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毕业设计（论文）开题报告一、选题的背景与意义：改革开放30多年以来，我国建筑业得到了高速的发展，城市建设、村镇建设、住宅建设等规模不断扩大，建筑业已逐渐成为我国经济发展的支柱产业。建筑业完成了一系列全球瞩目的重大工程，代表工程有：结构造型复杂、科技含量高、使用要求高、设计理念超前、施工工艺复杂的北京奥运会工程；众多富有创意、充分演绎“城市，让生活更美好”主题的上海世博会工程；世界上最长的跨海大桥杭州湾大桥等。新一届政府在2010年提出了实现我国新型城镇化的战略，又为我国建筑业未来50年的发展奠定了良好的政策基础。但同时我国建筑业也面临着高耗能、高污染的现状，与节能环保的时代主题难以协同。我国的粗钢产量在2012年更是达到了7.17亿吨，存在着严重的产能过剩。而钢结构建筑这一在国外有上百年历史，在我国则刚刚兴起的建筑形式很好的解决了上面两个行业面临的囧境，有着广阔的发展前景。钢结构以其强度高、自重轻、抗震性能好、工业化程度高、施工周期短、节能环保等特点很好的吻合了现代的时代主题，必将成为我国新型城镇化建设的中坚力量。本科毕业设计是大学四年教学过程最后阶段的实践教学阶段，是本科教育的重要组成部分，是学生总结所学知识并加以综合应用的重要一环。土木工程本科毕业设计是一个工科学生把自己所学综合应用，为即将步入社会的实践阶段做的综合性的基础练习。毕业设计综合了大学期间的三大力学、地基与基础、混凝土结构、荷载、设计规范等的内容，并加以应用，从而有效提高大学毕业生的综合理论实践能力。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：本毕业设计基本内容及拟解决的主要问题有用PKPM对主框架结构设计、用MST对钢桁架（钢网架）屋盖进行设计、手工计算其中两榀框架结构并与电算结果校对、施工图绘制等。1、MST进行钢网架（钢网壳）屋盖设计我国目前用于钢结构设计的软件主要有：中国建筑科学研究院的PKPM系列软件（STS）、同济大学的3D3S系列空间钢结构软件、同济大学MTS系列钢结构软件、同济大学STRAT系列有限元建筑通用设计软件、中国冶建总院SS2000、PS2000系列钢结构软件。而其中又以PKPM、3D3S、MTS三种软件用户最多。主要用于网架和网壳工程结构设计的专业软件有：由浙江大学空间结构研究所开发的MSTCAD系列软件、由中国建筑1科学研究院开发的MSGS系列软件、由北京云光设计咨询中心开发SFCAD系列软件。其中又属MSTCAD软件有相对完善的升级系统和广大的用户群体，因此，我们此次采用MSTCAD系列软件进行设计钢架（钢网壳）。MSTCAD软件功能强大，其具有CAD前处理、图形处理、杆件优化设计、球节点设计、绘制施工图和机械加工图等大型模块。可方便建立各种网架模型，包括几何参数方程形成的空间曲面，建模可由CAD三维模型DXF格式导入，可自动分层，可通过上弦层自动生成腹杆层以及下弦层。1.1、CAD前处理模块MSTCAD提供20多种空间网格结构的基本形式,包括二层网架、三层网架、球壳圆柱壳等,并提供了50多项菜单命令,包括图形显示类、修改类、图形编辑类及文件操作和图形绘制等。1.2、分析计算模块分析计算主要是指有限元分析及满应力设计,包括结构静动力分析、荷载组合分析、吊车荷载分析等,并可进行结构验算。1.3、结果显示模块MSTCAD以图形方式显示计算结果,并可输出结构结果图形。结果显示的内容有:杆件配置和杆件尺寸显示、球节点设计及配置显示、节点位移显示、支座反力显示等。1.4、施工图生成绘制模块MSTCAD能根据结构平面尺寸、对称性、层数等情况,自动按1:100比例、Al图幅排版,以方块图形显示在图纸的相应的位置,用户也可视具体情况非常方便而直观地对每一图块进行移动、删除、变换页码等处理。1.5、加工图生成绘制模块翻样工作中最主要的是螺栓球的螺孔角度计算。MSTCAD可根据不同的结构体形,选取切平面作为基准面,法线方向为基准孔方向。