北京京斯信综合楼钢结构设计-钢框架综合楼开题报告

北京交通大学毕业设计（论文）开题报告 1 题 目：北京京斯信综合楼钢结构设计 学院：土建学院 专业： 土木工程 学生姓名： 学号： 文献综述：文献综述： 一、工程背景与选题意义一、工程背景与选题意义 框架结构具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点, 目前已被广泛地应用于工程实践中。框架结构分为钢框架结构及钢筋混 凝土框架结构，其中钢框架结构作为一种常用的钢结构形式，也逐渐步 入了人们的视线。钢框架结构主要是采用型钢、钢板连接或焊接成构件， 再经连接而成的结构体系。钢框架与混凝土框架结构相比有以下几点优 势：无承重墙；强度高；质量可靠；施工速度快；绿色环保。钢框架结 构多用于大跨度公共建筑、工业厂房和一些对建筑空间、建筑体型、建 筑功能有特殊要求的建筑物和构筑物中，如剧院、商场、体育馆、火车 站、展览厅、飞机库、停车场、仓库、工业车间等。 北京京斯信装饰材料责任有限公司成立于 1995 年，主要生产各种家 具五金产品。京斯信综合楼位于北京市，主要功能：仓库、办公、商铺、 宿舍，建筑面积 12000m 2左右。层数：3 层，局部 4 层。首层：4.6 米， 标准层 3.6 米。由于该工程功能多样，底层空间要求较大，建设工期紧、 使用荷载大，需要选用钢框结构作为主要受力体系，并采用压型钢板组 合楼盖。为了满足使用功能，外墙采用陶粒混凝土砌块，内墙采用轻质 隔墙。 目前，钢框架结构的设计方法已经比较成熟，国内外也有许多钢框 架结构的相关规范和应用实例。通过本次设计，我将熟悉钢结构建筑的 选型，了解并实际应用钢框架结构的设计方法，学习钢结构设计软件并 绘制结构设计图纸。这对我以后步入研究生阶段以及工作岗位，从事钢 结构方面的工作有着极其重要的意义。下面将先进行钢结构选型，介绍 钢框架结构的研究现状，对钢框架结构设计方法进行总结，在此基础上 确定本毕业设计的方法步骤和进度安排。 二、结构体系选择二、结构体系选择 框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可以用隔断墙分隔空间， 以适应不同使用功能的要求。因而特别适用于商场、展览厅等公共建筑 及轻工业厂房。又因为框架的构件简单、施工方便，住宅、旅馆、办公 北京交通大学毕业设计（论文）开题报告 2 楼等各类建筑也常用之。因此，框架结构在日常建筑中应用相当广泛。 但是框架结构的抗侧刚度小、变形能力大，所以不适用于高层的建筑。 在日常建筑中，砌体结构因为材料来源广泛，易于就地取材；有很 好的耐火性和较好的耐久性，使用年限长；保温、隔热性能好，节能效 果明显等优点应用也相当广泛。但是砌体结构由于其结构自重大，抗拉、 抗弯、抗剪强度低，抗震及抗裂性能差，砌筑工作繁重等缺点在应用中 也受到限制。与砌体结构相比较，框架结构在日常建筑中的应用就比较 广泛。另外，框架结构在抗震方面较好的发挥作用，把框架设计成延性 框架，使其在地震中大量吸收地震能量，减少建筑物在地震中造成的损 失。 框架剪力墙结构是把框架和剪力墙结合在一起，共同抵抗竖向和 水平荷载的一种结构体系。这种结构既具有框架结构布置灵活，使用方 便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，广泛应用于高层建筑中， 但在高度不高的该综合楼中采用则很不经济，剪力墙造价较高，会造成 不必要的浪费。 综上所述，结合本工程实际情况，结构体系为框架结构。 