水工钢筋混凝土课程设计满分.docx

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水工钢筋混凝土课程设计满分

水工钢筋混凝土结构课程设计

任务书及计算书

设计题目：

钢筋混凝土梁板结构

学院：

姓名：

学号：

班级：

指导老师：

1、设计任务书

2、板的设计

3、次梁设计

4、主梁设计

5、结论

6、参考文献

一、《水工钢筋混凝土结构学》课程设计

任务书

（一）、设计课题与目的

某建筑钢筋混凝土单向板肋形楼盖设计。

（1）了解单向板肋梁楼盖的荷载传递关系及其计算简图的确定；

（2）通过板及次梁的计算，熟练掌握考虑塑性内力重分布的计算方法；

（3）通过主梁的计算，熟练掌握按弹性理论分析内力的方法，并熟悉内力包络图和材料图的绘制方法；

（4）了解并熟悉现浇梁板的有关构造要求；

（5）掌握钢筋混凝土结构施工图的表达方式和制图规定，进一步提高制图的基本技能；

（二）、主要内容

1、设计资料：

根据初步设计成果，提出设计资料及数据如下：

（1）楼层平面如任务书附图1所示。

墙体厚度370mm。

楼梯位于该层平面的外部，本设计不予考虑。

楼盖采用整体式单向板肋形结构。

（2）该建筑位于非地震区。

（3）建筑物安全级别为二级。

（4）结构环境类别一类。

（5）建筑材料等级：

混凝土强度等级：

梁、板、C20级。

钢筋：

板中钢筋、梁中箍筋、构造钢筋I级，梁中受力筋II级。

（6）荷载：

钢筋混凝土重力密度为25kN/m3。

楼面活荷载标准值：

6kN/m2。

楼面做法：

楼面面层用20mm厚水泥砂浆抹面（重力密度为20kN/m3），板底及梁用15mm厚石灰砂浆抹底（重力密度为17kN/m3）

（7）结构平面布置及初估尺寸：

板伸入墙内120mm，次梁伸入墙内240mm，主梁伸入墙内370mm；柱的截面尺寸b×h=400mm×400mm。

板厚h＝______mm。

（自己定）

次梁：

高h＝______mm，宽b＝______mm。

（自己定）

主梁：

高h＝______mm，宽b＝______mm。

（自己定）

（8）采用的规范：

水工混凝土结构设计规范（现在就按课本规定来做），建筑结构荷载规范。

2、设计要求

（1）板和次梁按考虑塑性内力重分布方法计算内力；主梁按弹性理论计算内力，并绘出弯矩包络图。

（2）梁、板允许挠度、最大裂缝宽度验算从略。

（3）绘制楼盖结构施工图

1．楼面结构平面布置图（标注墙、柱定位轴线编号和梁、柱定位尺寸及构件编号）．（比例1：

100～1：

200）；

2．板模板图及配筋平面图（标注板厚、板中钢筋的直径、间距、编号及其定位尺寸）（比例1：

100～1：

200）；

3．次梁模板及配筋图（标注次梁截面尺寸及几何尺寸、钢筋的直径、根数、编号及其定位尺寸）（比例1：

50，剖面图比例1：

15～1：

30）；

4、梁材料图、模板图及配筋图（按同一比例绘出主梁的弯矩包罗图、抵抗弯矩图、模板图及配筋图），（标注主梁截面尺寸及几何尺寸、钢筋的直径、根数、编号及其定位尺寸）；（比例1：

