南京市东华测试有限公司科研综合楼结构设计文献综述

1. 选题背景和意义：

框架的主要优点：空间分隔灵活，自重轻，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。因此框架结构在我国得到广泛使用。

本科阶段的学习往往从细节出发，知识较为分散，不能使学生形成对建筑结构的整体性概念性的理解，也缺乏全面整合的训练。毕业设计通过进行完整的设计案例，整合了学生本科阶段的学习内容，加深了学生对所学内容的理解，增强学生对知识的应用能力，使之成为能够参与祖国建设的可造之材。

此外，在毕设过程中有更多的机会与导师接触，想法和问题得以交流，师生间零距离的探讨互动可以随时随地的解决结构设计中遇到的困扰，课题以外的拓展也极大地激发了专业学习的兴趣。在毕业设计过程中，信息检索、分类、甄别的能力得到大大的提高，知识点“扫盲”的过程也提升了个人的自学能力，为将来的进一步学术研究打好基础。

1. 课题关键问题及难点：

本设计的课题为六层的混凝土框架结构，要注意做好强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的设计，除此之外，还要注意由于各楼层之间结构内部布置不同带来的抗侧刚度不均匀，这对于抗震设计要格外注意。结构单方向长70m以上，且不设伸缩缝，如此应额外考虑温度应变带来的影响及应对措施。

1. 文献综述（或调研报告）：

框架结构适用于体型较规则、刚度较均匀的建筑物。由于其抗侧刚度通常较差，因此在地震区一般不宜设计较高的框架结构。框架结构应具有必要的抗震承载力、刚度、稳定

性、延性及耗能等方面的性能，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，承受竖向荷载

的主要构件不宜作为主要耗能构件。同一楼层内宜使主要耗能构件屈服以后，其他抗侧力

构件仍处于弹性阶段，使“有约束屈服”阶段保持较长时间，保证结构的延性和抗倒塌能

力。要合理控制框架的塑性铰区。掌握结构的屈服过程以及最后形成的屈服机制。框架结

构抗震设计应遵守强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强压弱拉的原则。框架结构的梁柱节点，，特别是中柱节点在地震反复作用下，梁的纵筋屈服逐渐深人节点核心，产生反复滑移现象，节点刚度退化，使框架梁变形增大，梁端纵向受拉钢筋不能充分发挥作用，降低了梁的后期受弯承载力。因此，必须采取有效措施防止钢筋滑移、混凝土过早的剪切破坏和压碎等脆性破坏。

框架梁是框架和框架结构在地震作用下的主要耗能构件，因此框架梁特别是框架梁的塑性铰区应保证有足够的延性。影响框架梁延性的诸因素有框架梁的剪跨比、截面剪压比、截面配筋率、压区高度比等。按不同抗震等级对上述诸方面有不同的要求，在地震作用下，梁端塑性铰区保护层容易脱落，若框架梁截面宽度过小，则截面损失比例较大。为了对节点核心区提供约束以提高其受剪承载力，框架梁宽度不宜小于框架柱宽度的1/2。狭而高的框架梁截面不利于混凝土的约束，框架梁的塑性发展范围与框架梁的高跨比有关，当框架梁截面的高度与框架梁净跨之比小于4时，在反复受剪作用下交叉斜裂缝将沿框架梁的全跨发展，从而使框架梁的延性及受剪承载力急剧降低。为了改善其性能，可适当加宽框架梁的截面以降低框架梁截面的剪压比，并采取有效配筋方式，如设置交叉斜筋或沿框架梁全长加密箍筋及增设水平腰筋等。

轴压比是影响框架柱抗震设计的破坏形态和变形能力的重要因素。轴压比不同，框架柱将呈现两种破坏形态，即受拉钢筋首先屈服的大偏心受压破坏和混凝土受压区压碎而受拉钢筋未屈服的小偏心受压破坏。框架柱应控制在大偏心受压破坏范围，以保证柱有延性。因此，框架柱抗震设计应根据不同结构体系、抗震等级、剪跨比及截面配筋情况等控制框架柱轴压比限值。利用箍筋可以加强框架柱截面的约束，在三向受压状态下提高柱的混凝土抗压强度

从而降低柱轴压比限值。试验研究表明采用连续矩形复合螺旋箍是一种非常有效的提高柱延性的措施。采用连续复合螺旋箍比一般复合箍可提高柱的极限变形角25%。剪跨比和剪压比是判别框架柱抗震性能的重要指标。剪跨比用于区分变形特征和变形能力剪压比用于限制内力，保证延性。

发生强烈地震时，楼梯是重要的竖向紧急逃生通道，框架结构的楼梯构件、踏步斜板、斜梁在地震作用下将作为斜向构件参加抗侧力工作，使结构整体刚度加大、楼层平面内的刚度分布不均匀，结构整体分析的结果有很大变化，其影响的程度与纯框架的刚度、楼梯数量、楼梯平面位置等情况有关，基本规律是楼梯刚度占纯框架结构刚度的比例越大，则平动周期减少越多，总地震作用加大越多，但对垂直梯板方向影响很小。楼梯布置在一端时，扭转周期明显减小，但扭转位移比明显加大楼梯在楼面的两端对称布置时，扭转周期明显减小，扭转位移比减小较多导楼梯布置在中部时，扭转影响不明显。在地震作用下，楼梯梯板沿梯板方向处于非常复杂的受力状态，承受很大的轴向力及不可忽略的剪力力矩、为拉(压)弯剪复合受力，在平面内尚存在弯矩与扭矩，应按压弯剪构件设计。