三、国内外研究现状三、国内外研究现状 近年来，随着钢框架结构的发展，其设计方法日趋成熟，国内外对 钢框架结构的研究主要集中在以下几个方面： （1） 钢框架结构的抗震性能研究 （2） 风对高层钢框架结构的影响分析 （3） 钢框架结构多目标优化设计 （4） 火场对钢框架结构的影响分析 （5） 爆炸对钢框架结构的影响分析 （6） 基于工程实践的对钢框架结构施工方法、施工工艺和工程造 价等的研究 （7） 对钢框架结的加固改善方法的研究 四、基本设计方法四、基本设计方法 钢框架结构的设计方法已经比较成熟，国内外也有许多钢框架结构 的应用实例。钢框架设计一般包括梁柱布置、楼板布置、屋面布置、荷 载计算、结构计算、节点设计等。 1、布置原则：采用 PKPM 软件钢结构框架三维模型输入建模，根据 仓库、商铺、办公及宿舍的不同建筑需要，适当的布置柱网尺寸。对于 北京交通大学毕业设计（论文）开题报告 3 平面、竖向不规则的要求与钢筋混凝土框架相同，抗震设计要符合“强 节点弱构件、强柱弱梁、强焊缝弱钢材”的原则，对于框架，使节点的 承载力高于构件的承载力，防止节点的破坏先于构件的破坏，是确保构 件整体性的必要条件，但节点又不可过强，应允许地震时梁、柱节点域 的板件能产生一定量的剪切屈服变形，以提高整个框架的延性， “强柱弱 梁”的道理与钢筋混凝土结构一样，有利于提高框架的防倒塌能力；由 于构件焊缝的延性，一般低于被连接构件的钢材延性，因此要求焊缝的 承载力应高于被连接钢材板件的承载力，可以使构件的屈服截面避开焊 缝而位于钢板件之中，从而提高构件以至整个结构的延性，螺栓连接的 延性等抗震性能优于焊缝连接，重要的构件和节点宜采用高强度螺栓连 接。 2、柱、梁布置：钢框架柱截面形式常用的有箱形截面、H 型截面， 箱形截面的受弯承载力比较强，截面性能没有强、弱轴之分，截面尺寸 可以按照两个方面的刚度强度要求而定，经济、合理，缺点是需要拼装 焊接，焊接工艺要求高，加工量大，轧制宽翼缘 H 型钢优点是加工、杆 件连接容易，但有强、弱轴之分 I 字形截面梁的经济跨度为 612m，一般框架梁、次梁均选用 I 字 形梁。次梁是钢结构中数量最多的构件，占结构用钢量的比例较大。布 置次梁时应有利于荷载均匀分布。钢次粱一般宜与主梁铰接相连，连续 的组合梁虽可减小梁的跨中弯矩和挠度，但与主梁受弯节点要求采用栓 焊法或在钢梁上、下翼缘设置钢盖板法相连时，将增加较多的焊接工作 量，实际工程中很少采用井字梁结构。次梁的间距一般为 25m-35m。 3、楼板布置：钢结构的楼板宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼 板或非组合楼板。对于不超过 l2 层的钢结构也可同钢筋混凝土结构一样 采用钢筋混凝土现浇楼板。在无抗震设防要求时，可采用预制楼板。组 合楼板在使用阶段压型钢板可作为混凝土楼板的受拉钢筋。压型钢板镀 锌量不多，板厚不应小于 0.75mm，在板底需刷防火涂料，目前防火涂料 价格较高，因此采用组合楼板造价较高。非组合楼板在使用阶段，压型 钢板不代替混凝土板的受拉钢筋，按普通钢筋混凝土楼板计算。其承载 力在施工阶段，要考虑由压型钢板承担未结硬的湿混凝土板的重量和施 工活荷载。压型钢板宜采用具有防锈功能的镀锌板，板底不需刷防火涂 料，板厚不应小于 05mm，压型钢板仅做为模板使用。组合楼板、非组 合楼板及钢筋混凝土楼板均需在钢梁顶设置圆柱头栓钉，栓钉需穿透钢 板焊于钢梁翼缘上，栓钉直径 d 根据板跨度大小，136m 时， 设两道拉条，在檐口处还应设斜拉条和撑杆，拉条采用圆钢时，直径不 宜小于 lOmm。 