開題報告---綜合辦公樓建筑、結構設計.doc

本科學生畢業(yè)設計（論文）開題報告（含論文綜述） 系 ( 院 )： 土木與建筑 工程學院 所屬教研室： 課題名稱： 桂林市商貿(mào)公司綜合辦公樓 建筑設計、 結構設計 專業(yè)(方向)： 土木 工程 （工民建） 班 級： 學 生： 指導教師： 開題日期： 一、畢業(yè)設計（論文）選題的依據(jù)（包括課題名稱、研究或應用意義、國內(nèi)外研究或應用現(xiàn)狀，附主要參考文獻）（一）課題名稱：桂林理工大學科技綜合辦公樓建筑、結構設計畢業(yè)設計是總結我們學生在校期間的學習成果，是學生綜合運用所學的基礎知識、專業(yè)知識和基本技能進行建筑、結構、施工設計的重要實踐過程。通過畢業(yè)設計的實踐，學習、掌握和提高綜合應用所學知識進行分析問題和解決工程實際問題的能力。根據(jù)畢業(yè)設計任務書的要求，在老師的指導下，結合自身的實際情況，我在開始設計時做了一系列的準備。我做的是框架結構設計，設計的題目為框架結構的“桂林市商貿(mào)工資綜合辦公樓”的建筑及結構設計。 （二）研究或應用意義、國內(nèi)外研究或應用現(xiàn)狀：畢業(yè)設計是在專業(yè)有關已修完的基礎上進行的綜合實踐教學環(huán)節(jié)。我們在導師的指導下，通過畢業(yè)設計的實踐，學習貫徹“適用、安全、經(jīng)濟、美觀”的建筑方針，運用所學理論知識解決工程實際問題，提高分析問題和解決問題的能力，通過實踐工程的結構設計，初步掌握其設計原則、方法和步驟，并獲得設計技能的基本訓練。此次我選的設計小組是框架結構體系設計一組。課題以七層框架結構的“綜合辦公樓”為主題進行建筑和結構設計。 隨著近代經(jīng)濟的發(fā)展，科學技術的進步，高層建筑越來越被廣泛采用。高層建筑的結構體系，主要有框架結構體系，剪力墻結構體系，框架一剪力墻結構體系(簡稱框剪結構體系)，筒體結構體系，框架一筒體結構體系和巨型結構體系等。這些體系的受力特點、抵抗水平荷載的能力、側(cè)向剛度和抗震性能等都各有不同。框架結構側(cè)向剛度差，抵抗水平荷載的能力較低，底部層間位移大，容易引起非結構性破壞和次生災害，對抗震不利，但它具有空間大，平面布置靈活，立面處理豐富等優(yōu)點。而剪力墻結構則相反，抗側(cè)力強度和剛度均很大，但平面布置不靈活，不適應大空間的要求。這就是框架結構廣泛使用的原因。我對框架結構的建筑很感興趣，一直以來想找個機會來進一步的研究框架結構。通過畢業(yè)設計，我能對大學期間所學的知識做一個系統(tǒng)的總結和應用，通過自己對在熟悉任務書的基礎上比較同類建筑，查閱、搜集有關設計資料使我的所學的知識得以綜合的應用，提高綜合知識的應用能力，對所學過的知識得以系統(tǒng)的深化。并培養(yǎng)我獨立解決建筑設計、結構設計的內(nèi)容和步驟，及掌握建筑施工圖結構施工圖繪制的方法，為今后工作打下良好的基礎。二、設計或研究主要內(nèi)容和重點，預期達到的目標及擬解決的主要問題和技術關鍵（此部分為重點闡述內(nèi)容）。應遵守先建筑、后結構、再基礎的設計過程，更應嚴格遵守規(guī)范、手冊的規(guī)定，每一步設計都要有依據(jù)。（一）設計內(nèi)容1、建筑設計：我所選的結構的結構選型為框架結構，建筑面積約為5400，初步選擇層數(shù)： 7層；層高3900；開間：5700、7200；進深6300、6300。