文 献 综 述

一、混凝土的历史及现状

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。

对于混凝土大家已不陌生，从摩天大楼到地下商场，混凝土已经溶入我们方方面面的生活。它的应用范围也越来越广泛，而钢筋混凝土框架结构已成为中高屋建筑的首选。

二、钢筋混凝土框架结构构成

钢筋混凝土框架是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成的。由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来形成空间结构体系。钢筋混凝土框架结构在地震、风荷载等作用下需设计成延性结构，以便很好地吸收和耗散能量，保证结构具有足够的抵抗变形能力，确保结构安全。高层建筑采用框架结构体系时，框架梁应纵横向布置，形成双向抗侧力构件，使之具有较强的空间整体性，以承受任意方向的侧向力。框架结构具有建筑平面布置灵活、造型活泼等优点，可以形成较大的使用空间，易于满足多功能的使用要求。在结构受力性能方面，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。

三、钢筋混凝土框架现状

钢筋混凝土框架并不是停步不前的，它在日新月异的今天也是在不断的完善和发展。

钢筋混凝土异形柱框架结构是近年来推广使用的一种新型结构体系，其抗震性能一直被人们所关注。研究异形柱框架结构的抗震性能及设计方法，有重要的理论意义和实用价值。目前国内外研究者对异形柱构件抗震性能的试验研究较为深入，对异形柱框架结构的试验研究则相对较少；对异形柱框架结构基于力的设计方法的研究较多，对基于位移的抗震设计方法的研究则尚属空白，而后者代表了未来结构抗震设计的发展方向。

除了钢筋土异形柱框架结构的研究，目前钢管混凝土结构方面的研究也很热门，而钢管混凝土结构的研究多集中于基本构件的力学行为，较好开展钢管混凝土框架结构工作性能的研究。对钢管混凝土框架结构的抗震性能进行试验与理论研究，会对工程产生实践和理论指导意义。钢管混凝土框架结构抗震性能的试验研究,基于现有规范相关规定，设计的钢管混凝土框架在低周反复荷载下能形成梁铰破坏机制。其变形能力、承载能力、延性、耗能能力等受力性能均满足抗震要求。框架模型的有效延性系数达到7.54，远大于一般延性框架延性系数的要求。基于钢管混凝土柱抗弯刚度研究成果，应用”D”值法的基本原理，计算钢管混凝土框架结构的水平侧移，与试验测试值符合较好。

四、钢筋混凝土框架结构特点设计优化及步骤

（一）钢筋混凝土框架结构特点设计优化

1、钢筋混凝土框架结构属于具有多个多余约束的超静定结构，其荷载效应不仅与外荷载大小有关，还与结构构件的材料特征、几何构造特征有关。

2、钢筋混凝土框架结构的分部优化设计，即是在结构整体内力分析完成后，根据梁柱各构件的控制内力进行截面优化设计，确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征和配筋量的优化结果，由此导致原结构的几何特征和荷载特征发生变化，优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各构件控制截面上的控制内力也发生相应变化，据此再进行新一轮的优化设计，因此框架结构的分部优化设计实际上是一个迭代、渐进的寻优过程。计算结果虽不总能等价于整体优化设计结果，但通常能给出工程实用的满意结果。

（二）钢筋混凝土框架结构设计优化步骤

钢筋混凝土框架结构的分部优化设计方法的具体步骤为。

1、初始选型

根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能，分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线，并考虑施工因素，归并框架梁、柱的类型、初选梁柱的几何尺寸。

2、结构分析

按照结构的实际几何构造特征，计算结构所受竖向荷载及水平荷载，对钢筋混凝土结构进行空间内力分析。根据结构分析结果，将截面尺寸相同的构件的控制截面内力，根据其大小进行分类，并确定每一类构件的设计控制内力。

3、截面优化设计

针对每一种梁柱构件的控制内力进行优化设计，得出优化约束条件下的结构几何构造特征和配筋特征的优化设计结果，从而构成新的优化意义上的设计结构。

4、收敛性判断

在工程精度意义上选取一个较小的数值，作为检验结构收敛性的条件，进行收敛性判断。若优化结构与原结构基本一致，则认为优化结构是收敛的，可以转入下一步的可行性判断，否则重新进行结构分析、优化设计。

5、可行性判断

对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理，作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整，直到方案可用为止。

五、钢筋混凝土框架的缺点

上述虽然指出了钢筋混凝土框架的结构以及计算上的优点，但是也有着很多至今还无法克服的缺点。

1、框架节点应力集中显著。

2、不宜建造高层建筑。

3、整体侧向刚度较小，在强烈地震作用下侧向变形较大，容易使填充墙产生裂缝，并引起建筑装修、玻璃幕墙等非结构构件的破坏。不仅地震中危及人身安全和财产损失，而且震后的修复工作和费用也很大。

4、框架节点应力集中显著。

六、结束语

在土木工程的发展过程中，无论是框架还是其它结构，理论是必不可少的，但是实践也是很重要的，工程实践经验常先行于理论，实践常显示出未能预见的新因素，触发新理论的研究和发展。至今不少工程问题的处理，在很大程度上仍然依靠实践经验，这也是这次设计的主要目的：活在当下，展望未来。不但要了解混凝土的历史特点，也要了解框架结构的优势和不足，以及发展的现状和未来趋势。不仅要认真完成这次设计，更要为未来的工作定下方向和目标。

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一、设计依据

1、工程概况

本毕业设计题目为实际工程应用课题。本工程位于江苏省泰州市，为办公楼。实际工程的建筑层数为五层，建筑平面长宽约40.06m#215;20.56m，建筑高度约19.5m。结构形式为3跨框架结构。建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年；建筑场地类别为Ⅰ类，地基基础设计等级为丙级；建筑抗震设防类别为标准设防类（即丙类），抗震设防烈度为7度(基本地震加速度为0.10g)，地震分组为第一组。

