土木工程毕业设计开题报告

一， 题目来源： 实际工程

二， 研究的目的和意义： 毕业前的最后一次大型课程设计，此次设计的意义重大，也许也是最后一次在老师的指导下学习，土木工程专业决定了我们将来要从事的工作：就是运用我们所学的专业知识来指导将来的民用及工业建筑物的设计，施工，管理等各个环节。毕业设计的实质目的就是让我们深入了解了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，以自己的课题出发，学会应用知识于现代建筑的具体实践之中，从设计之中来提升自己的能力，获取间接经验。

随着中国城市化程度的提高，大批人员涌入城市，随之而来的住宅问题成为越来越多人关注的焦点。可以毫不夸张的说，住宅已经成为全中国最热点的话题之一。对于这样一个与全社会人民息息相关的产品，如何设计使其更经济，更安全，更舒适，是一个至关重要的问题。

土地资源的紧缺，使低层住宅在城市里销声匿迹。对于多层住宅，传统的砌体结构由于承重墙体自身巨大的自重，以及粘土砖的禁用，渐渐淡出舞台。而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最常用的结构型式。近年来，世界各地的钢筋混凝土多层框架结构的发展很快，应用很多，对其受力的研究已经相对成熟。

然而框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，

结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性。汶川地震后，结构的抗震能力被大大重视。对于框架结构而言，抗震构造措施尤其重要，在这方面的优化，也是目前研究的方向之一。抗震设计需遵循“三水准，两阶段”设计方法：

1.，做好“强柱弱梁”的设计

由于框架受轴向压力的作用，其延性通常比梁的延性小，一旦框架柱限于框架梁出现塑性铰，就会产生较大的层间位移，甚至形成同层各柱上下端同时出现塑性铰的“柱较结构”，从而危及结构承受垂直荷载的能力。

2.，做好“强剪弱弯”的设计

为防止梁端，柱端在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏，在设计中要求做到“强剪弱弯”，即构件的受剪承载力要大于构件弯曲时实际达到的剪里。

3，做好“强节点弱构件”的设计，还要对节点进行抗震构造设计，要求框架节点核心区不先于梁柱破坏。

综上，本次设计中，除了在设计前通过阅读相关书籍资料，更深刻的了解框架结构的有关知识，巩固课堂上所学的理论知识外，在设计中，通过熟练操作建筑学基本软件，掌握将来从事本行业的实践能力，并通过与手算结果进行对比的方式，锻炼自己发现问题和解决问题的能力。因此，本次课题是步入社会前的一次演习，是为以后的路预先而作的一次必不可少的锻炼。 三， 阅读的主要参考文献及资料名称 四， 国内外现状和发展趋势 混凝土结构使用历史较长。它在性能及材料来源等方面有许多自身优点，发展速度很快，应用也最广泛，已从工业与民用建筑，交通设施转到了近海

工程和海底工程等。我国应用混凝土的时间比较短，但目前钢筋混凝土结构在我国发展势头非常好，所以深入了解混凝土的性能非常有必要。

在混凝土结构施工过程中，施工技术的改进起了很大作用。预应力技术的发明使混凝土结构的跨度大大曾加，滑模施工方法的发明使高耸结构和贮仓、水池等持种结构的施工进度大大加快。泵送混凝土技术的出现使高层建筑、大跨桥梁可以方便地整体浇注。蒸汽养护使预制构件成品出厂时间大为缩短.

在模板方面，除了目前使用的木模板、钢模板、硬塑料模板外，今后向多功能发展，在钢筋的绑扎成型方面，正在大力发展各种钢筋成型机械及绑扎机具，以减少大量的手工操作。

框架结构是由梁和柱连接而成的。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。纯框架在现代运用较广。 框架结构选型结构分类：

混凝土结构按施工方法的不同可分为现浇式、装配式和装配整体式。 现浇式框架即梁、柱、楼盖均为现浇钢筋混凝土结构。一般做法是每层的柱与其上部的梁板同时支模、绑扎钢筋，然后一次浇注混凝土。整体性强、抗震性能好，其缺点是工作量大、工期长、需要大量的模板。

装配式框架是指梁、柱、楼板均为预制，通过焊接拼装连接成整体的框架结构。施工速度快、效率高。但由于在焊接接头处须预埋连接件，节点构造较难处理，故此型式在框架中较少采用。不宜在地震地区应用。 装配整体式框架是指梁、柱、楼板均为预制，节点构造简单，用钢量和焊接

