(第一组)创新实验申请书(共13页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上附件编号：_ “国家级大学生创新创业训练计划”创新训练项目申请书项目名称： 核心筒-框架结构抗震性能分析 所属行业： 土木建筑工程 起止时间： 2016年5月-2018年5月 团队名称： 不周山项目组 负责人姓名： 赵鹏程 所在学院专业班级： 力学与土木建筑学院 联系电话： 指导教师： 张凯 联系电话： 填 写 说 明1、本申请书所列各项内容均须实事求是，认真填写，表达明确严谨，简明扼要2、申请人可以是个人，也可为创新团队，首页只填负责人。“项目编号”一栏不填。3、本申请书为大16开本（A4），左侧装订成册。可网上下载、自行复印或加页，但格式、内容、大小均须与原件一致。4、负责人所在学院认真审核, 经初评和答辩，签署意见后，将申请书（一式两份）报送西北工业大学教务处。一、 基本情况项目名称核心筒-框架结构抗震性能分析所属学科 土木建筑工程申请金额 20000 元起止年月2016 年 5 月至 2018 年 5 月负责人姓名赵鹏程性别男民族 汉出生年月 1995年 09 月学号联系电话宅： 手机:指导教师张凯联系电话宅： 手机:负责人曾经参与科研的情况参与国家自然科学基金，中央高校基本业务费项目指导教师承担科研课题情况主持：1、国家自然科学基金 青年科学基金项目， 2016.01-2018.122、西北工业大学中央高校基本科研费，ZY036， 2015.01-2016.12指导教师对本项目的支持情况指导教师在结构建模、结构抗震性能分析等方面有丰富的科研经验。同时指导教师是本团队的本科班班主任，相互非常了解，团队成员经常与教师交流与此项目相关的情况。项目组主要成员姓 名学 号专业/班级所在学院项目中的分工王超雷土木工程/2班力学与土木建筑学院模型建立杨涛土木工程/2班力学与土木建筑学院结构破坏分析赵梦鸽土木工程/2班力学与土木建筑学院模型建立陈子堙交通工程力学与土木建筑学院结构破坏分析二、 立项依据（可加页）（一） 研究目的 21世纪以来我国高层建筑蓬勃发展，随着我国经济的快速发展，为满足人们的需求，超高层建筑大量出现，它们的主要特点是朝着更高、体形更复杂、功能更完善、机构体系更加多样化的方向发展。随着建筑高度的增加，水平作用的影响相对增大，结构的侧向变形也随着增大。在高层结构设计中如何寻求最佳方案，以控制结构大部分可能的情况下的侧向变形，成为高层建筑中亟待解决的重要课题之一，其中，高层建筑的结构选型与结构布置有着极其重要的地位，它们直接影响着结构的安全性与经济性。核心筒框架结构则是目前为止最合适的高层建筑结构。在超高层建筑中采用这种结构形式具有非常多的优势,如增强结构侧向刚度、提高建筑物的抗震性能和增加建筑物的内部空间使用率等。也正因此，随着时代的进步，这种结构的应用也越来越频繁，然而理论的更新却跟不上实际发展的需求。近年来地震等自然灾害的频繁发生，导致社会对结构在罕遇地震等作用下的可靠性和安全性的要求也在日益增高。同时,超高层建筑结构在大震作用下的整体稳定性分析对实际工程的设计和施工也具有重要的工程应用价值和理论意义。框架-核心筒结构相比一般结构形式的优越性主要体现在该结构由核心筒承担大部分水平侧力，而框架主要承担竖直方向的载荷以及小部分的水平载荷。核心筒与钢架的不同作用，是该结构在设计中需要考量的重要因素。核心筒与框架构受力不均匀时，会对整体抗侧向刚度造成影响，不利于建筑物抗震性能的提高。资料表明，地震中框架-核心筒结构发生破坏，大多数是由于其核心简的强度过大，核心筒与框架之间的刚度分配不合理，降低了框架结构的稳定性及建筑抗震能力而导致的。因此，在框架-核心筒结构的设计中，合理分配框架和核心筒的的抗侧力刚度比十分重要。我国是一个地震活动较为频繁的国家，许多地方对建筑结构的抗震性能有着严格的要求。为满足对抗震性能的要求，当前框架核心筒的设计往往采取比较保守的方案，大大增加了建筑工程的投资费用，降低了经济性，不符合市场需求。另外，由于没有采取最佳的刚度分配比例，这样的方案往往不能充分发挥框架-核心筒结构的抗震潜能。