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土木工程毕业设计文献综述

教学设计 时间:2020-08-09

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土木工程毕业设计之文献综述
篇一:土木工程毕业设计文献综述

本科生毕业设计(论文)文献综述

设计 (论文)题目

2012 年 3 月 作者所在系别 作者所在专业 作者所在班级 作 者 姓 名 作 者 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 完 成 时 间

北华航天工业学院教务处制

说 明

1.根据学校《毕业设计(论文)工作暂行规定》,学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

2.文献综述应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。

3.文献综述各项内容要实事求是,文字表达要明确、严谨,语言通顺,外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词,须注出全称。

4.学生撰写文献综述,阅读的主要参考文献应在10篇以上(土建类专业文献篇数可酌减),其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。

5.文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求,字数在2000字左右。文献综述应与开题报告同时提交。

毕 业 设 计(论 文)文 献 综 述 文献综述土木工程毕业设计文献综述。

(一) 钢筋混凝土框架结构的发展

随着社会的发展,钢筋混凝土框架结构的建筑物也越来越普遍。由于钢筋混凝土结构与砌体结构相比较具有承载力大、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。因此,在我国钢筋混凝土框架结构是多层住宅或公共建筑最常用一般框架结构是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成的,由主梁、柱与基础构成平面框架,各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。在合理的高度和层数的情况下,框架结构能够提供较大的建筑空间,其平面布置比较灵活,可适应多种工艺与使用功能的要求。

三是构件设计,四是绘施工图。结构分析和构件设计是结构设计中的计算阶段,而今已由电子计算机承担这一计算工作,经常采用PKPM软件进行建模计算。然而,结构的计算仍然不能等同于结构的设计,文献[2]中认为:良好结构设计的一个重要前提,应该是合理组织与综合解决结构的传力系统、传力方式,良好的结构方案是良好结构设计的重要前提。

(二)结构设计中经常遇到的问题及解决办法

周期折减系数的取用:进行框架结构的周期和刚度计算时,往往忽略框架填充墙的影响。但实际情况中填充墙(砖砌体)使结构实际的刚度大于计算刚度,实际的周期小于计算周期,地震作用计算偏小。结构设计偏于不安全。文献[4]中认为为了避免较大误差,在设计过程中应该对计算周期进行折减。一般情况,周期折减系数的取值:当填充墙为砌体时,取0.6~0.7; 为轻质砌块或砌体填充墙较少时,取0.7~0.8; 当填充墙为轻质墙体板材时,取0.9

无填充墙的纯框架取1.0。可以看出,填充墙的刚度越小对框架的周期影响越小,吸收地震作用的能力也越弱。

框架梁和柱的电算结果的人工调整:框架梁配筋的人工调整,其目的是解决梁的裂缝宽度超限和“强剪弱弯”的问题。文献[5]中提到当裂缝宽度超限时,首先应考虑将大直径的钢筋改用小直径的钢筋验算,如裂缝宽度仍然超限,就应增大梁的配筋和混凝土的强度等级,或加大梁的截面尺寸,调整至满足规范的要求。为了保证“强剪加密箍筋间距;三是梁端负弯矩钢筋不放大,梁跨中受拉钢筋适当放大1.1~1.2倍;四是按构造要求对跨度>7m的框架梁增加弯起钢筋。在地震力作用下,框架柱尤其是角柱和大开间、大进深的边柱,一般均处于双向偏心受压状态,而电算程序是按两个方向分别为单向偏心受压的平面框架计算配筋。因此,文献[6]中认为框架柱配筋应进行如下调整:一是选择最不利的方向进行框架计算,也可对两个方向均进行计算后取较大值方向的配筋,并采用对称配筋;二是控制柱单边方向钢筋的最少根数;三是选择井字形或菱形的框架柱箍筋形式,以增强箍筋对混凝土的约束;四是由于多层框架电算一般不考虑温度应力和基础不均匀沉降问题,当多层框架水平尺寸较大以及地基为软弱土层或地基土层不均匀时,可适当再稍放大框架柱的配筋。

