某办公楼钢框架结构开题报告

开题报告 设计题目：某四层钢框架办公楼结构及制造 工艺设计 学生姓名：
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2010年 X 月 X日 １、课题论证 1.1课题研究的目的与意义 建筑是人类最早的生产活动之一，是在一定的历史条件下，随着社会生产力发展而形成发展的。由于经济的发展、土地的减少，现代建筑趋向于多高层建筑，而砌体结构存在自重大、砌筑工作相当繁重、抗拉抗弯性能低、粘土砖用量很大，往往占用农田，影响农业生产等缺点，现代建筑多采用框架结构、框剪结构、框筒结构等结构体系。而框架结构是多高层建筑的一种主要结构形式。框架结构有钢筋混凝土框架和钢框架，而随着我国建筑业的快速发展，建筑设计理念的不断更新，钢框架结构建筑体系作为一种新型的产业体系集合了房地产业、建筑业、冶金业正在华夏大地迅速崛起。钢框架结构由于其抗震性能好、建筑自重轻、房屋利用率高、工业化程度高、施工周期短、绿色环保、科技含量高适用范围广等特点，成为当今应用最为广泛的结构之一。大力发展和积极推广能抗震抗灾的适用建筑，对于我国国民抵御自然灾害、保障生命安全具有重要的现实意义。

多层钢框架结构虽然已经非常流行，但是结构的合理与否依旧影响着用户的满意度及开发商的经济效益。不断地优化，在两者之间取得一个平衡是我们结构设计工作者的追求目标。此次设计的任务是对吉林省某四层钢框架办公楼结构及制造工艺设计，设计过程中会涉及到结构力学、材料力学、钢结构设计原理、多层建筑钢结构设计、钢结构焊接制造及安装、钢结构涂装等大学所学的专业知识，通过本次设计有利于使所学的知识系统化，提高我们对知识的综合应用能力，使我能够在指导老师的指导下，比较独立地完成办公楼的设计，可以熟悉相关的设计规范、手册、标准图集，掌握AutoCAD、Office、PKPM等办公软件技术，为将来走向工作岗位打下坚实的基础。毕业设计是我们在毕业前最后的学习和综合训练的实践性学习环节，是深化、拓宽、综合学习的重要过程，是学习、研究与实践成果的全面总结；
是学生综合素质与实践能力培养效果的全面检验。所以我们都应该认真完成自己的毕业设计，使自己成为社会所需要的人才。

1.2文献综述（相关课题国内外研究的现状）
1.2.1 国内钢结构发展现状 我国建筑工程领域中已经出现了产品结构新的调整，钢结构以其自身的优越性，正在工程中得到越来越广泛的、合理的应用[6]。目前钢框架在我国的应用还不多。随着我国钢材产量的迅速增加，品种增多，钢结构设计和施工技术的不断提高，钢框架的运用将有良好的的前景[11]。多层框架一般层数不超过10层，否则宜按高层建筑考虑。多层框架钢结构应根据生产工艺的特点，采取相应的措施，以满足GBJ16-87《建筑设计防火规范》[5]。

近几年，钢结构建筑相比于砖混结构建筑在环保、节能、高效、工厂化生产等方面具有明显优势。深圳高 325米的地王大厦、上海浦东高421米的金茂大厦、北京的京广中心等大型建筑都采用了钢结构，北京、上海、山东等省市已开始进行钢结构住宅试点，其中，北京金宸公寓已被列为建设部住宅钢结构体系示范工程。高层钢结构建筑屡见不鲜。人们预料21世纪是金属结构的世纪，钢结构将成为新建筑时代的脊梁。人类自 17世纪70年代开始使用生铁，19世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋，钢结构发展的历史要比钢筋混凝土结构发展的历史悠久，它的生命力也是越来越强。在美国，低层建筑如两层楼以下的非居住型建筑市场已有70％以上是建筑金属制品；
而在我国早期多层钢结构只见于个别工业厂房的一部分，在民用建筑中仍然为空白。