設計時先對建筑平面布置、建筑高度、建筑面積、建筑外觀、層高和室內(nèi)凈高進行設計；然后對局部進行設計，如樓地面、屋面、樓面、坡面及樓梯位置，消防要求等進行設計。各部分都要按照規(guī)范要求進行設計。最后要明確框架結構的抗震級數(shù)，采用規(guī)則結構以利于房屋抗震，確定柱網(wǎng)尺寸，確定材料及截面尺寸，以及基礎的選定。本工程為多層辦公建筑，注重防火要求，在設計時以高層民用建筑設計防火規(guī)范和辦公建筑設計規(guī)范來設計交通組織。水平交通采用中間走道設計，并同時滿足最小凈寬要求（防火疏散要求一般公用建筑不應小于1.4m，且辦公建筑設計規(guī)范要求不應小于1.8m）。垂直交通由樓梯及電梯組成，電梯的數(shù)量應根據(jù)建筑總建筑面積來確定，辦公建筑設計規(guī)范規(guī)定五層及五層以上辦公建筑應設電梯，且按辦公建筑面積每5000m2至少設置1臺。高層民用建筑設計防火規(guī)范規(guī)定當每層建筑面積不大于1500m2時，應設1臺消防電梯。2、結構設計： 結構方案設計時，首先應該選擇合理的結構體系。結構體系是指結構抵抗外部作用的結構構件組成方式。結構設計中，采用先進的結構理論與精確的計算方法固然十分重要，但在方案階段正確進行建筑結構體系的選型也是至關重要的。如果建筑結構體系選型不當，那么任憑再先進的結構理論和精確的計算方法，也較難做出安全可靠、經(jīng)濟合理的建筑結構設計。本設計采用框架結構體系，滿足建筑的安全性、適用性、耐久性的建筑設計基本要求。結構設計中，應密切結合建筑設計，經(jīng)濟合理，結構布置要求荷載傳遞直接，受力明確，并按強度要求初步確定構件的截面尺寸，構件類型和尺寸規(guī)格應盡可能少。在結構布置的過程中，還需考慮整個建筑物的平面和豎向需采用的構造措施，以保證整個建筑物或某些薄弱部位的剛度及整體性，合理確定結構或構件節(jié)點處理，使結構構件及連接節(jié)點滿足強度、剛度和抗裂度的要求，并符合現(xiàn)行設計規(guī)范、滿足國家強制性條文，最終把結構布置和構件設計準確地反映到施工圖中。地震作用計算方法按建筑結構抗震設計規(guī)范進行，對高度不超過40m以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結構，可采用底部剪力法。豎向荷載主要是結構自重(恒載)和使用荷載(活載)。結構自重可由構件截面尺寸直接計算，建筑材料單位體積重量按荷載規(guī)范取值。使用荷載(活荷載)按荷載規(guī)范取值，樓面活荷載折減系數(shù)按荷載規(guī)范取用。該工程采用全現(xiàn)澆結構體系，混凝土強度等級為C30。（二）預期目標通過此次畢業(yè)設計的實踐，我們要培養(yǎng)、提高自己應用所學知識和相應技能解決具體的土木工程設計問題所需的綜合能力和創(chuàng)新能力，鍛煉調(diào)查研究，收集資料查閱資料及閱讀中、外文文獻的能力，使我們系統(tǒng)地掌握建筑、結構設計的全過程，為將來順利走上工作崗位，更好更快地開展工作打好基礎。在6月份之前順利的完成以上設計內(nèi)容和要求，并盡量使自己的設計作品達到優(yōu)秀。（三）擬解決的關鍵問題 掌握框架及連梁（為了練習連梁的計算，我們把縱向框架連當做連梁計算）的剛度計算，熟悉水平地震作用計算，鞏固水平、豎向荷載作用下框架的內(nèi)力分析，進行荷載效應組合，著手結構構件截面配筋，應用PKPM結構計算軟件上機電算，并進行電算與手算的比較。