加工图内容包括:结构平、剖面图,各弦层、腹层杆件配置和球节点配置图,杆件长度、数量、重量明细表,高强螺栓、锥头、封板、套筒、销钉明细表,球节点规格、数量、重量、劈面量、工艺螺孔明细表等。MSTCAD能进行一般内力分析、温度应力分析、吊车荷载、移动荷载分析、结构模态分析、地震效应分析，能考虑风振系数，截面库中可定义多种截面类型，可对其他非钢管截面空间结构进行分析，可能上部网架结构以及下部支撑体结构进行整体分析；后处2后处理中有多种基准孔定位方式以及曲面基准孔自动拟合方式，有多种网架配件库可供用户选择；后处理出图可选择施工图类型及加工图类型。用MSTCAD进行网架设计的过程是其各个模块依次发生作用的过程，其主要过程是：建立工程名称→CAD前处理（几何图形、荷载、约束等输入）→结构分析计算（杆件截面设计、验算）→结果显示、球节点设计→生成施工图→生成加工图。2、手工计算手工计算校对主要是为了加强对结构设计的理解，更加熟练应用理论知识和建筑概念设计。其主要步骤有：结构选型（为框架结构）、布置柱网、截面选择、确定计算简图、荷载计算、荷载组合、内力分析、截面优化、基础设计、楼梯设计等。2.1、布置柱网根据已有的建筑图和建筑使用功能确定合理的柱网间距。目前，民用建筑常用的柱网可划分为小柱网和大柱网两类。小柱网一般指一个开间为一个柱距，柱距一般为3.3m、3.6m、4.0m等；大柱网指两个开间为一个柱距，柱距通常为6.0m、6.6m、7.2m、7.5m等。常用跨度进深有4.8m、5.4m、6.0m、6.6m、7.2m、7.5m等。2.2、梁柱截面选择框架梁、柱截面尺寸应当根据构件承载力、刚度及延性要求确定。设计时通常参照以往经验初步选定截面尺寸再进行验算。框架梁截面高度一般设计为其计算跨步的十八分之一到十分之一，主梁截面宽度为其高度的三分之一到二分之一。柱截面刚根据其轴压比来确定，并乘以一定的放大系数。除此之外，均需满足构造要求。2.3、确定计算简图框架结构是一个由横向框架和纵向框架组成的空间结构，但对平面布置和竖向布置比较规则的框架结构，则可简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析。因此，设计中选取有代表性的纵横向框架各一榀，来计算其竖向荷载和水平荷载。计算简图的梁的跨度取其框架柱轴线距，柱的计算高除底层外取各层层高。2.4、荷载计算框架结构的荷载主要考虑水平荷载和竖向荷载的影响，其高主要荷载有楼屋面恒载和活载、构件自重、风载、地震作用等，各荷载取值均可按荷载设计规范规定取值。2.5、内力分析3对于竖向荷载采用分层法来进行荷载内力分析，将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱；对于水平荷载则采用D值法，框架结构在风荷载和水平地震作用下，可以简化为框架受节点水平力的作用，此时框架的侧移是主要的变形因素。2.6、内力组合荷载组合主要考虑承载能力极限分析和正常使用阶段分析的组合方法。承载力极限分析组和主要考虑以永久荷载为主的组合还是以可变作用为主的组合，两者取其中大者；正常使用阶段分析则主要用于裂缝，挠度等的控制，有相应的组合方法。2.7、截面设计对设计计算结构进行优化配筋，通过选取相对较高强度的混凝土或配更多的钢筋等方法来减小混凝土柱或者梁的截面尺寸。另一方面则比照规范对结构构件的各种构造要求，来核对计算结果是否符合要求。2.8、其它构件设计其它构件，比如楼梯、阳台、雨棚等的设计则一般按照其受力特性，选择合理的力学简化模型计算其内力。楼梯一般分为板式楼梯和梁式楼梯，其受力一般按简支梁或简支板来考虑。阳台、雨棚则按悬挑梁或悬挑板来设计计算。3、PKPM进行主框架结构设计PKPM结构系列软件是由中国建筑科学研究院开发研制的一套优秀软件产品，可用于建筑结构的建模、计算、绘图等，是国内建筑行业应用最为广泛的一套软件。其主要由PMCAD、PK、TAT、SATWE、JCCAD、LTCAD等模块组成。