底层平面柱网图见附件（可以局部改变柱网）。

2、工程地质资料

(1) 经勘察查明，根据地层的沉积特点和物理力学特性自上而下共可划分为3层，各土层描述如下：

①层：素填土，灰褐色，主要成分为粉质粘土。该层土场地普遍分布，约0.5m厚。

②层：粉质粘土，褐色、褐黄色。该层土场地普遍分布，约5.2m厚。

③层：粉质粘土，棕黄色，坚硬。该层土本次钻探未钻穿。

(2) 基础型式及持力层：本工程采用柱下独立基础；基础持力层位于第2层粉质粘土，地基承载力特征值 fak=270KPa。

(3) 本工程地下水埋深为10米左右，地下水对钢筋混凝土结构不具侵蚀性。

(4) 建筑场地类别：Ⅰ类。

3、施工技术条件

本工程由大型建筑工程公司承建，设备齐全，技术良好。水、电供应由建设单位保证。

4、材料供应

三材及一般材料能按计划及时供应。

5、荷载取值

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012采用。

二、设计内容和要求

根据所提供的实际工程平面柱网图(见附图)，完成主要建筑设计、上部框架结构及基础计算、构件设计、节点构造设计、施工图绘制、施工组织设计等工作。具体如下：

1、建筑部分

根据所提供的总平面图及户型要求，进行建筑设计，并完成相应的建筑施工图绘制。

2、结构部分

(1)进行结构布置，选择构件截面尺寸及材料标号。

(2)对下列结构、构件进行设计计算：

①一榀横向框架：荷载计算（包括地震作用），要求手算；内力分析，其中恒载、地震作用手算，活载（考虑不利布置）、风荷载上机计算；内力组合与梁柱截面设计，需手算底层、标准层和顶层；其余各层由软件计算。

②现浇楼面板：任选一层手算，其余各层软件计算。

③楼梯设计：任选一层楼梯手算，其余软件计算。

④基础设计：完成基础选型、平面布置，基础相应设计计算。

(3)绘制施工图（详细要求见后）。

(4)编写计算说明书，要求如下：

①设计计算书应包括中英文摘要、目录、正文、参考文献、致谢等基本内容，满足毕业设计计算说明书规定要求，层次清楚，表达适当，重点突出；

②详细说明建筑方案依据、建筑设计特点及关键建筑设计参数；

③结构方案依据、构件形式、材料的确定；

④横向框架或支撑框架计算简图、内力计算与组合，结构位移验算；

⑤构件截面设计，典型节点设计，要求画出主要节点构造图（非平法表示），说明有关结构构造；

⑥典型楼梯结构计算设计；

⑦基础计算与设计。

要求进行软件计算结果及与手算结果对照分析，机算内容紧跟相应手算内容，并对结果进行对比分析，其它计算内容不必放到计算书中。

三、研究的方法及步骤

框架是典型的杆件体系，近似计算的方法很多，工程中最实用的是力矩分配法和D值法，前者多用于竖向作用下求解，后者用于水平作用下求解。

这些方法的都是忽略粱、柱轴向变形及剪切变形，认为杆件为等截面（等刚度），以杆件轴线作为框架计算轴线，而且因为在竖向荷载下结构的侧移很小，因此在做竖向荷载下计算时，假定结构无侧移。

结合上述研究内容，采用如下步骤进行。

1．结构平面布置

根据建筑使用功能要求，确定承重框架方向并进行柱、梁、板的布置；结合抗震要求确定结构平面及竖向布置（考虑平面形心与质心位置、高宽比限值、竖向刚度变化等）；确定是否设温度伸缩缝、沉降缝及是否将其作为防震缝等。

2．确定计算简图

估算梁、柱截面尺寸；确定柱计算长度，梁计算跨度；确定梁、柱截面形状；荷载计算包括竖向荷载（恒荷载、活荷载）和水平荷载（风荷载、地震作用）；计算梁、柱线刚度、抗侧刚度、刚度分配系数。

3．选取计算单元（具有代表性的框架），手算一榀承重框架，并用计算机复核。

4．内力计算

竖向荷载作用下的内力计算：恒荷载作用下，采用分层法；活荷载作用下，采用满布方法考虑；水平荷载作用下的内力计算：风荷载及地震作用下均采用修正反弯点法。

5．荷载组合、内力组合

求出各构件控制截面的最不利内力以进行构件的设计。

6．框架梁、柱截面设计

结合构造要求，由控制截面的控制内力进行构件的截面设计；按 ”强节点”要求验算节点承载力；正确给出节点区的钢筋锚固与接长长度。

7．抗震变形验算

进行风载及地震作用下的框架侧移限值验算；利用计算机分析结果，校核手算平面框架计算结果。

8．利用PMCAD程序建立结构平面，通过TAT8、SAT8程序进行结构空间分析。

9．采用TAT8、SAT8软件计算结构内力、配筋，进行施工图绘制（平法）。

10．楼梯的设计计算（选择一部楼梯进行设计计算）。

11．独立基础设计

确定基础底面尺寸、基础高度，进行抗冲切验算、抗弯计算，确定基础配筋。

在整个毕业设计的过程中，需要运用理性知识去把握整个建筑的处理，这其中就包括建筑外观和结构两个方面。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，结构设计及建筑图、结构图、施工图的绘制。这不仅要有较强文献检索、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 和天正，结构计算的 PKPM 及等软件，通过对这些软件的应用，更能提高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。