1、構件的初估。2、側(cè)移計算及控制。3、框架的剛度計算。4、豎向荷載作用下框架的內(nèi)力計算。5、截面設計及配筋設計。6、荷載組合: 由于不考慮風荷載影響，荷載組合簡化如下：1）1.2恒+1.4活。2）1.2重力荷載代表值十1.3水平地震作用。7、控制截面及不利內(nèi)力: 框架梁柱應進行組合的層一般為頂上二層，底層，混凝土強度、截面尺寸有改變的層及體系反彎點所在的層。1）框架梁控制截面及不利內(nèi)力為：支座截面，一Mmax，Vmax：跨中截面，Mmax。2）框架柱控制截面為每層上、下截面，每截面應組合:Mmax 及相應N、V，Nmax 及相應M、V，Nmin及相應M、V。8、通過結構、構造的方法對溫度應力進行有效的控制。（四）、設計（論文）的預期成果與特色或創(chuàng)新之處1. 建筑造型采用一字的造型。建筑設計布局合理，造型美觀，能較好利用周圍環(huán)境及已有的建筑物；平面空間較大，分隔靈活，具有良好的使用性；立面注意對比與呼應、節(jié)奏與韻律，體現(xiàn)建筑物質(zhì)功能與精神功能的雙重特性；重視防火設計，考慮了防火分區(qū)及放煙分區(qū)。另外，房間都采用南北朝向，在有利于通風的同時可以避免東西曬。交通做到明確清楚，人流導向直接有序。在建筑物立面造型上面，充分考慮運用節(jié)奏感和虛實對比的手法，講究比例的協(xié)調(diào)。涂料色彩上面選擇樸素而有內(nèi)涵色系。整個辦公建筑大方、簡潔。2. 結構上采用框架結構，柱網(wǎng)布置整齊有規(guī)律。整個結構較空曠且建筑平面布置靈活，同時便于門窗的靈活布置，里面也可以處理的富于變化，可以滿足不同用途的建筑的需求。3. 現(xiàn)代建筑物大都考慮到與周圍的建筑相協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。我在建筑的周圍運用了大面積的綠化，不僅美化環(huán)境，職工在安靜的環(huán)境辦公的同時也可以有地方休息。4. 此設計在結構設計中我主要采用了手算，有詳細的計算步驟和設計理念，突出概念設計的重要性。同時又用PKPM軟件出結構圖，這樣可以進一步比較電算和手算的區(qū)別。三、研究方案（包括有關方法、技術路線、實驗手段、關鍵技術等）（一）建筑研究方案1、 根據(jù)任務書的要求和其他前期準備的資料，全面深入地分析建筑物的要求和特點，對建筑方案做一個初步的設想，即所謂的“立意”和“構思”?！傲⒁狻笔菍ㄖ桨傅淖畛踉O想，“構思”是對立意的深入，是實現(xiàn)立意的過程。2、分析房間組成的功能關系，并進行功能分區(qū)。3、建筑方案的形成過程按以下幾步：1）分析基地的條件、所處環(huán)境以及建筑物外部空間的使用要求，從而初步確定建筑物在基地中的位置、總體布局、層數(shù)、大致體型、主要出入口的位置和基地內(nèi)道路、綠化等的基本要求，并考慮改、擴建的可能性。2）單體建筑方案：建筑方案是由平、立、剖面圖從不同角度綜合表達出來的。首先根據(jù)建筑類型、層數(shù)選擇合理的結構形式，在了解房間的合理高度的前提下從平面入手，合理的進行各使用房間的平面組合。再通過幾個關鍵性部位的剖面圖的分析，確定建筑的大致體型，并在此基礎上進行立面的設計，形成建筑的初步方案。然后對建筑的平、立、剖面進一步反復推敲、調(diào)整、發(fā)展，以使方案逐步合理化、具體化。