我国二十世纪初建造的松花江钢桁桥、黄河大桥、上海国际饭店等就采用了钢结构；
新中国成立后，我国钢结构建筑发展速度进一步加快。如2008年奥运场馆国家大剧院、鸟巢、水立方等；
随着2010年上海世博会的到来，钢结构场馆的建设更是达到了一个空前的高度。全国上百个大小机场都将设计采用钢结构，以加快建设速度和增大空间。我国多层民用钢结构房屋才仅仅出现十几年，仍处在初期阶段，但是各地陆续建造了数百万平方米的多层钢结构民用房屋，取得了显著地成绩。如中国工商银行总行营业办公楼、北京市亦庄青年公寓、北京金宸公寓、上海现代集团在新疆库尔勒建造的8层钢结构住宅、天津市丽苑小区11层钢结构住宅、杭州天成6层钢结构综合楼、山东莱钢钢结构住宅小区、山东建筑工程学院土木馆、长沙远大集成住宅楼、河北唐山的几幢3~5层钢结构住宅、福建师大学生公寓、武汉国际会展中心、四川攀枝花市迎宾苑小区钢结构住宅等等。

目前，国内高层钢结构钢材几乎都从国外进口，工程总承包由国外承担，制造和安装则由国内廉价劳动力承包，这种局面应从速扭转，因为这与我国产钢大国的地位很不相称。大跨度钢结构钢材不象高层钢结构那样突出，但设计方案（包括建筑和结构）经常国外中标，这种局面与中央强调建立我们自己的科技创新体系的号召相距甚远，应该引起我国建筑界的关注，是水平低还是其它原因，值得我们深思。

1.2.2 国外钢结构发展现状 发达的欧美国家，钢结构早在30年代就迅速发展，他们工效比我们高，他们的工人收入在钢结构行业是我国工人收入的40倍。美国金属建筑的主要市场分布：工业（生产用厂房、仓库及辅助设施等）、商业（商场、旅馆、展览馆、医院、办公大楼等）、社区（私有及公有社区活动中心及建筑如学校、体育馆、图书馆 、教堂等）、综合等方面，分别占到46%、31%、14%和9%的份额。在美国，低层建筑中采用钢结构还是很普遍的。美国钢结构学会和金属房屋制造协会（AISC 和MBMA）联合编制了低层建筑的设计指南。所谓低层建筑是指层高低于18m，层数不超过5层的工业厂房、仓库、办公室及其他的办公和社区建筑等，其中两层以下的非居住用楼房建筑占70%。

从美国、日本、欧洲一些发达国家的经验看，建筑业即将成为钢材应用的主要市场。而目前我国与之相比还有差距。因此我国的高层建筑钢材到目前为止还都从国外进口，特别是大于50mm 的厚钢板，国产产品的Z向性能尚达不到要求。国外不仅钢板厚度较大，而且可以满足各种性能要求。如日本已经能够生产的100mm的厚钢板，具有以下类型：
①、有高强度低预热型（以前预热75℃，现在预热50℃）的厚钢板590N/mm2级（HT590级）；
②、抗地震的厚钢板，主要有低屈服比高强度钢材（HT590～HT780级）和低屈服点钢板，这种钢材日本重点生产，用于次要结构上，当地震时这种材料先屈服，保证主要 结构减少地震损失；

③、防火厚钢板。有400N/mm2及490N/mm2，当其在600℃ 时屈服强度还能达到常温下的2/3；

④、装饰用的奥氏体不锈钢板及铁素体不锈钢板（沿海用，优于前者 ）。

1.3采用的设计方案（基本理论）与技术路线 1.3.1 设计基本理论 根据现行国家相关钢结构技术规范、规程与标准,采用以概率论为基础的极限状态设计法,按分项系数的设计表达式进行计算（对疲劳强度计算除外）；
各种承重结构按承载力极限状态和正常使用极限状态的原则设计；
在设计过程中,应根据钢结构破坏可能产生的后果采用不同安全等级，并在荷载效应计算中分别采用不同的系数；
结构件或连接按承载力极限状态设计时，一般按使用条件采用荷载效应的基本组合；
钢结构构件按正常使用极限状态验算变形,应考虑短期效应组合等级。从产品焊接结构生产的要求入手，包括技术要求、经济要求、劳动保护、安全卫生、明确焊接结构生产的规模和方式。确定工艺方案时，应即保证钢结构质量，同时也应合理考虑生产周期、成本和环境保护。

1.3.2 技术路线 采用框架结构近似计算法：求竖向荷载作用下的内力用“弯矩分配法”；
求水平荷载作用下的内力时，用“D值法”等。求水平地震作用的时候采用“底部剪力法”；

