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水工钢筋混凝土结构课程设计

水工钢筋混凝土结构课程设计任务书

Curriculumdesignofreinforcedconcrete

structuresofhydraulicmissionstatement

摘要：

根据所给的设计资料和设计要求，采用科学的计算方法和严密的设计思路设计一个钢筋混凝土现浇单向板肋形肋形楼盖。

并要求有完整详细的配筋计算过程及校核，确保计算无误，配筋图详细。

Abstract：

Accordingtothedesigninformationanddesignrequirements,tightdesignideasusingscientificmethodsofcalculationanddesignofanin-situreinforcedconcreteslabribribbedfloor.Andrequiresthefullreinforcementcalculationprocessindetailandcheck,ensurecalculationsarecorrect,reinforcingdetail.

关键词：

肋形楼盖、混凝土、钢筋、荷载、计算跨度、板的计算、次梁计算、主梁计算、配筋图

Keywords:

ribbedfloor,concrete,steel,load,spancalculations,calculationoftheboard,sub-beamcalculation,calculationofthemainbeam,reinforcementplans

一、内容

钢筋混凝土现浇单向板肋梁楼盖

二、设计资料

某多层工业建筑楼盖平面如图（附图1）采用钢筋混凝土现浇单向板肋梁楼盖

1.楼层平面

L1=18mL2=30m墙体厚度：

370mm

板搁置长度：

120mm次梁搁置长度：

240mm主梁搁置长度：

240mm

2.建筑位于非地震区

3.结构安全级别为Ⅱ级

4.结构环境类别为一类

5.建筑材料等级：

混凝土：

梁、板C20

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：

25kN/m3

水磨石面层：

0.65kN/m2

石灰砂浆抹面15mm：

17kN/m3

楼面活荷载：

4kN/m2

（建议尺寸：

柱=350mm×350mm）

7.结构平面布置及尺寸初估与验算：

结构布置：

主梁沿短边L1布置，次梁沿长边L2布置

尺寸初估：

板的搁置长度为120mm,梁的搁置长度为240mm，主梁的搁置长度为240mm。

板厚：

h=80mm

次梁：

高h=500mm，宽b=200mm，间距l1=2.0m。

主梁：

高h=700mm，宽b=300mm，间距l2=6.0m。

柱：

b×h=350mm×350mm，柱网尺寸为6.0m×6.0m。

尺寸验算：

板的厚度按构造要求取h=80mm>l/40=2000/40=50mm。

次梁截面高度取h=500mm>l/15=6000/15=400mm，截面宽度b=200mm。

主梁截面梁高度取h=700mm>l/15=6000/15=400mm，截面宽度b=300mm。

8.使用要求：

梁板的变形和裂缝宽度在本设计中均不考虑。

9.采用的规范：

水工混凝土结构设计规范（SL/T191-96）,建筑结构荷载规范（GBJ9-87）。

图1楼盖平面图

Fig.1floorsystemplan

三、设计要求

板的设计：

按考虑塑性内力重分布方法计算

次梁的设计：

按考虑塑性内力重分布方法计算

主梁的设计：

按弹性理论分析方法计算

四、设计成果

计算书1份

板的平面配筋图（比例自拟）

次梁配筋图（比例自拟）

主梁材料图与配筋图（比例自拟）

五、要求

参考现行设计规范，认真、独立、按时完成

六、参考资料

赵鲁光主编，《水工钢筋混凝土结构习题与课程设计》，中国水利水电出版社，1998。

海河大学等合编，《水工钢筋混凝土结构学》，中国水利水电出版社，1996。

七、板的计算

板按考虑塑性内力重分布方法计算。

板的尺寸及计算简图如图所示

1.荷载计算

恒载标准值：

水磨石面层0.65kN/m2

板自重25×0.08=2.0kN/m2

板底抹灰17×0.015=0.255kN/m2

合计2.905kN/m2

恒载设计值：

g=2.905×1.05=3.05kN/m2

活载标准值：

4kN/m2

活载设计值：

q=1.2×4=4.8kN/m2

P=g+q=3.05+4.8=7.85

2.内力计算

板厚h=80mm,次梁b×h=200mm×500mm

计算跨度：

边跨L01=Ln+h/2=2000-120-200/2+80/2=1820mm

L01=Ln+a/2=2000-120-200/2+120/2=1840mm

选其中较小者L01=1820mm

中跨L02=Ln=2000-200=1800mm

跨度差：

（L01-L02）/L02=（1820-1800）/1800=1.1%<10%，故按等跨连续板计算。

板的弯矩计算表：

连续板各截面弯矩计算

截面

边跨跨中

离端第二支座

离端第二跨跨中及中间跨跨中

中间支座

弯矩计算系数

1/11

-1/11

1/16

-1/14

2.364

-2.364

1.590

-1.817

3截面承载力计算：

取a=25,b=1000mm,h=80mm,h0=h-a=80-25=55mm,fc=9.6N/mm2,fy=210N/mm2,K=1.2各截面的配筋计算见下表：