双向板的截面设计构造及配筋:对于周边与梁整浇的双向板,由于在两个方向受到支撑构件的变形约束,整块板内存在穹顶作用,使板内的弯矩大大减小。文献[5]中提到为了利用这一有利的因素,规范允许对四边与梁整结板,使弯矩的设计值根据一定的条件进行折减。双向板的厚度不宜小于80mm。由于挠度不另作验算,双向板的板厚与短跨跨长的比值应满足:简支板,连续板。双向板按照弹性理论方法设计时,所求得考虑到施工方面,将板的两个边方向上各分为3个板带。两个方向的边缘板带宽度均为短边长度的1/4,其余则为中间板带。在中间板带上,按跨中最大正弯矩求得的单位板宽内的钢筋数量均匀布置;而在边缘板带上,按中间板带单位板宽内的钢筋数量的一半均匀布置。

(三)框架结构的优缺点及布置方式

框架结构体系是由横梁与柱子连接而成。梁柱连接处(称为节点)一般为刚性连接,有时为便于施工和其他构造要求,也可以将部分节点做成铰接或者半铰接。柱支座一般为固定支座,必要时也可以设计成铰支座。框架结构可以分为现浇整体式,装配式,现浇装配式。文献[3]中提到:框架结构的布置灵活,容易满足建筑功能和生产工艺的多种要求。同时,经过合理设计,框架结构可以具有较好的延性和抗震性能。但是,框架结构承受水平力(如风荷载和水平地震作用)的能力较小,当层数较多或水平力较大时,水平位移较大,在强烈地震作用下往往由于变形过大而引起非结构构件(如填充墙)的破坏。因此,为了满足承载力和侧向刚度的要求,柱子的截面往往较大,这样一来既耗费建筑材料,又减少了建筑的使用面积,这就使框架结构的建筑高度受到一定的限制。目前,框架结构一般用于多层建筑和不考虑抗震设防、层数较少的的高层建筑(比如,层数为10层或高度为30米以下)。

多层框架结构的平面布置形式非常的灵活,文献[4]中将框架结构按照承重方式的不同分为以下三类:

(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。由于横向框架数往往较少,主梁沿横向布置有利于增强房屋的横向刚度。与此同时,主梁沿横向布置还有利于建筑物的采光和通风。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,楼面荷载主要由框架纵梁承担。由于横梁截面尺寸较小,有利于设备管线的穿行,又可获得较高的室内净空。但房屋横向刚度较差,而且,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。

(四)结语

由于框架结构具有空间大、平面布局灵活多样的特点,满足了人们不断追求使用个性化的要求。随着社会的不断发展和人们物质生活水平的提高,框架结构(住宅、公共建筑)将会得到较大发展。设计多层框架结构,

土木工程专业毕业设计文献综述
篇二:土木工程毕业设计文献综述

新城实验学校教学楼毕业设计文献综述

专业 土木工程 班级 11级一班 作者 指导老师

由于专业为土木工程,主修方向为建筑工程,特选此作为毕业设计的课题。毕业设计是我们专业培养计划中的最后一个重要环节,也是一个重要的综合,锻炼环节,此次设计的意义重大。毕业设计的实质目的就是让我们独立系统地深入了解工程建设设计与施工的过程,对一般框架类型的房屋有更深刻的认识,从自己的设计出发,学会应用知识于现代建筑的具体实践之中,在设计中提升自己的能力,并熟悉相关设计规范、手册、标准图集以及工程实践中常用的方法,培养综合素质、增强工程意识和创新能力。

衣、食、住、行是人类生存的最基本的需要,而建筑就是为了解决人类“住”的问题的。它不但要为人们提供一个空间,而且要为人们创造一个有组织的空间环境。因为只有这样,才能满足人们物质生活和精神生活的要求。

通过毕业设计这一重要的教学环节,培养土木工程专业本科毕业生正确的理论联系实际的工作作风,严肃认真的科学态度。毕业设计要求我们在指导老师的指导下,独立系统的完成一项工程设计,解决与之有关的所有问题,熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法,具有实践性、综合性强的显著特点。因此毕业设计对于培养学生初步的科学研究能力,提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。

发展趋势:

目前国内外多层房屋大多采用现浇式钢筋混凝土框架结构。 框架结构是如今常用的一种建筑结构,整体性比较好,一般用于小高层建筑,在10层以下,否则要加设剪力墙结构。纯框架在现代运用是较广的。而房屋的框架分类可以按很多种定义而来,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(现浇整体式、装配式、装配整体式,也可根据需要施加预应力,主要是对梁或板)、钢框架。装配式、装配整体式混凝土框架和钢框架适合大规模工业化施工,效率较高,工程质量较

框架结构毕业设计文献综述
篇三:土木工程毕业设计文献综述

土木工程毕业设计文献综述。

文献综述

早期的高层建筑功能上几乎只是单件的办公楼。在办公以外,不过附带一些辅助办公从业人员生活的所谓办公辅助商业设施。然而,现在高层办公建筑与其他功能复合化的情况很多,可与商业设施、住宅、文化设施、宾馆、车站等公共设施复合。综合大楼是指一个建筑物中同时拥有多种功能的办公楼。在这种设计中,重要的是要设定整体的概念,决定如何将不同的用途综合在一起。

现代办公楼作为城市公共化的空间,就要让人们能够感觉到其公共性,即所谓的“可进入性”形式。比如在光线感、透明度、亮度、色彩、材料、形式等方面进行表达,创造出某种空间秩序,使来访者更加清楚建筑物所创造的不同空间层次氛围,传达这种场所的开放精神。信息时代的来临,则更加突出了这种需求。并且在强调开放之余,还强调信息的高速流通,人们日常交流的便捷等。因而对现有办公楼的需求从功能、形式上都发生了相应的变化。

现有办公楼因其自身特性无可避免的要承担起一部分的城市功能,最主要的有:整合城市的公共空间,创造人性的活动场所;整合城市交通,使新建筑成为整个城市交通体系的有机组成部分;整合城市生态景观,在公众参与的层面上共同形成特有的城市景观;以及它具有的经济催化、信息传递等功能。

一. 建筑设计

1.建筑平面设计

建筑平面包括使用部分和交通联系部分,使用部分的房间分为主要使用房间和辅助使用房间。主要使用房间平面常采用矩形,与结构柱网尺寸相对应,设计时应考虑有较好的朝向和采光与通风。卫生间等属于辅助用房,由于上下管道较多,平面布置应尽量集中,与主要房间既要联系方便,又要适当隔离与隐蔽,而且采光通风要好。

交通联系部分包括水平交通联系部分和垂直交通联系部分,水平方向有走廊、过道、连廊,其宽度应满足人流通畅和建筑防火要求;垂直方向有楼梯、电梯、坡道等。交通联系部分力求路线简洁明确,利于疏散,在节约面积的同时兼顾空间的造型处理等。

办公楼的平面构成其基本形式取决于标准层的思维方式。在考虑标准层时要将以下两方面放在一起进行考虑:一是作为单一空间的办公室空间,另一是被称为核心筒的部分,它集中了如电梯间、楼梯、洗手间和设施等垂直方向重复通用的要素。在决定办公楼的空间时,除了受核心筒类型的影响外,其大致框架也受到办公室的进深尺寸,同标准模数有着密切关

系的柱间隔尺寸,以及吊顶的高度的限制。

电梯布置,作为整体建筑物内人和物垂直流线的交通设计。要考虑的电梯的台数、规模、速度以及群体管理等的控制方法。在办公楼内使用的电梯有以下三种类型:载人电梯、载人载货两用电梯和紧急用电梯。

走廊是标准层的主要流线,它和楼梯以及核心筒的类型一同决定了大楼的基本形式。在设计时,需要对使用者的方便性及设备空间的维修管理等进行研究。

办公室由各种各样的性能构成,它的范围涉及到从室内外装修材料到建筑物的抗震性能、设备和电源的设定容量。在一个建筑物内,最重要的是在各自要求的等级上千万不要出现任何的纰漏,尽量地做到均衡,协调性能设定。另外,在等级的设定时,比如抗震的性能,不但是主体结构,也要将室内外装饰材料、机械设备、配管类固定以及伸缩缝的设定等,所有的项目放在一起,统一进行考虑。