50，剖面图比例1：

15～1：

30）；

5．在图中标明有关设计说明，如混凝上强度等级、钢筋的种类、混凝土保护层厚度等。

（3）计算书：

要求计算准确，步骤完整，内容清晰。

（三）、设计进度

阅读任务书和参考资料7学时

布置设计3学时

板的计算8学时

次梁计算8学时

主梁计算12学时

绘制施工详图28学时

整理设计计算书6学时

准备及答辩8学时

合计80学时

（四）、设计成果要求

（1）设计计算书一份。

包括：

计算依据的资料，计算假定、计算简图；板、次梁和主梁的计算，并附有配筋草图。

（2）施工图纸一张（500mm×750mm）。

包括：

楼盖结构平面布置图；板的模板图、配筋图；次梁的模板图、配筋图（纵剖面、横剖面、单根钢筋下料图）；主梁的模板图、配筋图（纵剖面、横剖面、单根钢筋下料图；为方便设计和校核，要求画出主梁的设计弯矩图和抵抗弯矩图）；钢筋表。

施工详图要求布局合理，线条粗细分明，字体工整，符号、尺寸、说明齐全。

（五）、考核方式

1．最终成绩分为五等：

优秀、良好、中等、及格、不及格。

学生姓名：

指导教师：

孙万泉

附图1

特别注意：

1、指导书：

图书馆沈蒲生编著《钢筋混凝土结构》，或其他书籍。

设计步骤参考指导书，但一些细节的规定（如计算跨度、分项系数取法等）按我们水工规范来进行，因为指导书中是工民建的规定。

2、完成日期：

第19、20周上交（地点我的办公室主B618），提问问题。

必须自己亲自上交！

否则不计成绩

3、提交的结果：

计算书和设计图纸（绘图纸大小为A2，大约为4张A4纸那么大）。

设计图纸包含内容：

次梁和板的配筋图；主梁的配筋图和弯矩抵抗图。

二、板的设计（按考虑塑形内力重分布方法计算）

正截面受弯承载力计算原则

（1）平截面假定；

（2）不考虑受压区混凝土的工作；

（3）受压区混凝土的应力应变关系采用理想化的应力-应变曲线；

（4）有明显屈服点的钢筋（热轧钢筋），其应力应变关系可简化为理想的弹塑形曲线。

（一）基本尺寸的确定（教材237）

1、板厚：

按刚度要求，板厚不宜小于其跨长的1/40（连续梁）；水电站厂房板的常用厚度为120-200mm。

取h=120mm>

≈

=57.5mm；

2、梁高：

由构造要求，梁高与跨长的比值，次梁为1/18-1/12，主梁为1/15-1/10，梁截面宽度为高度的1/2-1/3。

次梁截面高度：

=6600/18=367;

