工程設計的開題報告

關于工程設計的開題報告

　　一、 畢業設計(論文)課題來源、類型

　　課題來源：來自生產實踐

　　類型：工程設計

　　二、 選題的目的及意義

　　本課題是設計咸陽邁維爾膠管有限公司輕型門式剛架廠房，選定采用門式剛架結構形式。本次設計培養我正確的設計思路、嚴謹的設計態度、掌握基本的設計方法（結合PKPM鋼結構設計軟件及力學求解器的學習），會使用各種現行規范標準，通過實際設計操作可以更好地貫徹、理解和應用各種規范標準，力求設計既經濟又合理；通過解決具有一定復雜程度的實際制造問題，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結構生產安裝的后續影響。

　　通過完成本次設計，了解我國鋼結構廠房的發展現狀、發展水平以及發展方向。熟悉有關鋼結構設計的規范，并熟練掌握各種規范和文獻的查詢方法。將在大學期間所學的專業理論知識進行歸納總結，并應用到實際的工程問題的處理中，為日后在學習、工作中打下堅實的基礎。

　　三、 本課題在國內外的研究狀況及發展趨勢

　　3.1 文獻綜述（相關課題國內外研究的現狀）

　　門式剛架輕型結構體系開始于美國。由于門式剛架輕鋼結構具有許多其他結構不具有的優點，同時經濟效益好，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了門式剛架輕鋼結構的快速發展。

　　輕型門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，隨著我國鋼材產量的增加和焊接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，特別是《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECS1 02:98 )的頒布實施，輕型門式剛架結構得到迅速的發展。目前國內每年有上千萬平方米的輕鋼建筑工程，主要用于輕型的廠房、倉庫、體育館、展覽廳及活動房屋、加層建筑等。

　　3.2 國內外研究現狀

　　國外的門式剛架體系已經進入了設計、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、經營管理一體化流程的時代。同時在建造方面也發生了變化。業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，承包商在規定時間內按業主要求按質建成并交付使用。而且很多公司都有自己的系列，以商品的形式交付使用。門式剛架鋼結構體系已經普及到了各個領域內。日本工程界目前正就主剛架在地震力作用時保有水平耐力(即構件達到塑性階段時的承載力)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等幾個方面進行研究。

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

　　3.3 發展趨勢

　　目前在門式剛架的設計中對結構布局和節點連接關系進行優化設計比較困難，還沒有成熟的方法和理論。在這一方面進行相關的優化是輕型門式剛架設計的發展趨勢。在教育方面，隨著工程實踐的不斷深入，對于單層輕鋼廠房的結構計算理論將進一步得到完善，相關規范規程也將更加的完善。

　　在門式剛架快速發展的同時，新的結構形式也會出現。門式拱架是在門式剛架在基礎上發展起來的。與門式剛架相比較，門式拱架又具有受力合理，用鋼量低的優點；同時，弧形大梁為建筑物的造型提供了更加豐富的變化。同時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一步的發展，其具有輕鋼結構的優點，同時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、 本課題主要研究內容

　　本設計為輕型鋼結構廠房，采用輕型門式剛架體系，輕型鋼結構建筑質量輕，強度高，跨度大，鋼結構建筑施工工期短，相應降低投資成本，經濟實惠。它在我國有著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、材質均勻、應力計算準確可靠、加工制造簡單、工業化程度高、運輸安裝方便等特點外，一般還具有取材方便、用料較省、自重更輕等優點。

　　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。設計深度應滿足施工、安裝及預算要求，圖面應詳盡表現建筑物的各有關部分。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）、建筑用料說明表和總說明。

　　3．寫建筑設計說明書：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明；建筑規模及經濟技術指標等。圍護結構采用雙層彩5.1建筑設計部分 進行初步設計，繪出平、立、剖面草圖，經指導老師修改后進行下一步設計。色壓型鋼板內填保溫材料，可以是工廠復合板，也可以是現場復合板，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：選取一榀橫向門式剛架進行設計（手算）；驗算在地震荷載作用下，結構的層間位移和內力分析，并進行剛架梁、柱的內力組合；完成構件截面及連接節點設計；同時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）吊車梁平面布置圖；（3）屋面結構布置圖；（4）墻面結構布置圖；（5）門式剛架及節點詳圖；(6)吊車梁施工圖；(7)結構設計統一說明。

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