门厅作为交通枢纽,其主要作用上接纳、分配人流,室内外空间过渡及各方面交通的衔接。门厅的布局可以分为对称式与非对称式两种。对称式的布局常采用轴线的方法表示空间的方向感,将楼梯布置在轴线上成对称布置在主轴线两侧。门厅设计应注意:门厅应处于总平面中明显而突出的位置,一般应面向主干道,便人流出入方便。门厅内部设计要有明确的导向性,同时交通流线组织简明醒目,减少相互干扰成不知所以的现象。由于门厅是人们进入建筑物首先到达、经常停留的地方,因此门厅的设计,除了合理地解决好交通枢纽等功能要求外,门厅内的空间组合和建筑选型要求,也是公共建筑中重要的设计。

门厅对外出口的宽度防火规范的要求,不得小于通向该门厅的走道、楼梯宽度的总和。 办公楼的入口层,除了作为供使用者和来访者的公共空间使用处,还有错综复杂的各种流线,这就需要在管理方面和安全设计的基础上进行合理地的分区和流线设计,并且在使用上也要为残疾人着想,确保为其设置诱导路线及设有阶梯的交通路线,还需要设有残疾人专用的卫生间等。 2.建筑立面设计

根据初步确定的房屋平、剖面组合关系,绘出建筑各个方向立面的基本轮廓;推敲立面各部分的比例关系和材质对比,调整墙面处理和门窗布置,符合建筑形式美的原则;对于入口、雨棚、建筑装饰等进行细部处理,特别要注意门窗、幕墙的分格,既要美观,又要按照材料规格和采光通风要求设计。

对窗户进行设计时,不仅要表现出建筑外形造型,而且还要考虑到室内良好舒适的办公环境。功能要求:(1)采光面积。(2)在自然排烟时,保证法规上规定的必要开窗面积。(3)保证法规上规定的紧急出入口的位置和大小。(4)考虑节能的开窗大小和玻璃种类。(5)开窗大小要与办公室的进深相吻合。(6)办公的安全性和居住性。(7)窗边部分空调设备的放

置位置。外装饰材料的种类:外装饰材料由表面装饰材料和基层材料两个要素构成,作为表面装饰材料使用最多的有瓷砖石料、喷涂材料、金属材料以及玻璃等。作为基层材料的一般有混凝土、ALC板和金属材料等。另外,门窗金属材料一般是以铝合金制为主体,其他还有钢制、不锈钢制产品。由于使用目的不同,玻璃也分很多种类,除了普通的浮法玻璃和平板玻璃外,还有具有耐火性能的夹丝玻璃、降低负荷的热线吸收玻璃、热线反射玻璃以及双层玻璃。在高层建筑中,在要求具有很强耐风行能的部位要使用很高强度的玻璃。因为办公楼一般多采用钢结构的骨架。 3.建筑剖面设计

建筑剖面反映的是建筑物在垂直方向上各部分的结构、空间组合关系,剖面设计需要确定建筑层数、建筑物各部分的高度及不同结构、不同体量建筑空间的组合关系。建筑的剖面设计应注意以下几点:房间的空间尺寸比例、房间的高度、室内采光和通风、结构体系和设备布置等。

4.防灾设计

在平面设计上,要设置出有效的避难分区,将火灾区域同其他的区域有所区别,设计出不通过火灾区也可以进入到安全分区疏散通道。在剖面设计中,首先必须根据各楼层的楼面作为完整的水平分区。另外,不要和楼梯、设备、竖井等垂直方向的流线和路径发生偏差,并将这些地方作为独立的分区,与其他的部分明确区分开,以防止有烟进入。

二. 室内设计与建筑设计的关系

1.室内设计与建筑设计的不同点

从广义上讲,建筑设计和室内设计都属于建筑学的范畴,它们之间是不可能完全分离的。有的学者认为:“室内设计是建筑设计的一部分,是建筑设计中不可分割的组成部分。一座好的建筑物,必须包含着内、外空间设计的两个基本内容。”尽管建筑设计与室内设计有很多相似点,例如它们都要考虑造型上的形式美,使用上的功能美,使用者的审美,同时它们同样受到经济和技术条件的制约,但建筑设计和室内设计还是有很大的不同之处的。