本次电算设计过程主要是：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并施加荷载；其次，通过SATWE（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。电算设计计算过程中，需要控制的主要参数有：周期比、剪重比、位移比、刚度比、层间受剪承载力比、刚重比、轴压比等。其控制参数的具体含义及控制范围主要参考《混凝土设计规范》、《抗震设计规范》、《高层结构设计规范》等相关条款。4、施工图绘制施工图是设计人员和施工人员交流的最终中介，前述的设计计算的最终成果就是施工图4因此，施工图设计将对我们的最终设计成果的好坏起很大的关键作用。施工图设计主要参照国家最新混凝土结构设计图集，并严格按照国家设计规范来进行设计，采用平法图。最终将完成以下几幅图：三、研究方法与技术路线：在做设计之前，我们应安排好自己的进度计划,有了合理的进度安排才能在这剩余的时间中做到事倍功半。1、MST进行钢桁架（钢网架）屋盖设计主要技术路线：建立工程名称→CAD前处理（几何图形、荷载、约束等输入）→结构分析计算（杆件截面设计、验算）→结果显示、球节点设计→生成施工图→生成加工图。2、手工计算校对主要技术路线：结构选型→布置柱网→截面选择→确定计算简图→荷载计算→荷载组合→内力分析→截面优化→基础设计→楼梯设计。类别图纸内容图纸数量图纸数量屋盖设计图纸目录A31设计说明书A31（网架）总平面图A21（网架）上弦、下弦和腹杆平面图A23（网架）杆件、节点配件明细表A22节点加工图A21结构结构设计图纸目录A31结构设计说明书A31基础图（平面、剖面）A2≥2结构平面布置图A2≥2框架（或剪力墙结构）配筋图A2≥1楼梯结构详图A21梁板结构详图A2≥253、PKPM进行主框架结构设计主要技术路线：关键参数确定→模型建→建立荷载→计算结果主要参数控制校核→截面配筋计算→基础配筋计算→楼梯结构设计→地基基础设计。4、施工图绘制主要技术路线：用MSTCAD软件自行生成屋面网架施工图，用PKPM软件导出CAD图纸，并在CAD软件中进行细化设计。采用平法制图，参照国家建筑标准设计图集设计出十五张左右的施工图。四、研究的总体安排与进度：第一～二周布置任务、收集借阅相关资料，完成英文翻译、开题报告、文献综述（第七学期）。第三～四周完成钢屋盖设计（第八学期第1~2周）第五～七周完成1榀框架内力、配筋计算（第八学期第3~5周）第八周完成基础、楼梯内力计算、配筋计算（第八学期第6周）第九～十周完成PKPM计算分析（第八学期第7~8周）第十一～十二周施工图绘制及修改（第八学期9~10周）6五、主要参考文献：【1】、陈联盟.设计任务书【2】、顾勇新.中国建筑业现状及发展趋势[J].中国建筑学会.2012,49-52【3】、马斌.钢结构行业市场调研报告分析[J].重点观注.2012【4】、李星荣、王柱宏.PKPM结构系列软件[M].第四版.机械工业出版社【5】、沈蒲生.混凝土结构设计[M].第一版.高等教育出版社【6】、白国良、王毅红.混凝土结构设计[M].第一版.武汉理工大学出版社【7】、罗尧治、董石麟.空间网格结构微机设计软件MSTCAD的开发[J].空间结构.1990,1【8】、孔庆平、刘庆广、吕明涛.空间网格结构分析设计软件MSTCAD的应用[J].治金标准化与质量2005,43【9】、杜文风、张慧.空间结构[M].第一版北京中国电力出版社【10】、李星荣.钢结构工程施工图实例图集[M].第一版.北京机械工业出版社【11】、李国胜.混凝土结构设计及实例[M].第二版.中国建筑工业出版社【12】、汪建环、郭常军.网架设计应注意的几个问题[J].工程建筑.2006,79-85【13】、王艳巍、李霞、李中华.有限元分析在钢网架屋盖结构设计中的应用研究[J].铁道工程学报.2007,6【14】、JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].北京.中国建筑工业出版社.2008【15】、GB50068-2001.建筑结构可靠度设计统一标准[S].北京.中国建筑工业出