某八层钢结构住宅设计【文献综述】

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毕业论文文献综述土木工程某八层钢结构住宅设计摘要：钢结构的设计优点和施工技术的逐步发展，以及地震作用，节能环保的角度出发，钢结构建筑得到国内外的普遍认可，在整个建筑市场起到越来越重要的地位。钢结构设计方法基本成熟，工业化、周期短、造价低，成为未来发展的主要趋势。通过这一毕业设计，对理论知识的实际性运用以及对规范的理解，为今后的工作提供一个训练平台。关键词：钢结构框架体系特点设计方法发展动向主要内容：随着社会的发展，我国钢产量的迅猛增长，钢结构建筑是未来的主要发展趋势之一。钢结构框架用于住宅建筑，可以充分发挥钢结构延性好，塑性可变性能力强，具有良好的抗震性能等优点，大大提高了住宅的安全性。钢结构住宅与传统的砖混结构和钢筋混凝土结构住宅相比，能更好的满足建筑大开间、灵活分割的要求，可以提高使用面积率。[2]世界各地的钢结构建筑发展很快，应用很多。多层框架钢结构体系，主要由柱与梁以及与此有关的楼盖结构、支撑结构、墙板或墙架结构等组成。在合理的高度和层数的情况下，框架结构体系能够提供较大的建筑空间，其平面布置灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求。[3]。框架体系设计可以分为四个阶段：一是方案设计，二是结构设计，三是构件设计，四是施工图绘制。结构分析和构件设计是结构设计中计算阶段，现已电算化，常采用PKPM建模计算。但结构的计算不能代替构件的计算。良好的结构设计重要前提，应该是合理组织和综合解决结构的传力系统、传力方式，良好的结构方案是良好结构设计的重要前提。[4]。1.钢结构特点钢结构是指用钢板和热扎、冷弯或焊接型材通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的结构形式。材料匀质性和各向同性好，属理想弹塑性体，最符合一般工程力学的基本假定.钢结构体系具有自重轻、工厂化制造、安装快捷、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势。但耐火性和耐腐蚀性较差，应有良好的防火和防腐措施。[9]2.钢结构框架体系设计方法综述钢结构设计的目的是做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。[5]这些要求都必须在钢结构不发生破坏的情况下才能做到。1）钢结构强度 钢材虽然具有较好塑性性能，仍存在脆性破坏的可能，在平均应力小于屈服点fy下发生，没有任何的预兆，像这类破坏在20世纪40年代的建造船舶中已有200多艘，现已采用断裂力学分析方法。塑性破坏，采用极限破坏设计法，由于其延性较好，在超静定结构中，考虑内力塑性重分布。[6]从力学观点分析，钢材的塑性破坏是由于剪应力超过晶粒抗剪能力而产生，而脆性破坏是由于拉应力超过晶粒抗拉能力而产生，故若剪应力先超过晶粒康健能力，则发生塑性破坏；反之，则脆性破坏。钢材的疲劳破坏是在连续反复荷载作用下，应力还低于极限强度，甚至还低于屈服点发生破坏。由于钢材内部结构不均匀（微小缺陷）和应力不均引起。在设计中根据疲劳破坏循环次数，采用应力比和应力幅来控制。损伤累积破坏是在工程中总会受到各种不利因素，如老化、锈蚀、地震，使结构某一部分发生损伤，如果继续使用随着时间增长，结构的损伤不断积累而导致破坏。这里主要研究弹塑性损伤和低周（n<104）疲劳损伤，采用损伤变量D来设计。[1]钢材的强度受其组成的化学成分影响，以及生产过程、时效、冷作硬化、温度、应力集中等综合因素的影响，设计应给予全面的考虑。2）钢结构稳定钢结构除上述破坏外，还有由体系本身所引起的稳定破坏，包括整体失稳和局部失稳。结构整体失稳破坏是指结构所承受的外荷载尚未达到按强度计算得到的结构强度破坏荷载时，结构已不能承担并产生较大的变形，整个结构偏离原来的平衡位置而倒塌。[8]失稳破坏是钢结构的主要破坏形式，必须予以重视。失稳的类别分为：一是欧拉屈曲，最早由欧拉提出并加以研究，即第一类失稳；而是极值型失稳，即第二类稳定，这两种是最主要的失稳形式，区别在于失稳时的结构状态与初始的平衡状态是否发生改变。整体稳定因截面形式不同和受力状态的不同可以有各种形式，如轴心受压构件，可以有弯曲失稳、扭转失稳和弯扭失稳等，应予以全面考虑。在实际工程设计中，采用受压构件稳定系数来控制，与构件的计算长度（设支撑减小计算长度）和截面形式有关；整体稳定的平面外稳定问题也应充分考虑。[10]结构和构件局部失稳是指结构和构件在保持整体稳定的条件下，结构中的局部构件中的板件已不能承受外荷载的作用而失去稳定。局部与整体相关稳定问题中，在工程中存在不同的观点，针对是否利用局部稳定后的屈服后强度。在设计规范中，为适宜设计的方便，采用局部构件的宽厚比来控制其失稳问题。3）钢结构的刚度 刚度是指材料、构件和结构抵抗变形的能力。钢结构的刚度即结构在水平荷载作用下的侧移的大小，应满足设计规范的要求。