工作量少，吊装方便，抗震性能及整体性较好。在楼面荷载较大的工业厂房中，值得推广应用。

前国内外多层房屋大多采用现浇式钢筋混凝土框架结构。

近年来，由于人们对大空间、大跨度的要求，国内外正在推广使用预应力混凝土结构。预应力构件的使用，大大减少混凝土的用量。另外，由于地域的不同，或是特殊功能的要求，新的防冻、防火等具有特殊性能的混凝土正不断地被研制开发出来，相信未来混凝土的用途会越来越广泛。 五， 主要研究内容，需重点研究的关键问题及解决思路 框架结构是高次超静定结构，既承受竖向荷载，又承受侧向作用力，如风荷载或水平地震作用等。一般情况下，计算时不考虑填充墙对框架抗侧的作用，因为填充墙的存在在建筑物的使用过程中具有不确定性，而且填充墙常常采用轻质材料，或在墙与柱之前留有缝隙仅通过钢筋柔性连接。但当填充墙采用砌体墙并与框架结构为刚性连接时，则在水平地震作用下，框架结构将发生侧向变形，填充墙将起斜压杆的作用。在水平地震作用下，刚性填充墙对框架侧向刚度有较大贡献，要尽量使结构的整体抗侧刚度对称，以免地震时产生过大的整体扭转。

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。

框架的结构缺点为：框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性；钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；不适宜建造高层建筑， 框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对与各楼层而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理，故一般适用于建造不超过15层的房屋。 框架结构设计方法

一、理论基础：

钢筋混凝土框架结构的设计方法先后经历了容许应力设计方法、破损阶段设计方法和极限状态设计方法。

容许应力法以线弹性设计方法为基础，要求在使用荷载作用下构件截面的应力不大干容许应力，截面应力按线弹性设计方法求出，容许应力是用材料的强度除以安全系数求得。容许应力法仅考虑材料的弹性性质，容许应力取值也无科学依据，框架结构设计是否安全可靠无法用实验来验证。

破损阶段法以塑性设计方法为基础，要求在使用荷载作用下构件截面的内力不大于破坏时内力除以某一安全系数，破损阶段法使构件有了总的安全度的概念，可以说它开创了一个新局面。但它仍存在一些重大的缺点：只保证了构件的强度，但却无法了解构件正常使用是否满足要求；安全系数取值仍须经验，并无严格科学依据；单一安全系数不能对不同荷载、材料、构件区别对待，从而正确地度量框架结构的安全度。

极限状态法是破损阶段的发展，它规定了框架结构的极限状态，并把单一安全系数改为三个分项系数，即荷载系数、材料系数和工作系数，从而把不同荷载、材料、构件区别对待，使构件具有比较一致的安全度。从本质上讲，破损阶段设计法和极限状态设计法中的承载力极限状态设计所依据的都是极限强度设计方法。极限强度设计方法的基本原则是求出截面破坏时的极限承载力，然后控制截面在使用荷载作用下的内力不大于破坏时的极限承载力除以某个考虑安全的系数。系数可用单一系数，即破损阶段法；也可用分项系数，即极限状态法。随着可靠度设计方法的发展，安全系数的取值已经从传统的定值设计法发展到今天的半概率设计法，又在向近似概率设计法发展，

使框架结构设计的极限状态设计方法向更完善、更科学的方向发展。但是，只有框架结构的极限承载力得以准确评估后，框架结构安全系数更为精确、科学的取值才会更有意义，框架结构安全度才能得到充分保证。

框架结构在承受水平荷载作用下属剪切型破坏。近年来，有关学者对框架结构在地震作用下的分析表明多层框架的震害可分为8种整体破坏情况，4中构件部位破坏、6种构件受力破坏情况，2种短柱破坏情况，现分述如下: 1. 整体破坏:

（1)、柱筋拔断、整幢倾倒:一侧柱筋在一楼拔断，整幢房屋向另一侧倾倒。

(2)、全柱溃断、整幢压扁:框架弱柱强梁，全部柱每层折断或压溃，整幢房屋压扁成层叠状。

(3)、局柱溃断、整幢倾斜:局部柱压溃或折断，其它柱完好，整幢房屋因局部下陷而倾斜。

(4).部分压扁、部分破坏:同幢房屋中部分柱压溃折断压扁成层叠状，部分柱严重破坏，但未压溃折断，故成部分压扁、部分破坏 (5)、底柱压溃、底层压扁:底层柱压溃，底层压扁，整幢房屋下陷。 (6)、底柱折断、底层扁移:底层柱折断，底层压扁，整幢房屋侧移。 (7)、柱端破坏、底层倾斜:底层柱上下成塑性铰破坏，底层倾斜、上部房屋平移。

(8)、柱顶破坏、底层平移:底层仅柱上端破坏成塑性铰，柱成弯曲状，

柱下端完好，整幢房屋平移。 以部位分为4种破坏情况 (1)、柱头破坏 (2)、柱中破坏 (3)、柱底破坏。 (4)、节点破坏

以受力分为6种破坏情况: (1)、柱剪切破坏。 (2)、柱剪压破坏 (3)、柱压屈破坏 (4)、柱压弯破坏 (5)、柱塑性铰破坏。 (6)、梁剪切破坏

短柱破坏主要为剪切破坏。

分析震害现象发现，多层框架中8种整体破坏、构件破坏中的4种部位破坏、5种受力破坏、短柱中的2种受力破坏，都说明在多层框架的震害中，整体破坏的全部、构件破坏的大部分都因柱构件的破坏而引起，故柱在多层框架的抗震中占据十分重要的位置，是框架抗震的主要矛盾。