屋面板通常采用夹芯板一保温、隔热芯板与面板一次成型的双层压 型钢板，上层为小波的压型钢板，下层为小肋的平板，压型钢板与檩条 用自攻螺钉连接，板与板的搭接处用抽芯铆钉连接，连接处应设置防水 密封胶带。 6、节点设计 （1）梁柱节点：梁柱节点通常采用刚性连接，并通常采用栓焊混合 连接；梁的上、下翼缘用坡口全熔透焊缝与柱翼缘连接，腹板用摩擦型 高强度螺栓与柱翼缘上的剪力板连接，原则上梁端弯矩由梁翼缘负担， 梁端剪力由梁腹板承担，在梁的对应位置设置柱的水平加劲肋。对抗震 设防的结构，水平加劲肋应与粱翼缘等厚，水平加劲肋与柱采用坡口全 熔透焊缝焊接，当柱两侧梁高度不等时，每个梁翼缘对应位置均应设置 柱的水平加劲肋， 加劲肋之间的距离不小于 150mm， 也可设置坡度小于 l： 3 的加劲肋或将截面高度较小的梁腹板高度局部加大， 腋部翼缘的坡度不 得大于 l： 3， 节点域应按 建筑抗震设计规范 公式(8 2 52)、 (8 2 5 5)、(8256)验算其抗剪强度、稳定性。 （2） 、次梁与框架梁的连接 通常采用铰接，次梁与主粱的竖向加劲板用高强度螺栓连接，主梁 加劲肋与主梁之间的连接焊缝采用双面直角角焊缝。 北京交通大学毕业设计（论文）开题报告 5 （3） 、柱拼接、梁拼接 当柱、梁长度大于 1415m 左右时，不便于运输和装配，需要在工 地现场进行拼接。 柱接头应位于框架节点塑性区以外，一般宜在框架梁上方 13m 附 近，柱接头的设计应满足极限承载力 Ma12Mpe 的原则(Ma：极限受弯 承载力；Mpe：全塑性受弯承载力)，柱接头上、下各 100ram 范围内，I 字形截面柱的工地接头，翼缘采用全熔透坡口焊接，腹板用高强度螺栓 连接，也可采用焊接，在上柱腹板开 K 形坡口，要求焊透。 梁接头应位于框架节点塑性区以外，即从梁端算起的 110 跨长并 应大于 16m，拼接接头由；翼缘承担弯矩，腹板承担剪力。梁的拼接主 要用于梁与柱全焊接节点的柱外悬臂梁段与中间梁段的连接，连接形式 有：翼缘为全溶透焊接，腹板为高强度螺栓连接；翼缘、腹板都用高强 度螺栓连接；翼缘、腹板都用全溶透焊接。 （4） 、框架梁的侧向隅撑 按抗震设计的框架梁，在梁可能出现塑性铰处(通常距柱轴线 18 110 梁跨处)，梁上下翼缘均应设置侧向隅撑。 （5）柱脚设计 多层钢框架柱脚通常采用埋入式柱脚或外露柱脚，均为刚接柱脚埋 人式柱脚埋人混凝土基础内的深度要求不得小于钢柱截面高度的 3 倍， 对于 34 层的大型商场，钢框架柱截面高度取 500600mln，柱脚埋深 就需要 15m 一 18m，而大型商场的占地面积很大，埋深大就会使地基 处理的土方量增大很多，地基处理的造价也会增大很多。 为减小土方量，降低造价，可采取基础在钢柱下对齐位置局部开挖， 满足钢柱埋深，基础其它部分可以浅埋，整体开挖深度也可浅挖，使土 方量大幅度减小，埋入式柱脚在钢柱的埋人部分应设置栓钉，栓钉直径 不得小于 16mm，并应计算满足轴力、弯矩，钢柱翼缘的保护层厚度对于 中间柱不得小于 180mm，对于边柱和角柱的外侧不宜小 250mm。 外露式柱脚宜采用带靴梁的构造，弯矩由靴梁传递，柱脚由底板、 靴梁、锚栓组成。 五、当前存在的问题及发展方向五、当前存在的问题及发展方向 现行钢框架结构的分析设计通常采用两阶段法：1）进行结构整体弹 性一阶分析, 确定各构件的最不利内力；2）用相关公式对各个构件单独 进行非弹性验算, 用计算长度系数近似考虑结构整体和构件之间的相互 作用。其优点是内力分析比较简单, 可采用叠加法进行内力组合, 所设 计出的构件具有一定的可靠性, 经过长期的工程实践已被广大设计人员 北京交通大学毕业设计（论文）开题报告 6 所接受。 