由下面两部分叠加而成，第一部分由梁柱杆件的弯曲变形引起，实腹型构件忽略梁柱杆件剪切变形及轴向变形，可由D值法计算这部分侧移；第二部分由柱轴向变形引起，其对内力影响较少，但对侧移影响较大，随层数逐渐增多，这部分变形占总侧移比例加大[2]。若不满足要求，则设计柱间支撑、剪力墙等。构件也要满足刚度要求，验算在正常使用极限状态下的挠度，若不满足，要对构件选型进行合理的调整。在计算侧移时，柱子的受力是按柱子侧移刚度进行分配的。[8]4）节点设计节点连接是保证钢结构安全的重要部位，对结构受力有着重要影响。大量的地震资料表明，许多钢结构都是由于节点首先破坏而导致建筑物整体破坏，因此节点设计是整个设计工作的重要环节[2]。节点是杆件连接部位，受力情况复杂，特别是易于产生局部变形和应力集中现象，它的性能不能简单地按照弹性理论予以理解，而应以弹塑性理论为基础并结合试验研究进行分析，以确定其承载力和变形能力，从而得出可供设计使用的实用计算方法和构造做法。[7]可见，钢结构框架体系设计是十分重要的一项工作，设计的科学性对框架结构设计的经济性、安全性和可靠性都有着十分重大的意义。3.钢结构的发展动向和趋势上世纪90年代，美国的民用住宅采用钢结构的约为5%，目前已经超过35%。而现在我国的钢结构技术大多应用于高层公共建筑和商用建筑上，在住宅建筑应用不够广泛。这次汶川地震之后，建筑专家们表示：应该思考未来的住宅建筑如何发展，如何在住宅中普及钢结构建筑。鸟巢、水立方的兴建深入人心，各地的厂房建设现在基本都是钢结构，也有一些大的钢结构公司开始向钢结构住宅方向发展了。由于钢结构的建筑周期、自重、抗震都有很大优势，而且造价相应降低。现在，在一些大城市，政府为了保护环境，节约能源，禁止使用砖；而钢结构既不会污染环境，又能实现住宅的多样化，具有极大的发展空间。[11]4.设计意义和目的毕业设计是大学四年专业知识一个总结性的教学环节，是我们融汇所学理论知识和专业素能并运用到解决实际工程问题的过程。通过本设计，使我们更好的掌握多层钢结构框架体系设计原理、结构受力特点和内力分析的方法。通过这一总结性的教学环节，可以培养我们正确的理论联系实际的学习方法，严谨的科学态度。在指导老师的指导下，要求我们独立系统的完成一项工程设计.，解决与之有关的具体问题，熟悉相关设计规范手册、标准图集和工程实践中常用方法，综合性较强的训练。毕业设计对于培养我们初步的科学研究能力，提高我们综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。 在完成本次毕业设计过程中，我们需要综合性的把握整个建筑的处理，包括建筑和结构两方面。多关注我们这行业在国内外的发展动向和趋势，同时积极独立的完成本次毕业设计也是为今后实际工作作出必要的准备。参考文献：[1]沈祖炎，陈扬骥，陈以一.钢结构设计原理[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.[2]王新堂.钢结构设计[M].上海：同济大学出版，2005.[3]中华人民共和国国家标准.GB/T50001-2001房屋建筑制图统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.[4]中华人民共和国国家标准.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.[5]中华人民共和国国家标准.GB50009-2001建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.[6]王松岩，焦红．钢结构设计与应用实例[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.[7]朱海宁，王东，赵瑜．轻型钢结构建筑构造设计[M].南京：东南大学出版社，2003.[8]《钢结构设计计算示例》编制委员会．钢结构设计计算示例[M].北京：中国计划出版社，2007.[9]XintangWang,XuejiaoWang.AnalyticalFormulaoftheCharacteristicsoftheTopandSeatAngleConnectionunderHighTemperatureinFire[M].Proceedingofthe1OthInternationalSymposiumonStructuralEngineeringforYoungExperts,2008.[10]WangXintang．GeneralizedModelofBucklingLoadofOne-storySteelFrameswithSemi-rigidJoints[M].ADVANCESINSTRUCTURALENGINEERING-theoryandapplications,2006.[11]《小康住宅建筑结构体系成套技术指南》编委会.小康住宅建筑结构体系成套技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.