多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)步驟*

李雪平 楊林青 余思平

(廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院，廣東 廣州 510540)

畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)完本科培養(yǎng)計(jì)劃所規(guī)定的公共基礎(chǔ)課。專業(yè)基礎(chǔ)課以及各類必修和選修的專業(yè)方向課之后，按照教學(xué)大綱的要求，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，針對(duì)某一課題，綜合運(yùn)用已學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，并結(jié)合實(shí)際，獨(dú)立系統(tǒng)地完成一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，初步掌握工程設(shè)計(jì)的全過(guò)程，從而達(dá)到分析、應(yīng)對(duì)、處理和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

畢業(yè)設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)學(xué)生已學(xué)知識(shí)是否全面，系統(tǒng)地應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)中去的過(guò)程，是檢驗(yàn)學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)的深度、寬度和廣度的過(guò)程，是檢驗(yàn)學(xué)生本科階段專業(yè)水平，運(yùn)用理論結(jié)合實(shí)際去處理并解決問(wèn)題的過(guò)程，是檢驗(yàn)學(xué)生設(shè)計(jì)水平、外語(yǔ)水平、計(jì)算機(jī)運(yùn)用水平、文字表達(dá)能力的過(guò)程，也是評(píng)定學(xué)生畢業(yè)成績(jī)和學(xué)位資格的重要依據(jù)。

作為土木工程專業(yè)的學(xué)生，以我們天河學(xué)院為例，其畢業(yè)設(shè)計(jì)課題主要有以下8個(gè)方向：①框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、②高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、③結(jié)構(gòu)檢測(cè)與加固分析、④邊坡設(shè)計(jì)及施工方案、⑤施工組織設(shè)計(jì)、⑥專項(xiàng)施工方案、⑦科研論文(含專題調(diào)研報(bào)告)、⑧鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架設(shè)計(jì)，每個(gè)學(xué)生可自由選擇自己喜歡并擅長(zhǎng)的方向作為其畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，作為畢業(yè)后對(duì)應(yīng)工作的一次鍛煉與過(guò)渡。但由于前期專業(yè)基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，在做整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)比較盲目，過(guò)度“依葫蘆畫(huà)瓢”，或雖然有一定的基本功，但是也很難做到將所有相關(guān)專業(yè)知識(shí)連貫歸并起來(lái)，另外，查閱文獻(xiàn)和相關(guān)規(guī)范的能力也比較薄弱。為了讓學(xué)生在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，能更好的找到方向感，“臨危不亂”，思路明確，條理清晰，本文僅從框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一課題出發(fā)，以多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)說(shuō)明了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟和流程，讓學(xué)生把控做整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的主線，從而幫助其順利有效的進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要流程

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括整個(gè)建筑物和各個(gè)局部的具體做法，各部分確切的尺寸關(guān)系。結(jié)構(gòu)方案的計(jì)算和具體內(nèi)容，各種構(gòu)造和用料的確定等等，即上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)。一般可分為三個(gè)階段：方案階段、結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。現(xiàn)具體介紹如下：

(一)方案階段

就是確定結(jié)構(gòu)的承重體系方案階段，包括基礎(chǔ)部分。這也是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前期工作。首先，學(xué)生需要熟悉畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，這是進(jìn)行設(shè)計(jì)的一個(gè)前提，通過(guò)仔細(xì)閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，明確其對(duì)結(jié)構(gòu)的要求以達(dá)到建筑要表達(dá)的效果。不同用途的建筑有不同的功能要求，這往往對(duì)房屋的跨度、凈空、柱距有相應(yīng)的要求，對(duì)梁、柱的截面需加以控制。如臨街住宅底層是否需要大開(kāi)間用于車庫(kù)或商店等；住宅建筑上下層廁所、樓梯間、電梯井要對(duì)齊；為滿足住戶能自由改造室內(nèi)布局，現(xiàn)在住宅更多的采用框架結(jié)構(gòu)非承重墻，而不是磚混結(jié)構(gòu)承重體系；公共建筑往往需要布置較大的空間，因而底層層高通常較大，跨度比較大，大廳中央不能設(shè)置柱子等。其次，需要掌握擬建場(chǎng)地的相關(guān)資料。建筑場(chǎng)地的地質(zhì)情況是房屋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，能幫助我們正確合理的選擇基礎(chǔ)的類型，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為可靠并且經(jīng)濟(jì)合理。另外，還要明確建筑物所在地的設(shè)防烈度、建筑物的分類和結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，從而確定該建筑物的抗震設(shè)防要求。地震作用作為建筑結(jié)構(gòu)承受的主要荷載之一，具有很大的隨機(jī)性和不確定性，其巨大的破壞力會(huì)給人們的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的損失。不同地區(qū)有不同的地震烈度，因而有不同的抗震設(shè)防烈度，建筑物的使用性質(zhì)不同，地震破壞造成的后果也不相同，因而其抗震設(shè)防的要求也不一樣，應(yīng)根據(jù)破壞后果的嚴(yán)重程度加以區(qū)別對(duì)待。建筑物的抗震等級(jí)不同，結(jié)構(gòu)的建造高度、內(nèi)力調(diào)整(框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件、柱根彎矩等)、柱軸壓比和配筋要求(框架柱最小配筋率、柱端箍筋加密區(qū)、剪力墻約束邊緣構(gòu)件等)等都不一樣。最后，需要熟悉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)就是設(shè)計(jì)規(guī)范，它是國(guó)家建筑方針和技術(shù)政策在本專業(yè)工作中的具體體現(xiàn)，具有一定的法律效應(yīng)，必須嚴(yán)格遵守并執(zhí)行。一般來(lái)說(shuō)，在土木工程專業(yè)的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》等以及其它與之相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)圖集和計(jì)算手冊(cè)。由于該行業(yè)發(fā)展比較快，各規(guī)范也會(huì)隨之修訂、更新，我們?cè)谧鲈O(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必要使用最新版本。作為即將畢業(yè)的土木工程專業(yè)畢業(yè)生，應(yīng)了解熟悉并學(xué)會(huì)使用各種規(guī)范，養(yǎng)成以規(guī)范指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意識(shí)，這對(duì)將來(lái)走上相應(yīng)的工作崗位也是有很大幫助的。