两阶段法的缺点是：1）两个阶段采用的基本模型不一致；2）计算 长度系数不能准确反映结构整体和构件之间的相互作用；3）不能描述结 构系统的非弹性内力重分布；4）不能准确预测结构在给定荷载作用下的 破坏模式；5）按计算长度方法设计的结构, 各构件的可靠度水平不是很 均衡一致；6） 计算长度系数的确定和单个构件的承载力验算繁琐费时, 不便于计算机分析和设计。 高等分析实质上是一种比较精确的结构整体二阶弹塑性全过程分 析。它充分考虑影响结构稳定性和极限承载力的重要因素, 直接考虑构 件之间的相互作用, 能够描述结构系统的非弹性内力重分布, 能够比较 真实地反映结构在荷载作用下的内力和变形状态, 准确评估结构的极限 承载力和破坏模式, 从而可免除计算长度系数的计算及单个构件承载力 验算等繁琐工作。 与现行方法设计的结构相比, 以高等分析为基础设计的结构更加经 济合理, 各构件的实际可靠度更加均衡一致。随着有限单元方法和计算 机技术的发展, 高等分析和设计将逐渐成为未来主要的结构分析和设计 方。 北京交通大学毕业设计（论文）开题报告 7 主要参考文献：主要参考文献： 1 刘永华, 张耀春.钢框架高等分析研究综述. 哈尔滨工业大学学报， 2005. 2 任讯波，王向军.多层钢框架设计简述.陕西建筑，2006. 3 梁远森，张印杰.压型钢板在建筑工程中的应用.郑州大学学报， 2003. 4 周玉萍. 钢框架节点形式及位置对抗震性能的影响.建筑钢结构， 2010. 5 王国亮， 张荫， 陶清林. 钢框架结构多目标优化设计.低温建筑技术， 2010. 6 国家标准钢结构设计规范GB 50017-2003 7 行业标准高层民用建筑钢结构技术规程JGJ 99-98 8 国家标准建筑抗震设计规范GB 50011-2001 北京交通大学毕业设计（论文）开题报告 8 研究方案：研究方案： 一一 、设计依据、设计依据 （1）钢结构设计规范 GB50017-2003 （2）建筑结构荷载规范 GB550009-2001 （3）建筑结构抗震设计规范 GB50011-2001 （4）高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ 99-98 （5）建筑地基基础设计规范 GB50007-2002 （6）冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018-2002 （7）钢结构设计与计算 （包钢设计院 编） 二、二、 设计方法设计方法 多层多框架结构计算分析方法有两大类，即弹性设计方法和塑性设 计方法。前者仅限于理想弹性范围内分析，后者考虑到弹塑性工作阶段 的极限状态。在结构分析时，一般还要考虑到 P-效应和二阶理论。当 多层框架布置支撑体系后，结构的水平刚度大于 5 倍无支撑体系的结构 水平刚度，则可以认为这种框架是有支撑框架结构。框架柱可按承受一 阶弯矩和轴力计算，设计支撑时应考虑二阶效应。无支撑框架的分析方 法较多，可按弹性阶段分析，也可按弹塑性阶段分析。主要分析方法有： 一阶弹性理论分析、考虑 P-效应的弹性分析、二阶弹性理论分析、二 阶弹塑性分析等。 本设计具体设计方法见文献综述。 三、三、 设计步骤设计步骤 1、结构平立面设计：包括结构总体尺寸、标高，柱网布置，主次梁 布置，楼板布置等。 2、编制结构设计中各种作用的计算原理（如风荷载、地震作用等） ， 结构分析的简化计算方法。掌握简化计算方法的假定条件、原理、计算 步骤以及荷载效应组合等内容。 3、荷载计算：根据初定