二、设计步骤： 1、框架梁柱的截面设计原则

根据震害分析，以及近年来国内外试验研究资料，应把框架设计

成延性结构。粱、柱塑性铰设计，应遵循下述原则：

(1) 强柱弱梁。要控制粱、柱相对强度，使塑性铰在梁中先出现，尽量避免或减少在柱中出现。严防框架结构形成几何可变体系而倒塌。 (2) 强剪弱弯。要提高构件的抗剪承载能力，使其大于塑性铰的抗弯承载力，以防过早地发生剪切破坏。

(3) 强节点、强锚固。设计中应保证梁的塑性铰在充分发挥作用前，框架节点、钢筋的锚固不致过早破坏。 2、提出结构方案

多层钢筋混凝土框架结构是一种由梁和柱以刚接或铰接相连接成承重体系的房屋建筑结构。多层钢筋混凝土框架结构设计文件与图纸是最主要的依据之一， 全面理解设计文件，并规范进程加以实施，是结构方案的主要工作。 3、框架梁的设计 ①弯矩调幅

框架中允许梁端出现塑性铰，因此在梁中考虑塑性内力重分布。通常在竖向荷载作用下可考虑支座调幅以降低支座弯矩，现浇框架的支座弯矩调幅系数可采用0.8—0.9，水平荷载作用下产生的弯矩不参与调幅，弯矩调幅在内力组合之前进行。同时应注意梁跨中设计弯矩值不应小于按简支梁计算的跨中弯矩的一半。 ②梁的正截面受弯承载力计算

为了提高梁的延性，阻止脆性破坏，应满足下列要求； (1) 受压区混凝土高度 x≤0.25h0(一级抗震设防时)，X≤0.35h0(二级

抗震设防时)；

(2) 梁端截面底面和项面配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二、三级不宜小于0.3。通长钢筋，一、二级不应少于 2φ14，且不应少于其较大纵向钢筋截面积的1／4；三、四级不少于2φ12；

(3) 梁端纵向受力钢筋的配筋率不应小于最小配筋率，且不宜大于2.5％。贯穿中柱的每根纵向钢筋直径一、二级均不宜大于柱截面高度的 1／20。

③梁斜截面受剪承载力计算

(1) 剪压比的限制。为防止混凝土在抗剪钢筋屈服前过早地发生脆性破坏，应使梁内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比，即剪压比不应过大，也就是梁的截面不应太小。

(2) “强剪弱弯”原则调整梁的截面剪力。为了避免梁在弯曲破坏前发生剪切破坏，应根据不同的抗震设防等级调整。 ④框架柱的设计

(1) 轴压比的限制。柱的轴压比应不超过，对一级为0.7，二级为0.8，三级为0.9的规定。变形能力要求高和Ⅳ类地上的高层建筑其限值应适当减少。

(2) 按“强柱弱梁”原则复核柱的配筋。为使塑性铰首先出现在梁端，柱的抗弯能力大于梁的抗弯能力，梁柱端弯矩，除顶层和轴压比小于0.15者外，应符合下列要求： 一级 ∑Mc=1.1入∑Mb

二级 ∑M =1.1∑Mb

式中：∑Mc——节点上下柱端顺时针或反时针方向截面组合弯矩设计值之和；

∑Mb—— 节点上下梁端反时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和；

入——实配系数。可按左右梁端纵向受拉钢筋实配面积之和与计算面积之和比值的1.1倍采用。

(3) 按“强剪弱弯”的原则调整柱的截面剪力。为防止柱在压弯破坏前发生剪切破坏，柱的端部截面组合的剪力设计值应以调整。 ⑤框架节点

震害调查表明，框架节点破坏主要是由于节点核芯区箍筋数量不足，在剪压共同作用下混凝土出现斜裂缝，箍筋屈服甚至拉断，从而柱的纵筋被压屈引起的。为了防止节点核芯区剪切破坏，必须保证其混凝土的足够强度和箍筋的足够数量。 3．抗震设计

建筑物抗震等级（抗震设防标准），《建筑工程抗震设防分类标准》根据建筑重要性、使用人数的不同把建筑分为甲乙丙丁四类，如三级甲等医院因为地震时要救人，定为甲级，其设防烈度和抗震措施要提高一度，设计采用的地震动参数要经过专门的地震安全性评价确定；中小学教学楼因为学生多，自救能力弱，定为乙类，其设计采用的地震作用按照当地的抗震设防烈度，但抗震措施要提高一度，所以按照规范规定，这次汶川的中小学应当都采取8度的抗震措施，不应该突