其一,建筑设计是设计一个建筑物或建筑群所要做的全部工作,更加强调综合性。它所要解决的问题包括:建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排,建筑物与周围环境、与各种外部条件的协调配合,内部和外表的艺术效果,各个细部的构造方式,建筑与结构、建筑与各种设备等相关技术的综合协调,以及如何以更少的材料、更少的劳动力、更少的投资、更少的时间来实现上述各种要求。然而,室内设计仅仅是对某一具体的空间环境进行处理,通过内部空间造型、室内照明、色彩、装饰等营造一种空间氛围。由此可见,建筑设计

和室内设计的关注重点是不同的,在统筹性和综合性上也是大相径庭的。

其二,建筑设计是室内设计的前提条件,室内设计是建筑设计的延续,是建筑设计生活化的再深入。两者按工作阶段划分以建筑工程的构架完成为界限,之前为建筑设计,之后是室内设计。很多时候建筑可以存在很久甚至是几百年,可是室内设计会随着功能的转变,时代的变迁,不断更新,赋予建筑物不一样的文化内涵和审美意义。

其三,室内设计所涵盖的内容,随着社会经济的发展,不断延展出去。当前室内设计的具体内容主要有:空间设计、室内装饰装修设计、室内陈设与家具设计、室内物理环境设计四大部分。然而室内设计的对象并不总是局限在建筑物内部诸如飞机、轮船等的内舱空间设计,也带有强烈的室内设计特征,也属于室内设计范畴。

2.室内设计与建筑设计的内在联系

虽然建筑设计是室内设计的前提,但是建筑设计与室内设计的内在联系始终设计的整个过程中。

首先,建筑物在建造之前,设计者按照建设任务,把施工过程和使用过程中所存在的和可能发生的问题,事先做好通盘的设想,也就是说,在建筑设计的前期工作阶段,考虑室内设计的定位是必须的,否则,有时为了弥补原有建筑设计的缺陷,或是为了新的功能的需要,对现有建筑的再改造就会造成很多无谓的人力、物力、财力、时间的浪费。建筑设计和室内设计同时进行,相辅相成,才可避免不必要的损失。

其次,建筑师创造的是建筑物的总体时空关系,而室内设计师创造的是建筑物内部的具体时空关系,两者之间有着十分密切的关系。在对建筑物进行设计的同时,建筑师必须要对室内设计有深刻的了解,在建筑物的方案构思阶段要对建成后的内部空间效果作出充分考虑,为今后室内设计师的创作提供条件。同样,室内设计师也要充分了解建筑师的创作意图,运用各种手段,创造出理想的内部环境。

再次,室内设计所遵循的技术标准,大都是建筑设计的技术标准,比如说是建筑设计规范、消防规范、卫生标准等等。对于室内设计的初学者来说,掌握好房屋建筑学的知识尤为重要,比如房子是如何建起来的,它由哪些元素构成,其结构要求是什么等。建筑设计中的设计规范、标准以及一些有关形式美的法则以及建筑物理的基本知也是必不可少的知识储备。

三.结构设计

1.建筑结构类型

建筑结构主要有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。

土木毕业论文文献综述
篇四:土木工程毕业设计文献综述

某中学体育馆钢屋盖设计和实验楼结构设计

摘要:文章通过介绍了结构设计的两种方法,软件电算和人工手算。对于我国现阶段常用的钢

结构和混凝土结构电算软件,如PKPM、3D3S、MST等的介绍,简述了其结构设计的主要过程步

骤和主要控制参数。同时,介绍了手工计算设计混凝土结构的基本方法和主要控制指标。通过土木工程毕业设计文献综述。

对两种结构设计方法的介绍,较系统的阐述了结构设计过程。

关键字:结构设计、钢屋盖设计、PKPM、手算、MST

前言

近年来我国建筑业规模不断扩大,在国民经济中的地位越来越重要。2012 年,全社会建筑业实现增加值35459 亿元,占GDP 比例达6.83%,建筑业支柱地位日益明显。2012 年,全国建筑业总产值135303.4 亿元,同比增长15.6% ;建筑企业共实现利润4818 亿元,比上年增长15.6%,增幅回落,产值利润率为3.56%,与2011 年持平。2012 年,建筑业13.53 万亿元的产值,带动其他部门产出高达33.8 万亿元,为全社会直接和间接创造产值高达47.36 万亿元[1]。