3）根據(jù)建筑單體方案，確定建筑物在總平面圖中的具體位置，并詳細設計基地內(nèi)的道路、綠化、出入口及室外活動場地的具體布置，以形成總平面布置圖。4）繪制正式方案圖，輸出最后的建筑方案設計。4、初步設計階段的正式圖紙包括以下內(nèi)容：1）總平面圖：表明建筑在基地內(nèi)的位置、方向，道路、綠化、設施管線在基地內(nèi)的布置。常用比例為1：5001：2000.2）建筑的各層平面及主要的剖、立面：標出建筑的主要尺寸、房間使用功能及部分設置。3）說明書：介紹方案概況及主要技術經(jīng)濟指標。（二）結構研究方案1、結構方案設計優(yōu)選原則：1.1從建筑設計的角度考慮有以下原則：1) 滿足建筑使用功能的要求。2）滿足建筑造型藝術的要求。3）適應未來發(fā)展和與靈活改造的需要。1.2 從結構設計的角度考慮有以下原則：1）符合現(xiàn)行有關規(guī)范。 2）正確的結構概念設計。3）先進的結構理論概念。 4）合理的傳力途徑。 5）合理的應力分布。6）合理的破壞機制。7）抗震的可靠性與安全性（保證抗震設防目標大震不倒，中震可修，小震不壞）。1.3從建筑施工的角度考慮有以下原則：1）有利于建筑工業(yè)化。 2）有利于施工操作。 3）有利于控制質(zhì)量。4）有利于縮短工期。 5）有利于降低造價。1.4從建筑設備的角度考慮有以下原則：1）便于設備的安裝和檢修。 2）便于管道、線路的布設與穿越。3）保證設備的正常運行。1.5從建筑材料的角度考慮有以下原則：1）應用輕質(zhì)高強材料，有利于減小構件截面、減輕結構自重。2）應用新型建筑材料，有利于利用工業(yè)廢料、節(jié)約能源。3）應用組合結構體系，有利于充分發(fā)揮各自材料之長處。1.6 從綜合技術經(jīng)濟指標的角度考慮有以下原則：1）單位面積的自重較小。 2）單位面積的材料用量較少。3）單位面積的造價較低。 4）單位面積的用工量適中。5）施工工期恰當。 6）節(jié)能技術經(jīng)濟指標合適。1.7其他原則包括：1）滿足人防要求。 2）滿足消防要求。2、結構計算過程： 手算過程的有關方法：1、構件初估：柱截面尺寸的確定公式a；主梁截面高度hb=(1/81/14)l,l為跨長，次梁為hb=(1/121/18)l；梁截面寬度bb=（1/31/2）hb。2、框架的剛度計算：框架剪切剛度：；壁式框架總剪切剛度：；總框架剪切剛度：；主體結構剛度特征值為：。3、水平地震作用效果分析：水平力按各榀框架剪切剛度進行分配，最后計算單榀框架的內(nèi)力?？傊亓奢d代表值為：GE=Gi；對質(zhì)量和剛度沿高度均勻的框架結構，結構自震周期由頂點側(cè)移確定，按下式計算：=1.7T；地震影響系數(shù)：；結構等效總重荷載代表值為： Geq=0.85GE；結構總水平地震作用標準值為：FEK =Geq；各樓層質(zhì)點的水平地震作用：；層間位移：；頂點位移：；總懸臂剪力：；總連梁線約束彎矩：（為了練習連梁的計算，把縱向框架梁當做連梁計算）；第j層第i柱所分配剪力：；框架梁剪力：梁AB：；框架柱軸力：。4、豎向荷載作用下框架內(nèi)力計算：豎向荷載下內(nèi)力計算首先根據(jù)樓蓋的結構平面布置，將豎向荷載傳遞給每榀框架?？蚣芙Y構在豎向荷載下的內(nèi)力用分層法；連梁（為了練習連梁的計算，把縱向框架梁當做連梁計算）考慮塑性內(nèi)力重分布而進行調(diào)幅，按兩端固定梁計算?？