同济大学土木工程本科毕业设计开题报告.docx
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1、同除十、学毕业设计（论文）开题报告（适用于工科类、理科类专业）课题名称大跨度混合结构分析及优化设计副标题 学院（系）土木工程学院专 业土木工程（岩土方向）同学姓名 刘射洪 学号09学392022 年3 月10 日一、毕业设计（论文）课题背景（含文献综述）随着社会和经济的进展，在最近的一、二十年里，大跨度建筑结构技术水平 进展快速，其已经成为代表一个我国建筑科技水平的重要标志之一。建筑物的跨 度和规模越来越大，结构形式也越来越丰富多彩，很多雄伟而富有特色的大跨度 建筑已成为各地的象征性标志和闻名的人文景观。当建筑物的跨度到达或超过肯定限度时，一般的平面结构就开头变得不是很 合理了。从国内外工程实
2、例可以看到，大跨度建筑多数采纳各种形式的空间结构 体系，多由两种或两种以上不同材料的承重结构所共同组成的结构体，即混合结 构。混合结构不是指单一的结构形式，如混凝土结构、木结构、钢结构等，而是 指多种结构（或称构件）混合而成的一种结构系形式。大跨度建筑中的混合结构是近年来结构专业的新型提法，是大跨度建筑中不 行或缺的结构形式。依据目前比拟认可的分类方法，大跨度混合结构体系由拱 （壳）单元、梁（板）单元、杆系单元和索（膜）单元这四类基本单元相互混合 而成，分为刚性构件混合结构和刚、柔构件混合结构两大类（图1）。随着技术水 平的进展，大跨度混合建筑呈现出多样化的格局，由以前较重的结构体系进展到 轻
3、薄的结构体系，由传统的刚性结构进展到半刚性结构和柔性结构。图1大跨度建筑混合结构的分类然而，随着大跨度混合结构体系的日趋多样化，其设计与施工也变得错综简 单。设计中不仅要考虑建筑功能与结构受力，而且应当考虑到文化、社会、经济、 设施技术等各方面的因素，使建筑物实现最好的综合效果。同样，施工中不仅要 考虑技术的可行性，更应考虑到经济效益、环境影响等因素。而这都给大跨度混 合建筑结构的精确计算和优化设计提出了新的要求。结构优化设计是结构设计理论的重大进展。由于同一个设计任务，可以有多 种不同的可用的设计方案，从全部可用方案中选出最满足的方案自然是理所当然 的追求。结构优化设计从马克斯威尔理论（Ma
4、xwell, 1880）和米歇尔（Michell, 1905）桁架消失起已有百年，从史密特（Schmit, 1964）用数学规划来解决结构 优化设计算起亦有近50年历史，特殊是过去40年内，在理论、算法和应用方面都 取得了长足的进展。结构优化设计包含三个层次，即结构选型优化、结构布置优化和结构构件优 化。(1)结构选型优化各个结构的功能要求打算之后，就要依据功能要求为结构选型。例如，要修 建一座掩盖空间很大的大跨度结构，可以采纳多种结构类型的方案，如拱型结构、 悬索结构、网架结构、薄壳结构、薄膜结构等，甚至充气结构。对高层建筑而言, 可选用框架结构、框一剪结构、剪力墙结构、筒体结构、悬挂结构等
5、形式。由于对结构的强度、刚度、动力特性、造价、抵挡自然灾难的力量、美学效 应以及其他社会效应的众多要求，结构选型是一个综合性很强的决策问题，它要 求力学、结构、建筑学、美学、经济学等学科的亲密协作才能很好地解决。(2)结构布置优化结构体系的优化是先从结构的概念设计入手，使结构的平面布置尽量规章、 对称，立面和竖向规章，侧向刚度匀称变化。同时，通过计算和定量分析，对关 系到体系整体性能的设计变量，如框架结构的柱网布置、框架-剪力墙结构中的 剪力墙的数量、平面布置和刚度特征值等进行优化。(3)结构构件优化在给定的结构体系、结构材料、平面布置的状况下，对各个构件进行优化， 使结构构件的材料使用量最少
