關(guān)于工程設計的開(kāi)題報告

　　一、 畢業(yè)設計(論文)課題來(lái)源、類(lèi)型

　　課題來(lái)源：來(lái)自生產(chǎn)實(shí)踐

　　類(lèi)型：工程設計

　　二、 選題的目的及意義

　　本課題是設計咸陽(yáng)邁維爾膠管有限公司輕型門(mén)式剛架廠(chǎng)房，選定采用門(mén)式剛架結構形式。本次設計培養我正確的設計思路、嚴謹的設計態(tài)度、掌握基本的設計方法（結合PKPM鋼結構設計軟件及力學(xué)求解器的學(xué)習），會(huì )使用各種現行規范標準，通過(guò)實(shí)際設計操作可以更好地貫徹、理解和應用各種規范標準，力求設計既經(jīng)濟又合理；通過(guò)解決具有一定復雜程度的實(shí)際制造問(wèn)題，可以更好的理解設計的合理性，應綜合考慮各種因素對整個(gè)結構生產(chǎn)安裝的后續影響。

　　通過(guò)完成本次設計，了解我國鋼結構廠(chǎng)房的發(fā)展現狀、發(fā)展水平以及發(fā)展方向。熟悉有關(guān)鋼結構設計的規范，并熟練掌握各種規范和文獻的查詢(xún)方法。將在大學(xué)期間所學(xué)的專(zhuān)業(yè)理論知識進(jìn)行歸納總結，并應用到實(shí)際的工程問(wèn)題的處理中，為日后在學(xué)習、工作中打下堅實(shí)的基礎。

　　三、 本課題在國內外的研究狀況及發(fā)展趨勢

　　3.1 文獻綜述（相關(guān)課題國內外研究的現狀）

　　門(mén)式剛架輕型結構體系開(kāi)始于美國。由于門(mén)式剛架輕鋼結構具有許多其他結構不具有的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)經(jīng)濟效益好，使其得到了廣泛的應用。在初期，這種結構被用于庫房等簡(jiǎn)易房屋。20世紀60年代在國外由于各種彩色鋼板和H型鋼和冷彎型鋼的出現推動(dòng)了門(mén)式剛架輕鋼結構的快速發(fā)展。

　　輕型門(mén)式剛架結構在我國的應用大約始于20世紀80年代初期。近十多年來(lái)，隨著(zhù)我國鋼材產(chǎn)量的增加和焊接H型鋼的出現，壓型鋼板、冷彎薄壁型鋼、H型鋼的大批量生產(chǎn)，特別是《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結構技術(shù)規程》(CECS1 02:98 )的頒布實(shí)施，輕型門(mén)式剛架結構得到迅速的發(fā)展。目前國內每年有上千萬(wàn)平方米的輕鋼建筑工程，主要用于輕型的廠(chǎng)房、倉庫、體育館、展覽廳及活動(dòng)房屋、加層建筑等。

　　3.2 國內外研究現狀

　　國外的門(mén)式剛架體系已經(jīng)進(jìn)入了設計、分析、出圖程序化（如大型通用化設計軟件包Loseke Building System Software）、構件加工、安裝施工、經(jīng)營(yíng)管理一體化流程的時(shí)代。同時(shí)在建造方面也發(fā)生了變化。業(yè)主不是帶圖紙委托加工，而是向承包商定購某種輕型鋼結構房屋，承包商在規定時(shí)間內按業(yè)主要求按質(zhì)建成并交付使用。而且很多公司都有自己的系列，以商品的形式交付使用。門(mén)式剛架鋼結構體系已經(jīng)普及到了各個(gè)領(lǐng)域內。日本工程界目前正就主剛架在地震力作用時(shí)保有水平耐力(即構件達到塑性階段時(shí)的承載力)所需的Ds值的取法(Ds為地震空間結構分維，反映地震空間結構的相似性)，大斷面Z型冷彎薄壁型鋼檁條及墻梁、高強度螺栓在橢圓孔處的受力狀態(tài)等幾個(gè)方面進(jìn)行研究。

　　現今我國已建成的門(mén)式剛架輕鋼結構房屋已達800多萬(wàn)㎡，而且以每年約100萬(wàn)㎡的速度增加。這是個(gè)前所未有的大好機遇，必將帶動(dòng)建筑業(yè)產(chǎn)品結構的調整，促進(jìn)建筑結構向輕型化、系列化發(fā)展。目前國內門(mén)式剛架結構優(yōu)化設計研究領(lǐng)域取得了較好的成績(jì)。研究了門(mén)式剛架工業(yè)廠(chǎng)房最優(yōu)柱距的問(wèn)題，有了詳細的數據[6]。在優(yōu)化算法和敏度分析的研究上也已經(jīng)取得了顯著(zhù)的成果。我國學(xué)者采用漸近滿(mǎn)應力法，研究開(kāi)發(fā)了門(mén)式剛架結構優(yōu)化設計軟件SOA。采用GIG (General Interactive Gradient)一般梯度法，研究了門(mén)式剛架在荷載作用下的優(yōu)化，與傳統設計方法相比，取得了較好的效果[7]。采用離散復合形優(yōu)化方法，依據《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結構技術(shù)規程》 (CECS 102:98)，建立了門(mén)式剛架輕型結構離散變量?jì)?yōu)化的數學(xué)模型，在3D3S(V3.0)軟件的基礎上編制了門(mén)式剛架的結構優(yōu)化程序。使用遺傳算法，對門(mén)式剛架進(jìn)行了包括離散和連續變量的截面、形狀混合優(yōu)化的研究，并與PFCAD系統相結合，形成了一個(gè)完整的門(mén)式剛架輕型房屋設計與優(yōu)化系統。 同時(shí)國內的設計軟件開(kāi)發(fā)也大大提高，逐漸普及自行開(kāi)發(fā)的設計軟件。如我國自行開(kāi)發(fā)的門(mén)式剛架輕型房屋設計系統PFCAD、PKPM及同濟大學(xué)開(kāi)發(fā)的3D3S等軟件。