结合所学过的知识、通过查阅参考资料初步设计，再交指导老师审查，审查通过后，利用AutoCAD 、和手工完成绘图，利用Excel、word等完成设计说明书及其他内容的编写。

结构部分计算的大概步骤如下：
1)、结构布置 2)、确定计算模型 3）、初估梁柱截面尺寸 4)、荷载计算 5)、水平地震作用的侧移验算 6)、风荷载作用下的侧移验算 7)、水平地震作用下横向框架的内力计算 8)、竖向荷载作用下框架的内力计算 9)、楼板的配筋计算 10)、楼梯设计计算 11)、基础的设计及配筋计算 12)、用PKPM对各计算项目进行验算 13)、绘制钢框架施工图，包括梁柱组合图、节点图、零件图、拼装图及材料表等 14)、编写计算说明书和制造工艺过程说明 1.4可能存在的问题 1.4.1 变形缝设置 《高层民用建筑钢结构技术规程》上“高层建筑钢结构不宜设置伸缩缝。当必须设置时，抗震设防的结构伸缩应满足防震缝要求”。本次设计的办公楼尺寸为20m×36m，较小，可以不设置变形缝，但考虑得到工程地点在是在温差较大的东北地区，进行温度应力的验算后再做决定。

1.4.2　结构设计 框架结构是柔性结构，有水平位移，房屋的总水平位移越大，人的感觉越不舒服，而层间位移会影响建筑物的装修和隔墙开裂，因而对这两种水平位移进行限，这样在设计中要增大房屋的抗侧刚度。

1.4.3 内力计算 结构形式不规格，受力复杂，超静定次数多，不管用分层法、反弯点法还是“D”值法都有很大的难度。本设计采“D”值法用手算，将用结构力学求解器进行验算。

1.4.4 地震振型分析 地震分析时，由于高度少于60米， 采用底部剪切法，但是计算经验不足，在重力荷载代表值等计算时有可能存在误差。设计将用PKPM进行验算。确保抗震设防的可靠性。

1.5参考文献 [1] 沈祖严.刚架设计中的若干问题[J].工程与科技.2002.第26期：第64页. [2] 靳百川.连续檩条搭接长度的计算问题[J].钢结构.2006.第6期:第125页 [3] 冯烟霞，高欣.轻型钢结构制造安装手册[M]JG144-2002.北京:中国建材工业出版社.2002 [4]ZHANG Xun′an,,Wang Dong,Jiang Jiesheng; The Controlling Mechanismandthe Controlling Effectiveness of Passive Mega-sub-controlled Frame Subjected to Random Wind Loads[J]. [M];Journal of Sound and Vibration; 2005年 [5]LIAN Yeda,Zhang Xun′an,Sheldon Cherry; Damping Charac-teristics of Friction Damped Braced Frame and Its Effective-ness in the Mega-sub Controlled Structure System[J]. [M];Earth-quake Engineering and Engineering Vibration; 2007年 [6] 孙洪梅,王立久,曹明莉. 高铝水泥耐火混凝土火灾高温后强度及耐久性试验研究[J]工业建筑, 2003,(09) [7] 蒋首超,李国强,叶绮玲. 火灾下钢框架结构非线性反应分析与试验研究[J]工业建筑, 2004,(08) [8] 殷颖智,王永昌. 火灾下钢梁悬索效应分析研究[J]建筑钢结构进展, 2004,(03) [9] 吕天启,赵国藩,林志伸. 内(圆)钢管增强方钢管混凝土偏压柱温度场分析及耐火极限计算[J]工业建筑, 2003,(07) 2、答辩组论证结论 （1）方案可行，技术路线清晰 □ （2）方案可行，技术路线基本清晰 □ （3）方案基本可行，技术路线不很清晰 □ （4）方案和技术路线不很清晰 □ （5）方案和技术路线不清晰 □ 3、指导教师意见：
教研室主任意见：
指导教师（签名）：
教研室主任（签名）：
年 月 日 年 月 日 注：(1) 开题报告是用文字体现的设计（论文）总构想，篇幅不必过大，但要把计划设计的课题、如何设计、理论依据和研究现状等主要问题说清楚；

(2) 字数不少于3000字，参考文献不少于6篇，印刷字符在10万印刷符