如何在保证建筑的经济性的前提下，使结构拥有最佳的刚度分配比，是框架-核心筒结构的设计中亟需研究和解决的问题。本项目通过研究给定核心筒-框架结构体系设计尺寸与其刚度分配比的对应关系，寻找尺寸设计与结构的刚度分配比之间的相关关系，以得出核心筒与外部钢框架的刚度分配最佳比例，为设计抗震性能更优越，更经济的框架核心筒结构提供参考依据。（二） 研究内容1. 设计方案的选定。参考一些已有的框架-核心筒结构设计方案，分析它们的共性和特性，找出最具代表性的一种方案作为研究对象。2. 设计尺寸与刚度范围的确定。查阅相关文献，国家标准，分析理论，初步得出设计尺寸和刚度分配比例的合理区间。3. 模型的建立。分析所研究结构中不同构建的特点，研究不同构建模型的合理建立方式。4. 设计尺寸变化方式的研究。研究设计尺寸如何影响刚度分配比，结合工程设计实例，分析设计尺寸在不同对照组之间的变化关系。5. 地震输入方式的研究。研究地震对建筑的作用方式，分析如何在软件中模拟不同能量等级的地震。6. 破坏程度的判断。研究建筑在破坏和倒塌时的整体状态，分析结构是否发生破坏和倒塌的判断标准。7. 实验数据分析。对实验所得的刚度分配比与地震能量的相关关系进行分析研究应采取何种数学模型对数据进行拟合。（三） 国、内外研究现状和发展动态 现代城市用地的紧张加快了高层建筑的应用与推广。在现代城市改建、扩建过程中，高层建筑已经成为我国城市建筑设计中首选的技术方式。在高层建筑的设计过程中，框架-核心筒结构是较为常用的结构形式。通过框架-核心筒结构的应用提高高层建筑的设计高度，实现高层建筑结构稳定性、安全性、抗震性等性能目标。 现代超限高层设计抗震性能的框架-核心筒结构设计中，近期以来应用比较广泛的是超限高层建筑的建筑结构设计。超限高层框架-核心筒结构中的核心筒结构承担着水平测力抵抗的功能，框架结构承担着竖向荷载与少量水平荷载。在进行超限高层设计过程中，需要考虑核心筒结构与框架结构的不同功能。通过注重铰接节点使核心筒与框架结构间的抗侧力刚度比得到合理分配。避免受力分配不均影响整地抗侧向刚度，提高楼体的抗震性能。在这一设计过程中需要特别注意核心筒刚度与框架结构刚度分配的比例，避免核心筒刚度过度增强导致加强震情况下混凝土墙体的开裂。通过科学分配刚度以及相关的计算提高超限高层设计的抗震性能。 在国际上框架-核心筒结构应用中，有一部分国家认为这一结构不适于地震区的高层建筑应用。在对相关资料的收集与整理中可以看出，地震中倒塌建筑多是过度强化核心筒强度，造成框架结构与核心筒结构间刚度分配不合理而造成框架结构裂缝，进而导致框架结构稳定性与抗震能力的降低，导致倒塌事件的发生。而日本本土这一结构应用中，采取了严格的审批制度。其也是针对框架-核心筒结构强震抵抗能力而出台的政策。在我国强震地带的超限高层设计中应谨慎使用这一结构。针对建筑物所在地的地质结构进行框架-核心筒结构的应用，保障建筑物的使用安全。 在我国的抗震设计中，多数地区强制提高抗震等级。这就造成了建筑工程投资建设中经济性不高的问题。而框架-核心筒结构的应用能够从自身结构特点出发，提高工程建设的投资经济性。在实际的应用中，外围框架结构多采用钢架柱密柱方案，以钢筋混凝土核心筒及钢框架密柱筒中筒结构提高建筑物的抗侧向刚度、有效减少混凝土墙地压应力。通过科学的设计以及多种方式的运用实现超限高层建筑的抗震性能强化，保障建筑物的结构稳定性与抗震性。同时利用框架-核心筒结构优势提高工程建设投资经济性，促进我国建筑行业的健康发展。 在最近几年的超限高层建筑的设计中还要针对建筑物的风荷载水平作用进行分析、计算与论证。利用框架-核心筒混凝土剪力墙结构使结构整体能够在风荷载作用下有效控制建筑物在风荷载下的受力，减少层间位移。针对超限高层风荷载需求进行框架-核心筒结构应力计算，以此保障超限高层建筑物的稳定性。针对超限高层在风荷载作用下的侧向变形、振动等分析风压、风压高度变化系数、风荷载题型系数与风振系数。针对框架-核心筒的结构进行计算，以此实现超限高层抗侧向变形能力的提高。在这一计算过程中还要考虑抗侧向形变与抗震性能需求间的平衡，科学分配框架与核心筒的刚度、应力，以此实现科学的超限高层设计。 在现代超限高层框架-核心筒结构设计中，我国设计人员一般针对核心筒设计、框架设计、框架梁支撑设计、楼盖设计、框架剪力墙等设计工作规范、要求进行相应的设计工作。