是最基本的受力性能。
利用l欧洲规范3（EC3）与欧洲规范4（EC4）介绍的组件法思想，针对已有的端板连接组合节点承栽力分析方法的不足，提出了端板连接蛆合节点负弯矩作用下抗弯承栽力的详细计算步骤，分析结果与试验蛄果进行了比较验证。
该方法符合工程设计习惯，精确度高。
方便工程设计。
2.3螺栓对端板连接的影响
2005年，施刚，石永久，王元清，李少甫，陈宏[24]：
通过4个不同构造钢结构梁柱端板连接试件在单调荷载下的破坏试验，研究了不同构造端板连接中高强度螺栓的受力特性，给出了螺栓拉力一荷载、螺栓弯矩一荷载变化曲线以及螺栓拉力分布状态，研究了节点形式、端板加劲肋、节点域柱腹板加劲肋等因素对螺栓受力特性的影响．试验结果表明：
受拉区螺栓同时承受拉力和弯矩、端板加劲肋和柱腹板加劲肋对螺栓拉力发展变化和分布状况影响较大；不同的节点计算模型适用于不同的节点构造．
2006年，楼国彪，李国强，雷青[25]回顾与总结了钢结构高强度螺栓端板连接在常温及火灾下的性能与设计研究的现状与进展，包括连接分类、试验、简化方法承载力与初始抗弯刚度计算、设计方法、有限元分析、以及连接弯矩一转角曲线数学模型化等方面的研究。
2006年，张世杰[26]基于ANSYS软件对门式钢框架采用不同的螺栓直径和角钢厚度的半刚性连接进行了有限元分析，分析表明随着角钢厚度增加及螺栓直径增大，门式钢框架的滞回曲线面积逐渐增大，其抗震性能逐
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