(二)結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算階段

即根據(jù)已確定的結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件截面尺寸和材料性能等，確定合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖和分析方法。對(duì)于多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要學(xué)生選取一榀框架進(jìn)行手算出計(jì)算書(shū)，作為畢業(yè)答辯和上交的成果之一。主要包括以下內(nèi)容：①確定承重構(gòu)件尺寸：梁板按跨高(厚)比經(jīng)驗(yàn)值初步估取，柱按軸壓比限值初步估取，并同時(shí)滿足規(guī)范規(guī)定的最小值；②進(jìn)行荷載(作用)的計(jì)算，根據(jù)相關(guān)規(guī)范、對(duì)建筑構(gòu)件各構(gòu)造做法進(jìn)行計(jì)算，包括恒荷載(承重構(gòu)件如梁、板、柱和非承重構(gòu)件如墻體、門(mén)窗等)、樓面活荷載、風(fēng)荷載和地震作用，從而得到選取的一榀框架的受荷計(jì)算簡(jiǎn)圖；③內(nèi)力分析與計(jì)算：根據(jù)前面確定好的截面尺寸和一榀框架的受荷計(jì)算簡(jiǎn)圖，豎向荷載作用下采用彎矩二次分配法、分層法以及取隔離體法、水平荷載(作用)下采用D值法以及取隔離體法進(jìn)行桿件的內(nèi)力計(jì)算，包括M、N、V，也可以借助結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進(jìn)行輔助計(jì)算并核對(duì)結(jié)果；④變形驗(yàn)算：根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力驗(yàn)算變形(水平側(cè)移等)是否滿足正常使用極限狀態(tài)的要求，若不滿足，需要調(diào)整構(gòu)件的截面尺寸或結(jié)構(gòu)布置直到滿足要求為止；⑤內(nèi)力組合：在滿足變形驗(yàn)算的前提下，根據(jù)荷載及作用效應(yīng)組合原則進(jìn)行不同工況下(包括有震參與和無(wú)震參與)的內(nèi)力組合計(jì)算，求解構(gòu)件的內(nèi)力最不利設(shè)計(jì)值，包括跨中最大正彎矩、支座最大負(fù)彎矩及支座最大剪力；⑥構(gòu)件截面設(shè)計(jì)：主要是對(duì)承重構(gòu)件進(jìn)行截面配筋，并驗(yàn)算前期初步估取的截面尺寸是否合理等，如不滿足要求，需要進(jìn)行調(diào)整直到滿足要求。

(三)施工圖設(shè)計(jì)階段

即將結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算后的結(jié)果，經(jīng)調(diào)整、歸并，用具體的圖形和文字說(shuō)明表達(dá)出來(lái)，形成具體的結(jié)構(gòu)施工圖，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說(shuō)明、基礎(chǔ)平面布置圖及基礎(chǔ)詳圖、各層結(jié)構(gòu)平面圖、各構(gòu)件配筋詳圖、樓梯結(jié)構(gòu)詳圖，節(jié)點(diǎn)大樣圖等，這就需要學(xué)生必須具備一定的繪圖能力，和PKPM等相關(guān)軟件的操作能力。

在做畢設(shè)期間，需要用到的前期專業(yè)課包括：結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)基本原理、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高層建筑結(jié)構(gòu)與抗震設(shè)計(jì)、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程等。所以，學(xué)生在做畢業(yè)設(shè)計(jì)之前最好是把書(shū)中涉及到的與之相關(guān)的專業(yè)知識(shí)先進(jìn)行復(fù)習(xí)和梳理，這樣，做起來(lái)才更得心應(yīng)手。

二、結(jié)語(yǔ)

畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在畢業(yè)離校之前必須完成的一項(xiàng)培養(yǎng)任務(wù)，本文旨在給土木工程專業(yè)本科畢業(yè)生框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一課題指明方向，讓學(xué)生能把控整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主線，從而更明確更有效地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，然后走上其工作崗位。