=6600/12=550取h=450

主梁截面高度：

=6900/10=690

=6900/15=460取h=550

3、梁宽：

梁截面宽度为高度的1/2-1/3。

次梁宽：

b=200mm；

主梁宽：

b=250mm。

4、板的计算跨度：

①边跨：

l。

=ln+h/2=ln+120/2=2300-120-200/2+120/2=2140mm

且满足l。

<=ln+a/2=2300-120-100+60=2140

②中跨：

l。

=ln=2300−200=2100mm

计算跨度差：

（2140-2100）/2100=1.9%<10%

说明可按等跨连续板计算内力。

（二）荷载计算

1、荷载标准值：

恒荷载：

20mm厚水泥砂浆面层：

0.02*20＝0.4kN/m2

120mm钢筋混凝土板：

0.12*25＝3kN/m2

15mm板底石灰砂浆：

0.015*17＝0.255kN/m2

gk=3.655kN/m2

活荷载：

q=6kN/m2

2、荷载设计值：

由表2-5得相关系数

恒荷载：

g=1.2*3.655=4.386kN/m2

活荷载：

q=1.2*6=7.2kN/m2

g+q=11.586kN/m2

板的计算简图如下,取1m板作为计算单位：

g+q=11.586kN/m

板的计算简图

图1

查《水工钢筋混凝土结构学（第4版）》（中国水利水电出版社）表9-2,板的弯矩系数αmb分别为：

1/11（边跨跨中）；－1/11（离端第二支座）；1/16（中间跨中）；－1/14（中间支座），分别代入公式M=αmb（g+q）l。

l。

，计算各截面弯矩如下表所示

表1、连续板各截面弯矩计算

截面

边跨跨中

离端第二支座

离端第二跨跨中、中间跨跨中

中间支座

弯矩计算系数αmb

1/11

-1/11

1/16

-1/14

M=αmb（g+q）L02

/（kN·m）

4.82

-4.82

3.19

-3.65

3、截面承载力计算

混凝土强度等级采用C20，fc=9.6N/mm2，ft=1.10N/mm2，一级钢筋fy=210N/mm2,

b=1000mm，h=120mm，取保护层厚度c=20,取a=30,h0=120-30=90mm，α1=0.85，K=1.2,ρmin=0.2%连续板各截面的配筋计算，如下表所示。

中间区板带

轴线间，其各内区格板的四周与梁整体连接，故各跨跨中和中间支座考虑板的內拱作用，其计算弯矩降低20%。

表2、配筋表

板带部位截面

边区板带（

，

轴线间）

中间区板带（

轴线间）

备注

边跨跨中

离端第二支座

离端第二跨跨内、中间跨跨中

中间支座

边跨跨中

离端第二支座

离端第二跨跨内、中间跨跨中

中间支座

M（kN·m）

4.82

-4.82

3.19

-3.65

4.82

-4.82

2.55

-2.92

αs=KM/fcbh02

0.074

0.049

0.056

0.074

0.039

0.045

=1-（1-2αs）0.5

0.077

0.050

0.058

0.077

0.040

0.046

0.85

0.468

满足

As=

bh0fc/fy（mm2）

316.8

205.7

238.6

316.8

164.6

189.3

两者取大

Asmin=0.002bh

240

选配钢筋

φ8@

150

φ8@

150

φ8@

200

φ8@

200

φ8@

150

φ8@

150

φ8@

200

φ8@

200

实配钢筋面积（mm2）

335

251

335

251

5、裂缝开展宽度及变形验算

从略

6、绘制配筋草图

三、次梁设计（按考虑塑形内力重分布方法计算）

（一）荷载计算

1、恒载设计值：

由板传来荷载4.386*2.3=10.09kN/m

次梁自重1.05*25*（0.45-0.12）*0.2=1.73kN/m

梁抹灰1.05*17**0.015[（0.45-0.12）*2+0.2]=0.23kN/m

g=12.05kN/m

2、活荷载设计值：

由板传来q=7.2×2.3=16.56kN/m

g+q=12.05+16.56=28.61kN/m

（二）内力计算

1、计算跨度：

边跨：

ln=6.6-0.24-0.25/2=6.235m

l0=1.025*ln=6.391m

ln+a/2=6.235+0.12=6.355m

取l。

=6.355m

中间跨：

l0=ln=6.6-0.25=6.35m

跨度差

（6.355-6.35）/6.35=0.08%<10%

说明可按等跨连续梁计算内力，

2、弯矩计算

g+q=28.61kN/m

其计算简图如下：

图2

查《水工钢筋混凝土结构学（第4版）》（中国水利水电出版社）表9-4,板的弯矩系数αvb分别为：

1/11（边跨跨中）；－1/11（离端第二支座）；1/16（中间跨中）；－1/14（中间支座），分别代入公式M=αmb（g+q）l。

l。

，计算各截面的弯矩设计值如下表

表3、次梁弯矩计算

截面

边跨跨中

离端第二支座

离端第二跨跨中、中间跨跨内

中间支座

弯矩计算系数αm

1/11

-1/11

1/16

-1/14

M=αm（g+q）L02

/（kN·m）

110.36

-110.36

72.10

-82.40

3、剪力计算：

查《水工钢筋混凝土结构学（第4版）》（中国水利水电出版社）表9-4,板的弯矩系数αvb分别为：

0.45（端支座内侧）；0.6（离端第二支座外侧）；0.55（中离端第二支座内侧）；0.55（中间支座内外侧），分别代入公式M=αvb（g+q）ln，计算各截面的弯矩设计值