蚣芙Y構在內(nèi)力與位移計算中，所有構件均采用彈性剛度。 5、荷載效應組合：1）荷載組合。由于不考慮風荷載影響，荷載組合簡化如下：1.2恒+1.4活1.2重力荷載代表值+1.3水平地震作用2）控制截面及不利內(nèi)力?？蚣芰褐鶓M行組合的層一般為頂上二層，底層，混凝土強度、截尺寸有改變層及體系反彎點所在層?？蚣芰嚎刂平孛婕安焕麅?nèi)力為：支座截面，-Mmax，Vmax；跨中截面，Mmax?？蚣苤刂平孛鏋槊繉由?、下截面，每截面應組合：Mmax 及相應N、V，Nmax及相應M、V，Nmin及相應M、V。6、截面設計與配筋計算：框架梁（正、斜）截面設計：正截面：；minbh0。斜截面：；0.25cfcbh0 Vb或。7、樓梯設計：板式樓梯是由梯段板、平臺板和平臺梁組成。梯段板是一塊帶踏步的斜板，斜板支承于上、下平臺梁上，最下部的梯段板可支承在地梁或基礎上，但是中間緩臺平臺板為保證墻體安全，不宜支承于兩側(cè)墻體上。板式樓梯其優(yōu)點是梯段板下表面平整，支模簡單；其缺點是梯段板跨度較大時，斜板厚度較大，結構材料用量較多。梯段斜面板和平臺梁、板為一個整體結構，實質(zhì)上梯段斜板和平臺板是一個多跨連續(xù)板，為簡化計算，通常將梯段斜板和平臺板分開計算，但在計算及構造上要考慮它們相互間的整體作用。 梯段斜板（包括折線形板）支承于平臺梁上，進行內(nèi)力分析時，通常將板帶簡化為斜向簡支板，斜板內(nèi)力同樣可化為水平向簡支板進行計算，其計算跨度按斜向跨度的水平投影長度取值。梯段斜板承受梯段板（包括踏步及斜板）自重、抹灰荷載及活荷載。斜板上的活荷載q沿水平向是均布的；恒荷載g沿水平方向近似認為是均布的。梯段板在g+q荷載作用下，按水平向簡支板進行內(nèi)力計算。梯段斜板按矩形截面計算，截面計算高度應取垂直于斜板的最小高度。斜板受力鋼筋數(shù)量按跨中截面彎矩值確定。板式樓梯平臺梁兩端一般支承于樓梯間兩側(cè)承重墻體上，承受平臺梁自重、抹灰及梯段板平臺板傳來的均布荷載。平臺內(nèi)力按簡支梁進行計算，配筋計算按倒L形截面計算，截面翼緣僅考慮平臺板，不考慮梯段斜板參加工作。8、梁板設計：板按規(guī)定區(qū)分單、雙向板分別計算，均按彈性理論方法計算。雙向板在求各區(qū)格板跨內(nèi)正彎矩時，按恒荷載均布及活荷載棋盤式布置計算。取為連續(xù)梁，分別按彈性理論和塑性理論計算（本來是縱向框架梁，為熟悉連梁計算方法，此處視作連續(xù)梁）。彈性理論分析方法認為：結構的某一個截面達到承載力極限狀態(tài)，則整個結構達到承載力極限狀態(tài)。結構塑性鉸的出現(xiàn)，使混凝土結構承載力極限狀態(tài)的概念得到擴展。對于混凝土靜定結構出現(xiàn)一個塑性鉸后，結構變?yōu)閹缀慰勺凅w系，即達到承載力極限狀態(tài)。塑性理論分析方法認為：混凝土超靜定結構出現(xiàn)一個塑性鉸，超靜定結構只減少一個多余約束，即減少一次超靜定，但結構還能繼續(xù)承受荷載，只有結構出現(xiàn)若干個塑性鉸，使結構局部或整體成為幾何可變體系時，結構才達到承載力極限狀態(tài)。所以，塑性理論分析方法把極限狀態(tài)的概念的某一個截面的承載力極限狀態(tài)擴展到整個結構的承載力極限狀態(tài)，這就可充分挖掘和利用結構實際潛在的承載能力，因而可以使結構設計更加經(jīng)濟、合理。9、基礎設計：當建筑物上部結構采用框架結構承重時，基礎常采用方形