钢结构行业在我国处于新兴行业,近年来随着钢结构运用领域的不断扩大, 建筑钢结构市场迅速增大;国家的“节能减排” 政策的全面推进, 使节能、环保、绿色的建筑钢结构大有用武之地,拉动了建筑市场对钢结构的需求;建筑业的结构安全和技术进步要求, 是促进钢铁产品升级换代的强大动力, 也是支撑钢结构市场趋好的内在动力;我国钢产量的快速增长, 促进了我国建筑钢结构产业迅速稳健发展[2]。

建筑结构设计是我国建筑业的重要组成部分,同时也是建筑业的基础。本文从MTS电算钢结构屋盖、PKPM电算混凝土框架、手算混凝土框架结构部分概述了建筑结构设计的相关信息。从概念设计、理论计算等方面探索建筑结构设计方法,并掌握结构设计的主要流程步骤。

一、钢屋盖设计

我国现阶段常用的钢结构设计软件主要有中国建筑科学研究院的PKPM系列软件(STS)、同济大学的3D3S系列空间钢结构软件、浙江大学MST系列钢结构软件、同济大学STRAT系列有限元建筑通用设计软件、中国冶建总院SS2000、PS2000系列钢结构软件。而其中又以PKPM、3D3S、MST三种软件用户最多,因此我们此次选择MTS软件进行此次设计中的钢桁架(钢网架)设计。

主要用于网架和网壳工程结构设计的专业软件有:由浙江大学空间结构研究所开发的MSTCAD系列软件、由中国建筑科学研究院开发的MSGS系列软件、由北京云光设计咨询中

心开发的SFCAD系列软件。其中又属MSTCAD软件有相对完善的升级系统和广大的用户群体,因此,我们此次采用MSTCAD系列软件进行设计钢架(钢网壳)[3]。

钢结构设计软件STS是PKPM结构系列软件的一个功能模块,既能独立运行,又可以与PKPM结构系列软件的其他模块共享。可以完成钢结构的模型输入、优化设计、结构计算、连接节点设计与施 工图辅肋设计。其优点是紧扣规范,参数详尽,规则结构上设计效率比较高,后处理节点设计类型比较全面,带支撑柱脚节点设计混乱是STS的一个缺憾

[4]。

3D3S钢结构—空间结构设计软件是同济大学独立开发的CAD软件系列,供以下四个系统:3D3S钢与空间结构设计系统、3D3S钢结构实体建造及绘图系统、3D3S钢与空间结构非线性计算与分析系统、3D3S辅助结构设计及绘图系统 。3D3S钢与空间结构设计系统包括轻型门式刚架、多高层建筑结构、网架与网壳结构、钢管桁架结构、建筑索膜结构、塔架结构及幕墙结构的设计与绘图等[5]。

MSTCAD软件功能强大,其具有CAD前处理、图形处理、杆件优化设计、球节点设计、绘制施工图和机械加工图等大型模块。可方便建立各种网架模型,包括几何参数方程形成的空间曲面,建模可由CAD三维模型DXF格式导入,可自动分层,可通过上弦层自动生成腹杆层以及下弦层[6]。

MSTCAD能进行一般内力分析、温度应力分析、吊车荷载、移动荷载分析、结构模态分析、地震效应分析,能考虑风振系数,截面库中可定义多种截面类型,可对其他非钢管截面空间结构进行分析,可能上部网架结构以及下部支撑体结构进行整体分析;后处理中有多种基准孔定位方式以及曲面基准孔自动拟合方式,有多种网架配件库可供用户选择;后处理出图可选择施工图类型及加工图类型[7]。