表4、次梁剪力计算

截面

端支座右侧

离端第二支座左侧

离端第二支座右侧

中间支座左侧、右侧

剪力计算系数αV

0.45

0.6

0.55

V=αVb（g+q）Ln

（kN）

81.82

109.09

99.92

（三）截面承载力计算

1、确定翼缘宽度：

次梁工作时板可作为翼缘参与工作，在跨中截面翼缘受压可按梁计算，翼缘的计算宽度取下列值中的较小值

环境类别一类，取c=30mm,α=c+10=40mm,跨中钢筋按一排布置h0=h-40=450-40=410mm

边跨：

bf‘=l0/3=6355/3=2118mmb+sn=200+（2300–100-120）=2280mm

hf‘/ho=120/410=0.29>0.1则不需按翼緣高度考虑

故取最小值bf‘=2118mm

端第二跨、中间跨

bf‘=l0/3=6350/3=2117mmb+sn=200+（2300-200）=2300mm

hf‘/ho=120/410=0.29>0.1则不需按翼緣高度考虑

故取最小值bf‘=2117mm

2、判别T形截面类型：

fcbf‘hf‘（h0-hf‘/2）=9.6×2117×120×（410-120/2）=853.57kN·m

边跨：

KM=1.2×110.36=132.432

中间跨：

KM=1.2×72.10=86.52

fcbf‘hf‘（h0-hf‘/2）>KM

故各跨跨中截面均属于第一类T形截面。

支座截面按矩形截面计算，支座按布置一排纵筋考虑h0=h-40=450-40=410mm

3、次梁正截面配筋计算如下表所示。

（梁中箍筋、构造钢筋I级，梁中受力筋II级）

表5、次梁正截面承载力计算（fy=300N/mm2）

截面

边跨跨内

离端第二支座

离端第二跨跨内、中间跨跨内

中间支座

备注

KM（kN·m）

1.2×110.36=

132.432

1.2×（-110.36）=

-132.432

1.2×72.10=

86.52

1.2×（-82.40）=

-98.88

或

（kN·m）

9.6×2118×410^2=

3417.9

9.6×200×410^2=

322.752

9.6×2117×410^2=

3416.33

9.6×200×410^2=

322.752

αs=KM/fcbh02

αs=KM/fcbf’h02

0.039

0.410

0.025

0.306

=1-（1-2αs）0.5

0.040

0.576

0.025

0.377

0.85

0.468

满足

As=fcbh0

/fyAs=fcbf’h0

/fy（mm2）

1111.5

1511.4

694.4

989.2

Asmin=0.002bh

180

满足

选配钢筋

实配钢筋面积（mm2）

1473

1140

4、次梁斜截面配筋计算如下表所示。

表6、次梁斜截面承载力计算（fyv=210N/mm2）

截面

端支座右侧

离端第二支座左侧

离端第二支座右侧

中间支座左侧、右侧

备注

V（kN）

81.82

109.09

99.92

KV（kN）

99.384

130.908

119.904

0.25fcbh0（kN）

196.8>KV

截面尺寸满足要求

VC=0.7ftbh0（kN）

63.14

验算得不需计算

选用箍筋

φ8

双肢

ASV=nASV1（mm2）

101

n=2

S（mm）

200

SMAX（mm）

200

S=SMAX

ρsv=nASV1/bs

0.25%

ρsvmin

0.15%

ρsv>ρsvmin

5、裂缝开展宽度及变形验算

从略

6、绘制配筋草图

四、主梁设计（按弹性理论计算）

（一）、荷载计算

1、恒载设计值：

由次梁传来

12.05×6.6=79.53kN

主梁自重（折算为集中荷载）

1.05×25×0.25×（0.55-0.12）×6.9=19.47kN

梁侧抹灰（折算为集中荷载）

1.05×17×0.015×[（0.55-0.12）×2+0.25]×6.9=2.04KN

G=101.04kN

2、活荷载设计值：

由次梁传来Q=16.56×6.6=109.296kN

G+Q=210.336kN

（二）内力计算

1、计算跨度：

边跨：

ln=6.9-0.12-0.2=6.58m

l0=1.025ln=1.025×6.58=6.7445m

ln+a/2=6.58+0.37/2=6.765m

取l0=6.7445m，

中间跨：

ln=6.9-0.4=6.5m