然倒塌。 一般建筑如住房设防类别为丙类，其设计采用的地震作用按照当地的抗震设防烈度，抗震措施也不提高。丁类的一般是仓库等，抗震要求更低。

目前，在钢筋混凝上框架结构的抗震设计中“塑性铰控制”理论发挥着越来越重要的作用，其要点如下：

①钢筋混凝上结构可以通过选择合理截面形式和配筋构造来控制塑性铰的出现部位；

②抗震延性结构应当选择并没计有利十抗震的塑性铰部位； ③在预期出现塑性铰的部位．应该通过合理的配筋构造来加大其塑性变形能力，防止过早出现脆性的剪切及锚固破坏。因此，钢筋混凝上延性框架没汁的基本原则是：①塑性铰应该尽可能出现在梁的两端。设计成强柱弱梁；②避免粱、柱过早剪坏。在可能出现塑性铰的区域内，应设计成强剪弱弯；③避免出现节点区破坏及钢筋的锚同破坏，设计成强节点、强锚同。 （1）强柱弱梁

① 当梁相对较弱，柱相对较强时，大部分塑性铰出现在梁端，结构不容易形成几何可变体系，因为塑性铰数量多且分散在各层，也就是说塑性变形分散在各层；

②当柱相对较弱，梁相对较强时，柱中塑性铰数量增多。如果柱中塑性铰集中在某一层，则因为塑性变形集中，使得该层成为薄弱层，易形成几何可变体系。

⑧梁是受弯构件，容易实现大的延性和耗能能力，而柱是属十压弯构

件，特别是轴压比大的柱，不容易实现大的延性和耗能能力。 ④柱是重要的承重结构构件。一旦出现大的塑性变形，难以修复，柱的破坏可能使整个结构倒塌所滑强柱弱梁型框架就是要尽量减少或推迟柱中塑性铰的出观，尤其要防止同一层各柱上、下端都出现塑性铰，

（2）强剪弱弯

在钢筋混凝土框架中，粱和柱的破坏形态可以归纳为两种：正截面的弯曲破坏和斜截面的剪切破坏。 当发生正截面弯曲破坏时，在破坏之前将会先形成塑性铰，只要设计合理妥当，形成的塑性铰会具有良好的变形能力和耗能能力但是当发生的是斜截面剪切破坏时，其延性小，耗能差，属于脆性破坏，所以，在钢筋混凝上框架的抗震设计中，为了保证粱和柱中出现塑性铰不会过早地发生剪切破坏，就应该使梁和柱在塑性铰处的受剪承载力大于受弯承载力，以实现强剪弱弯考虑到梁端和柱端正截面实际受弯承载力大于其弯矩没汁值(因为钢筋和混凝上的实际强度大于其强度设计值)，所以为保证梁端和柱端斜截面受剪承载力高于其正截面承载力，在斜截面受剪承载力计算时，将剪力设计值作了适当的放大。 （3） 强节点、强锚固

在延性框架没汁中，除了应保证梁和柱构件有足够的承载力和延性之外，保证节点区的承载力使之不过早地破坏是非常重要的。因为节点区破坏或变形过大，梁和柱就不能形成抗侧力的框架。在竖向荷载和地震作用下，梁柱节点区受力很复杂，主要受压力和剪力。其可

能出现的破坏形态有两种：剪压破坏和粘结锚固破坏。 当节点处剪压状态时，节点中会产生沿对角方向的主压应力和主拉应力在节点区混凝上开裂以前，节点处于弹性工作阶段，剪力主要是由混凝上承受，节点中的箍筋应力很小，但是一旦主拉应力超过混凝上的抗拉强度，节点区就会产生沿受压力的对角线出现斜裂缝，箍筋应力增大，剪力由混凝上和箍筋共同承受。在地震反复作用下，会形成交叉斜裂缝，大部分箍筋屈服，混凝土被挤压破碎，纵向钢筋被压曲成灯笼形状，节点就破坏了。框架结点的抗震没汁原则：① 节点的承载力不应低于其连接构件的承载力；②受多遇地震作用时，节点应在弹性范围内工作：③受罕遇地震作用时，节点承载力降低不得危及竖向荷载的传递；④加强节点约束。

六、完成毕业设计(论文)所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法

PKPM结构分析软件、土木工程有关规范、天正建筑绘图软件等。

将电算与手算对比校队，严格遵守规范规定，合理利用软件协助，保证设计的实际性、可操作性。 七、工作的主要阶段、进度与时间安排 (1)建筑设计 4周 (2)结构设计 7周 (3)技术经济分析 1周 (4)评审及答辩 1周 共计： 12周

八、指导教师审查意见

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