基础将上部结构的荷载传给地基，具有承上传下的作用。一方面，基础处于上部结构的荷载和地基反力共同作用下，产生内力另一方面，基础底面的压力又作为地基上的荷载，使地基产生附加应力和变形。因此，在设计基础时，既要保证基础具有足够的强度、刚度和耐久性，又要保证地基的承载力和稳定性，并把地基的变形限制在允许范围之内。因此，基础设计必须包括地基计算，常称为地基基础设计。地基基础设计是建筑物设计的一个重要组成部分。基础的选型、构造尺寸的确定及内力分析，取决于上部荷载情况及地基土层的特性。地基土层是复杂多变的，也就带来了地基基础设计的多样性。进行地基基础设计时，需要综合考虑建筑物的使用要求、上部结构特点和场地的工程地质、水文地质等条件，并结合施工条件及工期、造价等各方面要求，合理选择地基基础方案，因地制宜，精心设计，以保证基础工程安全可靠、经济合理。

PKPM结构系列软件采用人机交互方式，操作简单，功能强大。由PMCAD、PK、TAT、SATWE、」CAD、LTCAD等模块组成。通常对一项民用建筑物的结构计算，将采用如下过程。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其次，通过SA胃陀、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。

1. 方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证：

结构设计使用年限为50年；建筑结构的安全等级为二级；建筑抗震设防类别为乙级；框架抗震等级为二级；地基基础设计等级为乙级；建筑耐火等级为二级。

抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组；水平地震影响系数0.08，特征周期值0.35s；建筑场地类别为Ⅱ类。

钢筋：HRB400。

设计采用多层多块钢筋混凝土框架结构，考虑地震作用。在充分了解建筑图及其房屋使用功能的基础上完成结构布置，多层框架结构楼盖结构平面布置，梁柱截面尺寸和楼板厚度的确定，楼梯结构布置；完成结构的设计计算，抗震计算。

根据结构设计计算内容，整理撰写结构设计计算书。

学习掌握结构设计计算软件PKPM，并采用PK设计软件计算1榀框架结构，并将计算结果与手算的结果进行对照比较。

学会采用AutoCAD绘图软件绘制结构施工图。

翻译相关英文专业文献资料，不少于5000汉字，中文摘要300字左右，英文摘要250个实词左右。

对于框架结构，在结构建筑特点方面：它是由钢筋混凝土梁、柱、节点及基础为主框，加上楼板、填充墙、屋盖组成的结构形式，楼板和横梁连在一起，横梁和柱通过节点连为一体，形成承重结构，将荷载传至基础，力的传递路线比较明确。框架可以是等跨或不等跨的，也可以是层高相同或不完全相同的，有时因房屋布局和空间使用要求等原因，也可能在某层抽柱或某跨抽梁，形成缺梁、缺柱的框架。墙体是填充墙，仅起围护和分隔作用，所以框架结构的最大特点是承重构件与围护构件有明确分工，建筑物的内外墙处理十分灵活，应用范围很广，因此能为建筑提供灵活的使用空间。

在结构受力性能方面：框架结构构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，所以框架结构属于柔性结构，自振周期较长，地震反应较小，经过合理的结构设计可以具有较好的延性性能。

因此，根据框架结构的自身特点，在进行建筑结构设计时，国际上流行采用“三统一”的原则，即“统一柱面、统一层高、统一荷载”的模式设计。在这个总原则的指导下，我在结构选型时主要考虑了以下几个方面的问题：

第一，在体系的选择方面：

1、由于在发生地震时，框架柱首当其冲，一旦出现塑性铰，将危及该柱距范围内的上层建筑，并可能引起相邻柱距范围的上层建筑连续倒塌，所以框架结构不宜采用单跨形式；且纵横两个方向的水平地震作用都由抗侧力构件承担，结构应设计成双向框架体系；

2、框架结构的柱与梁宜上下左右贯通，不宜采用复式框架以及砖混框—剪结构。

3、在填充墙的布置方面：宜采用轻质材料，且应避免形成上、下层刚度变化过大；避免形成短柱；减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。

第二，屋盖及楼盖的选择：

屋面板和楼面板有单向板和双向板，因为本工程柱网分布不规则,板的类型较多，当长跨比大于3时采用双向板，小于3时则采用单向板。

第三，基础的选择：

根据场地工程地质条件、建筑物结构、荷载情况、强度要求等，初步决定本工程采用桩基础，可以采用预制桩，桩长、桩径、桩数视上部情况决定。桩基础施工前，应先试桩。

设计过程中按照“三水准、两阶段”设计方法进行抗震设计：

1、做好“强柱弱梁”的设计

由于框架柱受轴向压力作用，其延性通常比梁的延性小，一旦框架柱先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“柱铰结构”，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

为了防止梁端，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”亦即构件的受剪承载力要大于构件弯曲时实际达到的剪力。

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

由上述可知，在整个毕业设计的过程中，我们要通过运用各种通用图集和设计规范以及国家、地方标准，完成多层建筑的结构选型，结构布置，结构设计及结构图、施工图的绘制。这不仅要求我们有较强文献检索、规范应用、图集观摩、综合应用所学各门专业知识，分析和解决问题的能力，还要具有独立思考、独立设计、创新的精神。此外，在设计中涉及到很多计算机软件，如 Office中的Word、Excel，绘图软件AutoCAD和探索者，结构设计的PKPM等软件，通过对这些软件的应用，更能提高我们对计算机的应用能力，真正达到学以致用，理论与实践相结合的目的。