　　3.3 發(fā)展趨勢

　　目前在門(mén)式剛架的設計中對結構布局和節點(diǎn)連接關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化設計比較困難，還沒(méi)有成熟的方法和理論。在這一方面進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化是輕型門(mén)式剛架設計的發(fā)展趨勢。在教育方面，隨著(zhù)工程實(shí)踐的不斷深入，對于單層輕鋼廠(chǎng)房的結構計算理論將進(jìn)一步得到完善，相關(guān)規范規程也將更加的完善。

　　在門(mén)式剛架快速發(fā)展的同時(shí)，新的結構形式也會(huì )出現。門(mén)式拱架是在門(mén)式剛架在基礎上發(fā)展起來(lái)的。與門(mén)式剛架相比較，門(mén)式拱架又具有受力合理，用鋼量低的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，弧形大梁為建筑物的造型提供了更加豐富的變化。同時(shí)由冷彎薄壁型鋼和薄壁鋼管與混凝土組合而成的新型結構體系既輕鋼─混凝土組合結構也將在普通輕型鋼結構的基礎上得到進(jìn)一步的發(fā)展，其具有輕鋼結構的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于混凝土的存在而提高了結構的剛度和穩定性，并增強了結構的防火性能。

　　四、 本課題主要研究?jì)热?/strong>

　　本設計為輕型鋼結構廠(chǎng)房，采用輕型門(mén)式剛架體系，輕型鋼結構建筑質(zhì)量輕，強度高，跨度大，鋼結構建筑施工工期短，相應降低投資成本，經(jīng)濟實(shí)惠。它在我國有著(zhù)較為廣泛的應用前景。輕型鋼結構的屋面荷載較輕，因而桿件截面較小、較薄。它除具有普通鋼結構的自重較輕、材質(zhì)均勻、應力計算準確可靠、加工制造簡(jiǎn)單、工業(yè)化程度高、運輸安裝方便等特點(diǎn)外，一般還具有取材方便、用料較省、自重更輕等優(yōu)點(diǎn)。

　　五、 完成論文的條件和擬采用的研究手段（途徑）

　　1．建筑方案設計與初步設計：根據使用功能及條件，確定建筑方案，

　　2．建筑施工圖設計：在初步設計基礎上，繪制建筑施工圖。設計深度應滿(mǎn)足施工、安裝及預算要求，圖面應詳盡表現建筑物的各有關(guān)部分。內容包括：平面圖、剖面圖、立面圖、屋頂平面圖、建筑構造詳圖（檐口和屋脊構造詳圖）、建筑用料說(shuō)明表和總說(shuō)明。

　　3．寫(xiě)建筑設計說(shuō)明書(shū)：主要內容包括工程概況及設計依據和設計原則；總平面設計、平面設計、交通部分設計、立面設計、剖面設計和構造設計等的設計意圖及方案說(shuō)明；建筑規模及經(jīng)濟技術(shù)指標等。圍護結構采用雙層彩5.1建筑設計部分 進(jìn)行初步設計，繪出平、立、剖面草圖，經(jīng)指導老師修改后進(jìn)行下一步設計。色壓型鋼板內填保溫材料，可以是工廠(chǎng)復合板，也可以是現場(chǎng)復合板，自選。

　　5.2上部結構設計部分

　　1．確定上部結構方案，進(jìn)行結構布置；確定各構件定位尺寸；繪制結構布置草圖，為結構計算提供依據。

　　2．基礎方案：分析地基條件，確定基礎形式；進(jìn)行基礎平面布置，確定基礎埋深。

　　3．結構計算：選取一榀橫向門(mén)式剛架進(jìn)行設計（手算）；驗算在地震荷載作用下，結構的層間位移和內力分析，并進(jìn)行剛架梁、柱的內力組合；完成構件截面及連接節點(diǎn)設計；同時(shí)采用工程設計軟件計算結構內力及設計結構構件，并與手算結果進(jìn)行對比分析。

　　4．繪制結構施工圖：要求圖紙應符合規范規定，應有手繪鉛筆圖和計算機繪圖。內容包括（1）結構平面布置圖；（2）吊車(chē)梁平面布置圖；（3）屋面結構布置圖；（4）墻面結構布置圖；（5）門(mén)式剛架及節點(diǎn)詳圖；(6)吊車(chē)梁施工圖；(7)結構設計統一說(shuō)明。