l0=ln=6.5m

平均跨度

l0=（6.7445+6.5）/2=6.62m（计算支座弯矩时取值）

跨度差

（6.7445-6.5）/6.5=3.76%<10%

则可按等跨梁计算。

2、截面承载力计算

由于主梁线刚度较柱的线刚度大得多，故主梁可视为铰支柱顶上的连续梁，计算简图如图3所示。

对于承受固定或移动集中荷载的等跨连续梁，其弯矩和剪力可利用附录8的内力影响线性系数表，按下列公式计算

M=αQl。

（或αGl。

）

V=βQ（或βG）

式中α、β----弯矩系数和剪力系数；

Q、G----固定或移动的集中力；

l0-计算跨度，对边跨取6.7445m，对中间跨取6.5m，对支座取6.62m。

G+Q=210.336KNKN263.39263.39kN263.39kN263.39263.39kN

图3

α、β的取值：

查附录8表2，将次梁对主梁的集中作用点近似看作3、7、10、13、17、20、23、27位点（10、20位点对弯矩的效果为0），取值如下表所示：

表7、α取值表

序号

计算简图

中间支座α

力作用位点

边跨跨内α

中间跨跨内α（13位点）

3、7、13、17、23、27

0.2196

0.1236

-0.252

0.048

②

3、7、23、27

0.2622

0.2118

-0.126

③

13、17

-0.0378

-0.0882

-0.126

0.174

④

3、7、13、17

0.2118

0.0942

-0.294

0.069

⑤

3、7

0.2496

0.1824

-0.168

-0.105

表8、β取值表

序号

计算简图

力作用位点

端支座β

中间支座（左）β

中间支座（右）β

①

3、7、13、17、23、27

0.748

-1.252

0.919

②

3、7、23、27

0.874

-1.126

③

13、17

-0.126

④

3、7、13、17

0.706

-1.294

1.21

-0.084

0.79

⑤

3、7

0.832

-1.168

0.21

0.042

-0.21

表9、主梁弯矩计算（kN·m）

序号

计算简图

边跨跨内3

边跨跨内7

中间支座10

中间跨跨内13

/（KN·m）

MB（MC）

/（KN·m）

（1）

0.2196

149.65

0.1236

84.23

-0.252

-168.56

0.048

31.52

（2）

0.2622

193.28

0.2118

156.13

-0.126

-91.17

-0.126

-89.51

（3）

-0.0378

-27.86

-0.0882

-65.02

-0.126

-91.17

0.174

123.61

（4）

0.2118

156.13

0.0942

69.44

-0.294

-212.72

0.069

49.02

（5）

0.2496

184

0.1824

134.46

-0.168

-106.07

-0.105

-74.59

荷载组合

（1）+

（2）

342.93

240.36

-259.73

-57.99

（1）+（3）

121.79

19.21

-259.73

155.13

（1）+（4）

305.78

153.67

-381.28

80.54

（1）+（5）

333.65

218.69

-274.63

-43.07

最不利组合

（1）+

（2）

Mmax=342.93

（1）+（3）

Mmin=121.79

（1）+

（2）

Mmax=240.36

（1）+（3）

Mmin=19.21

（1）+

（2）

Mmax=-259.73

（1）+（4）

Mmin=-381.28

（1）+（3）

Mmax=155.13

（1）+

（2）

Mmin=-57.99

表10、主梁剪力计算（kN·m）

序号

计算简图

端支座

中间支座（左）

中间支座（右）

V1（kN）

V2L（kN）

V2R（kN）

（1）

0.748

75.58

-1.252

-126.50

0.919

92.86

（2）

0.874

95.52

-1.126

-123.07

（3）

-0.126

-13.77

-0.126

-13.77

1.000

109.296

（4）

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