6、，到达最正确的经济效益，这就是结构构件优化。结 构构件优化的对象，可能是构件的截面尺寸、剪力墙或者板的厚度、配筋面积等。构件优化最简洁有效的方法是采用有限元软件建模。对结构进行计算分析， 得到位移和应力，期间不需要对网格进行重复划分，可以采用数学方法来完成优 化。对于单元连接的框架结构，杆件的横截面特性发生转变时，就需要重新划分 网格；对于具有连续性的板或者壳，可以仅仅把构件厚度作为优化设计变量，在 优化过程中，这类设计变量与刚度矩阵是简洁的线性关系。因此，结构构件优化 主要依靠数学优化算法来实现。近十几年来，把优化理论应用在工程上的讨论进展有以下特点：(1)在整体上注意方法论。强调从工程的整
7、体去讨论，把工程技术、工程 管理和工程经济三者综合起来考虑，追求优化效果的最优化。(2)在工程技术方面，对结构优化设计中，考虑某些量的模糊性。由于结 构类型和不同地震区等缘由，结构受到的荷载和作用以及材料的性能等这些量具 有肯定的模糊性，考虑肯定的模糊性或许可能使优化设计更加合理，可以给工程 带来更好的经济效益。(3)对一些简洁或者规章的结构的类型和构件，可以依据计算机编程或者 软件进行优化，这种方法随着计算机科技水平的飞速进展，也得到很大的进展， 对结构优化的应用有着很好的推动。(4)用CAD进行设计时，运用优化理论，形成在设计中应用理论的优化方法, 推动了设计的改革。(5)随着智能技术的日
8、益进展，一些学者正在讨论和探究能否采纳人工智 能的方法来改良和升华结构优化的每个环节，这种智能方法的应用，可以很好的 融入到结构设计中，并且省时省力，让更多的设计者对结构进行优化设计，能够 很好的推广优化的应用领域。目前，结构优化设计解决的问题从减轻结构重量扩展到降低应力水平、改进 结构性能和提高平安寿命、使用舒适度等更多方面。无论国内还是国外对这一现 代技术的需求都有增长的趋势。随着经济和科技的日新月异，结构优化的进展肯 定会越走越远，它在实际工程中的应用也会越来越多，前景是特别宽阔的。但是，现在对于结构优化设计的对象还是主要针对高层建筑，对于大跨度建 筑的优化讨论较少，而对于大跨度混合结构
9、的优化设计更是少之又少。随着大跨 度混合建筑的日益增多，乐观研讨大跨度混合建筑结构体系的优化设计，具有明 显的社会和经济效益。大型城市商业综合体作为一种典型的大跨度混合结构，随着人们对其美观、 功能要求的不断提高，其设计与施工难度也大大加强。结构选型是大跨度混合结 构设计的关键之一，合理的混合结构选取，不仅能确保结构满足正常使用和承载 力极限状态的刚度、强度以及延性指标，还能较好地发挥材料的性能，加快施工 进程，取得良好的经济指标。因此，大跨度混合结构的选型比拟与优化设计显得 极其重要。本毕业设计课题主要要求同学结合详细工程实例，通过对其选型比拟及优化 设计确定合理的结构方案，继而对选定方案进
10、行构件验算，把握并熟识运用以下 设计概念和设计方法：1、了解大跨度混合结构的分类及运用，并针对详细工程进行比拟分析；2、学习如何采用PKPM或ETABS软件进行大跨度混合结构的整体建模分析，把 握大跨度混合结构的设计掌握指标；3、把握大跨度混合结构的构件设计验算方法。二、毕业设计（论文）方案介绍（主要内容）1、查阅国内外相关文文献，收集资料；2、翻译相关的外文文献一篇；3、结合详细大跨度建筑混合结构工程实例，通过对其选型比拟及优化设计 确定合理的结构方案；4、针对最终确定的结构方案进行构件验算；5、完成毕业设计工作，撰写报告，并做好辩论预备；6、毕业设计（论文）提纲：1绪论讨论背景1.1.1
11、大跨度混合结构的进展大跨度混合结构的特点1.1.2 讨论意义大跨度混合结构体系1.1.3 刚性构件的混合刚、柔构件的混合1.2 大跨度混合结构优化设计结构优化设计的进展1.2.1 结构优化设计的层次结构优化设计的特点1.3 本文的主要工作2大跨度混合结构设计方法2.1 混凝土构件与钢构件的混合概念2.1.1 设计要点混凝土构件与组合构件的混合2.1.2 概念设计要点2.2 混凝土构件、钢构件及组合构件的混合概念2.2.1 设计要点混凝土构件、钢构件及拉索构件的混合2.2.2 概念设计要点2.3 本章小结3工程实例设计与分析3.1 工程概况初步设计321设计依据分析软件选取及参数确定3.1.1
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