用MSTCAD进行网架设计的过程是其各个模块依次发生作用的过程,其主要过程是:建立工程名称→CAD前处理(几何图形、荷载、约束等输入)→结构分析计算(杆件截面设计、验算)→结果显示、球节点设计→生成施工图→生成加工图。

二、混凝土框架主体结构设计

1、手算混凝土框架

手工计算校对主要是为了加强对结构设计的理解,更加熟练应用理论知识和建筑概念设计。其主要步骤有:布置柱网、截面选择、确定计算简图、荷载计算、荷载组合、内力分析、截面优化、基础设计、楼梯设计等。

1.1、布置柱网

根据已有的建筑图和建筑使用功能确定合理的柱网间距。目前,民用建筑常用的柱网可划分为小柱网和大柱网两类。小柱网一般指一个开间为一个柱距,柱距一般为3.3m、

3.6m、4.0m等;大柱网指两个开间为一个柱距,柱距通常为6.0m、6.6m、7.2m、7.5m等。

常用跨度进深有4.8m、5.4m、6.0m、6.6m、7.2m、7.5m等[8]。

1.2、梁柱截面选择

框架梁、柱截面尺寸应当根据构件承载力、刚度及延性要求确定。设计时通常参照以往经验初步选定截面尺寸再进行验算。框架梁截面高度一般设计为其计算跨步的十八分之一到十分之一,主梁截面宽度为其高度的三分之一到二分之一。柱截面刚根据其轴压比来确定,并乘以一定的放大系数。除此之外,均需满足构造要求[9]。

1.3、确定计算简图

框架结构是一个由横向框架和纵向框架组成的空间结构,但对平面布置和竖向布置比较规则的框架结构,则可简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析。因此,设计中选取有代表性的纵横向框架各一榀,来计算其竖向荷载和水平荷载。计算简图的梁的跨度取其框架柱轴线距,柱的计算高除底层外取各层层高[10]。

1.4、荷载计算

框架结构的荷载主要考虑水平荷载和竖向荷载的影响,其高主要荷载有楼屋面恒载和活载、构件自重、风载、地震作用等,各荷载取值均可按荷载设计规范规定取值。

1.5、内力分析

对于竖向荷载采用分层法来进行荷载内力分析,将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架,每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱;对于水平荷载则采用D值法,框架结构在风荷载和水平地震作用下,可以简化为框架受节点水平力的作用,此时框架的侧移是主要的变形因素[11]。土木工程毕业设计文献综述。

1.6、荷载组合

荷载组合主要考虑承载能力极限分析和正常使用阶段分析的组合方法。承载力极限分析组和主要考虑以永久荷载为主的组合还是以可变作用为主的组合,两者取其中大者;正常使用阶段分析则主要用于裂缝,挠度等的控制,有相应的组合方法[12]。

1.7、截面优化

对设计计算结构进行优化配筋,通过选取相对较高强度的混凝土或配更多的钢筋等方法来减小混凝土柱或者梁的截面尺寸。另一方面则比照规范对结构构件的各种构造要求,来核对计算结果是否符合要求。

1.8、其它构件设计

其它构件,比如楼梯、阳台、雨棚等的设计则一般按照其受力特性,选择合理的力学简化模型计算其内力。楼梯一般分为板式楼梯和梁式楼梯,其受力一般按简支梁或简支板来考虑。阳台、雨棚则按悬挑梁或悬挑板来设计计算。

2、PKPM电算混凝土框架

PKPM结构系列软件是由中国建筑科学研究院开发研制的一套优秀软件产品,可用于建筑结构的建模、计算、绘图等,是国内建筑行业应用最为广泛的一套软件。其主要由PMCAD、PK、TAT、SATWE、JCCAD、LTCAD等模块组成。其主要设计过程是:首先,通过PMCAD进行结构数据的输入,建立整个建筑物的结构模型并施加荷载;其次,通过SATWE(PMSAP)等模块进行建筑物的截面配筋计算、抗震验算等;然后,利用JCCAD模块进行基础的配筋计算;最后,利用LTCAD进行楼梯的结构设计[13]。其中在电算结果中的主要控制的几个重要参数有:

2.1、位移比

位移比: 包括最大层间位移角、最大位移与层平均位移的比值、最大层间位移与平均层间位移的比值,三个比值参数。最大层间位移角: 指的是结构体按弹性方法计算的,各楼层层间最大位移与该层层高之比( 应注意: 计算最大层间位移角时,不计入偶然偏心情况和双向地震情况) ; 《抗规》中,规定钢筋混凝土框架结构的弹性层间位移角限值为1 /550[14]。最大位移与层平均位移的比值: 指的是该楼层内节点产生的最大的弹性水平位移量与该楼层两端弹性水平位移量平均值的比值;最大层间位移与平均层间位移的比值: 是指对应上下楼层节点产生的相对位移量的最大值和平均值的比值根据《高规》第4. 3. 5 条的相关规定,进行多层框架结构计算时,一般也参照该条执行,应满足最大位移与层平均位移的比值和最大层间位移与平均层间位移的比值不宜超过1. 2,不应超过1. 5。另外还应注意: 最大位移、层平均位移、最大层间位移、平均层间位移的计算是基于楼层刚性板假定所得( 即: 要求在该楼层板平面内,各质点无相对位移) ,如果该楼层板平面内存在“弹性节点”,应在分析与设计参数补充定义里,勾选“强制刚性楼板假定”[15]。

2.2、周期比

周期比: 指的是结构体振动的周期比值,即第一个扭转震动的周期( Tt) 与第一个沿主轴方向水平震动的周期( T1) 的比值; 周期比主要控制的指标是结构体的扭转效应[16]。周期比要求的是结构体的整体性,即: 要求结构体抗侧力构件的平面布置合理以保证结构在侧向力作用下不出现较大的扭转变形,特别是在罕遇地震情况下的扭转效应[17]。如果周期比不满足规范的要求,说明该结构的扭转效应明显,则需要增加结构周边构件的刚度,降低结构中间构件的刚度,以增大结构的整体抗扭刚度。

2.3、刚重比

刚重比: 是指结构侧向刚度与重力荷载设计值的比值。在风荷载或水平地震等水平作用下,结构产生倾覆力矩,及由于结构侧移产生的重力荷载产生的二阶效应,为抵抗倾覆力矩和重力二阶效应,结构体上,就必须布置抗侧构件,以产生足够大的抗倾覆力矩,避免结构的失稳倒塌,并控制结构的整体稳定性; 结构抗侧刚度是否足够、重力二阶效应对

结构体影响的大小的指标,就是刚重比; 见《高规》5. 4. 1 和5. 4. 4 及相应的条文说明。刚重比满足规范要求时,整个结构体即能满足抗侧抗倾要求,也能达到一定的经济指标[18]。

2.4、剪重比

主要为限制各楼层的最小水平地震剪力,确保周期较长的结构的安全。剪重比不满足规范要求,说明结构的刚度相对于水平地震剪力过小;剪重比过分过大时,说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积[19]。对于6 度抗震设计的结构,《抗震规范》没有规定其地震剪力系数最小值,《混凝土高规》中也不能自行加以规定[20]。作为参考,设计中一般可考虑控制为0.8%-1%。本结构各层剪重比符合沿着竖向递增的规律,底层剪重比最小,X向为1.82%,Y向为1.88%,均>1%。X,Y向有效质量系数均>90%,满足规范要求。高规5.1.13正确计算剪重比,必须选取足够的振型个数使有效质量系数大于0.9[21]。

除此之外,还有刚重比、轴压比等一系列参数。

三、综述

综上所述,结构设计中涉及到多种软件的使用,需要着重控制相关软件中的一些重要参数。参数的选取,将直接影响结构计算成果。因此,无论电算和手工计算都离不开结构设计者的结构概念设计。

四、参考文献

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[9]孔庆平,刘庆广,吕明涛.空间网格结构分析设计软件MSTCAD的应用[J].治金标准化与质量2005,43

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[14]王艳巍,李霞,李中华.有限元分析在钢网架屋盖结构设计中的应用研究[J].铁道工程学报.2007,6

[15]JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].北京.中国建筑工业出版社.2008

[16]GB

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