在核心筒设计中首先确保核心筒应贯通全高。而且，对于超限高层应确保筒体宽度大于全高的1/12。同时他们也注重剪力墙结构的应用。在设计过程中需要针对核心筒设计要求对相关设计要点、连梁等进行计算与设计，确保超限高层的结构稳定性。在框架结构设计中需要注重控制结构的周期与位移，利用墙加大量等方式增强结构抗侧刚度。针对超限高层结构需求进行框架结构设计。另外，超限高层框架-核心筒设计中还应对框架梁支撑条件进行确定。沿梁轴线方向有墙时刚接。核心筒外墙厚度大于0.4Lae（且内侧楼板不开洞，刚接。梁支撑处有柱，刚接。不满足以上条件的梁，铰接。通过设计工作的针对性确保超限高层结构等稳定性、确保超限高层框架-核心筒结构的安全性。 经过这样慎重的设计与校验，设计人员才能将该设计正式上报开始相关的工程。然而，即使是有着这样严密的设计条例，也不能改变设计师们无法预测框架-核心筒结构在遭遇地震能力时的非线性行为。近年来随着计算机能力的提高和数值计算方法的完善，设计师们也在使用弹塑性分析方法逐渐逼近着地震时建筑结构变化的实际状况，务求保证设计出来的建筑结构满足“小震不坏大震不到”的抗震要求。总结：核心筒-框架混合结构体系的多道抗震防线有明确的理论依据，该结构的设计程序已经逐渐成熟，各种有限元分析软件的相继开发为实验的模型模拟提供良好的平台，各种简化的优化措施为数据分析计算提供良好的基础，工程中各部分抗震性能的计算，为初步设计提供标准，现在社会中越来越多的框架-核心筒混合结构体系的建立需要更多的安全设计检测和更多的高端计算系统的辅助。 参考文献1 王崇丽高层核心筒设计注意事项与结构设计分析 J工程设计信息，2010(4):79802 郑宇林超限高层框架核心筒结构设计分析与探讨 J工程建筑施工与设计，2009(10):1531543 陈慧颖超限高层框架核心筒结构设计中剪力墙设置探析 J建筑新技术, 2010(8):123124.4JZ 10279, 钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定S.北京:中国建筑工业出版社，19805JGJ 32010, 高层建筑混凝土结构技术规程S 北京: 中国建筑工业出版社，20116扶长生抗震工程学理论与实践M 北京: 中国建筑工业出版社，20137 GB 500112010, 建筑抗震设计规范S北京: 中国建筑工业出版社，20108 UBC-97 Uniform building codeS Washington，D C : International Conference of Building Official，19979 扶长生，张小勇，周立浪. 长周期超高层建筑的最小底部剪力系数J 建筑结构，2014，44(10):1-610 IBC 2009 International building code S Illinois: International Code Council，Inc ，200911 DGJ 08-32013, 建筑抗震设计规程S 上海: 上海市建筑建材业市场管理总站，201312 GB50009-2001, 建筑结构设计荷载规范 M. 北京：中国建筑工业出版社.13 GB50011-2008, 建筑抗震设计规范 M. 北京：中国建筑工业出版社.14 JGJ 3-2002, 高层建筑混凝土结构技术规程 M. 北京：中国建筑工业出理总站，2013（四） 创新点与项目特色 试验立足于具体工程需要，从基本的简单结构模型入手，找出抗震性能与刚度分配比的相关关系，避免对于影响核心筒-框架混合结构的抗震性能的复杂内因的分析，更加符合工程实际的需要； 利用控制变量的方法分析，改变结构尺寸模型与地震能量等级，观察结构破坏模式，有效分析评估结构的抗震性能，摒弃地质环境，结构形式，风荷载，施工质量，构造措施，动载荷，刚度退化等因素对结构稳定性能的影响，使问题的研究模式简化，确保了研究实验所得出的刚度分配比例与结构抗震性能的关系科学性和准确性。 （五） 技术路线、拟解决的问题及预期成果 需要找出一种具有代表性的核心筒-框架混合结构体设计方案，依据现有的文献资料，设计标准，国家规范确定结构体系的设计尺寸范围及计算刚度分配比例范围，利用有限元系统分析方法进行结构模型的建立对于其中的部分构件分别建立不同的模型结构，设计尺寸的变化规律所需要遵循的规则有待确定，对于地震能量的输入采取的方法需要不同理论支撑，关于能量输入的方法选择可能出现不同的实验结论，对于结构破坏的失效程度需要控制，评判结构承载达到最大值时的评判标准需要明确界限。对于试验的数据结果可能不能用现有的线性模型模拟，需要从复杂的数据结果中总结出最优化的实验结果，找到最优解，得到核心筒-框架结构体系的抗震性能与结构刚度分配比例的相关关系。（六） 项目研究进度安排 2016年6月确定详细方案与准备工作 2016年9月预设结构形式与结构尺寸 2016年11月计算结构体系的刚度分配比例 2016年12月利用sap2000软件建立结构模型 2017年2月进行结构的小震能量检验 2017年3月加载连续增大的地震能量 2017年5月观察整个结构的破坏模式 2017年7月多次重复试验得到多组有效的数据 2017年11月分析有效数据并得出结论 2018年1月总结整个试验过程中的问题与结论 2018年3月整理数据资料，对实验做出评价（七） 已有基础1. 与本项目有关的研究积累和已取得的成绩2. 已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法 已具备的条件：1.专业的团队组织 我们的团队是由土木专业5名学生组成，学习和接触了许多与本专业相关的知识，使我们都具有一定的专业知识和专业素养，具备了研究该课题的能力。 2.我们具有研究必须的一些硬件设施 目前，我们每人都有一台笔记本电脑，可以利用sap2000进行模拟实验。并且学院相关的实验设备也能为我们的研究提供足够的实验支持。另外，图书馆的大量可参考文献和完善的数据库都能够为我们提供大量的专业知识。 3.我们具有专业的指导老师 我们有自己的指导老师，具有丰富的研究经验和专业知识。能够指导我们进行更为专业的研究，给我们提供更为完善的理论指导和研究方法。 4.已有的可供参考的设计方案框架-核心筒结构在当前超高层建筑中应用已十分普遍，产生了许多成熟的设计方案，可以为我们的研究提供参考。 缺少的条件和解决办法：1.团队的成员都是大二年级的本科生，缺乏进行科研项目的经验。解决办法：咨询有经验的学长和老师，参考其它项目的研究过程，学习经验。在学院的允许下，去学院的实验室观摩学习。2.团队成员现阶段掌握的专业知识不足。解决办法：小组成员合理分工，通过自学，查阅文献，观看网络教程等方式学习与项目相关的知识，并积极向专业课老师请教。参与或旁听与本项目相关的学术研讨会。订阅涉及本课题研究前沿的期刊。3.团队成员没有参与工程项目的经历，可能使研究偏离工程实际。解决办法：向有相关经验的老师以及从业的前辈请教，并设法联系事业单位，争取去正在进行的工程项目上实习考察。4。我们的电脑配置可能不足以对复杂的模型进行软件分析。解决办法：依靠项目经费，购置或租用配置足够好的设备。三、 经费预算开支科目 预算经费（元）主要用途 阶段下达经费计划（元）前半阶段后半阶段预算经费总额200001100090001、计算、分析、测试费2500模型建立与数据分析100015002、会议、差旅费5000实地调研与学术会议200030003、文献检索费3000文献查询与资料购买200010004、论文出版费2500论文的版面费用100015005、仪器设备购置费5000高配置的计算机购买与软件安装费用400010006、材料费2000整个过程的打印记录工具10001000学校批准经费四、 指导教师意见核心筒-框架结构具有优良的抗震性能，以此为研究对象，可使学生对结构抗震的基本知识，结构设计有较为深入的理解，也使学生对科研的基本流程有了进一步认识。申请书的写作过程全部为学生参与，对其基本科研技能进行了有效训练。 导师（签章）：年 月 日五、 院系大学生创新创业训练计划专家组意见 专家组组长（签章）：年 月 日六、 学校大学生创新创业训练计划专家组意见 负责人（签章）：年 月 日七、 大学生创新创业训练计划领导小组审批意见 负责人（签章）：年 月 日专心-专注-专业