板的配筋计算

板带部位

边区板带（①～②、⑤～⑥轴线间）

中间区板带（②～⑤轴线间）

板带部位截面

边跨跨中

离端第二支座

离端第二跨跨中及中间跨跨中

中间支座

边跨跨中

离端第二支座

离端第二跨跨中及中间跨跨中

中间支座

M/kN·m

2.364

-2.364

1.590

-1.817

2.364

-2.364

1.590×0.8=1.272

-1.817×0.8=-1.454

0.098

0.098

0.066

0.075

0.098

0.098

0.053

0.060

0.103

0.103

0.068

0.078

0.103

0.103

0.054

0.062

As=fcbζh0/fy（mm2）

258.97

258.97

170.97

196.11

258.97

258.97

135.77

155.89

选配钢筋

Φ6/8@150

Φ6/8@150

Φ6@150

Φ6@150

Φ6/8@150

Φ6/8@150

Φ6@200

Φ6@180

实配钢筋面积（mm2）

262

262

188

201

262

262

141

157

中间板带②～⑤轴线间，其各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内拱作用，其弯矩降低20%。

表中ζ的最大值为0.103<ζb=0.614

表中所选最小配筋面积As=141mm2

验算最小配筋率ρ=As/（bh0）=141/（1000×55）=0.26%>ρmin=0.20%满足要求。

八．次梁的计算

次梁按考虑塑性内力重分布方法计算。

1．荷载计算

恒载板传递荷载3.05×2=6.10kN/m

次梁自重1.05×25×0.2×（0.50-0.08）=2.205kN/m

梁侧抹灰1.05×17×0.015×（0.50-0.08）×2=0.225kN/m

合计：

g=8.530kN/m

活荷载（由板传来）：

q=4.8×2=9.6kN/m

总荷载p=g+q=8.530+9.6=18.130kN/m

2.内力计算

计算跨度：

边跨Ln=6000-240-300/2=5610mm

L01=（6000-240-300/2）×1.025=5750mm

L01=Ln+a/2=5610+240/2=5730mm

故取较小者L01=5730mm

中跨L02=6000-300=5700mm

跨度差：

（5730-5700）/5700=0.53%<10%,按等跨连续梁计算。

次梁尺寸及计算简图如图所示

次梁弯矩计算表如下表所示（M=αmbpL02）

次梁弯矩计算

截面

边跨跨中

离端第二支座

离端第二跨跨中及中间跨

中间支座

弯矩计算系数αmb

1/11

-1/11

1/16

1/14

54.11

-54.11

36.82

42.07

次梁简力计算表如下表所示（V=αvbpLn）

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αvb

0.45

0.6

0.55

0.55

45.769

62.005

56.838

56.838

3.配筋计算

（1）次梁正截面抗弯计算

跨中截面按T形截面计算，翼缘宽度为

边跨bf＇=L01/3=5730/3=1910mm

中跨bf＇=L02/3=5700/3=1900mm

hf＇=80mm，h=500mm，a=40mm，h0=500-40=460mm

判别T形截面类型：

fcbf＇hf＇（h0—hf＇/2）=9.6×1900×80×（460-80/2）×10-6=612.86kN·m

K

=1.2×54.11=64.93kN·m

hf＇/2），故次梁跨中截面均按第一类T形截面（x≤

）计算。

支座处按矩形截面计算，h0=460b=200mmfc=9.6N/mm2fy=300N/mm2

次梁正截面承载力计算见下表。

次梁正截面承载力计算

截面

边跨跨中

离端第二支座

离端第二跨跨中及中间跨跨中

中间支座

M/kN·m

54.11

-54.11

36.82

42.07

b或bf＇

1910

200

1900

200

0.017

0.160

0.011

0.124

0.017

0.175

0.011

0.133

As=fcbζh0/fy（mm2）

477.95

515.20

307.65

391.55

选配钢筋

3Φ14

2Φ12+2Φ14

3Φ12

1Φ14+2Φ12

实际钢筋面积

（mm2）

461

534

339

379.9

表中ζ的最大值为0.175<ζb=0.550;

表中所选最小配筋面积As=339mm2;

验算最小配筋率ρ=As/（bh0）=339/（200×460）=0.37%>ρmin=0.20%满足要求。

其中ζ=x/h0均小于0.35，所以符合塑性内力重分布条件。

次梁斜截面承载力计算见下表。

次梁斜截面承载力计算

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

V（kN）

45.769

62.005

56.838

56.838

0.25fcbh0

（kN）

220.800>KV

220.800>KV

220.800>KV

220.800>KV

=0.7ftbh0

（kN）

70.840>KV

70.840

70.840>KV

70.840>KV

配筋方法

构造配筋

须计算配筋

构造配筋

构造配筋

选用箍筋

双肢箍Φ6

双肢箍Φ6

双肢箍Φ6

双肢箍Φ6

=nAsv1（mm2）

57

57

57

57

实际钢筋间距S（mm）

250

200

250

250

离端第二支座左侧配箍计算：

根据KV=V

+V

的条件，得

选用双肢箍Φ6，即

=57mm2

s=57/0.030=1900mm,取s=200mm≤s

200mm。

表中所选最小配筋面积As=57mm2;

验算最小配筋率ρ=As/（b×s）=57/（200×200）=0.143%>ρmin=0.125%满足要求。

9.主梁的计算

主梁按按弹性理论计算。

主梁尺寸及计算简图如下图所示

1．荷载计算

恒载次梁传递荷载：

8.53×6=51.18kN

主梁自重:

1.05×25×0.3×（0.7-0.08）=4.883kN/m

主梁梁侧抹灰重:

1.05×17×0.015×（0.7-0.08）×2=0.332kN/m

合计g=51.18+4.883×2+0.332×2=61.61kN

活载q=9.6×6=57.6kN

总荷载p=g+q=61.61+57.6=119.21kN

2.内力计算

计算跨度边跨ln=6000-240-350/2=5585mm

l0=1.05ln=5864mm

中跨ln=6000-350=5650mm

l0=1.05ln=5933mm

平均跨度：

（5864+5933）/2=5899mm

跨度差：

（5933-5864）/5933=1.16%<10%,可按等跨连续梁计算。

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。

在各种不同分布的荷载作用下的内力计算可采用等跨连续梁的内力系数表进行，跨中和支座截面最大弯矩及剪力按下列公式计算，则：

M=

+

；

V=

；

αβ系数表：

力所在的截面

系数α

系数β

所要计算弯矩的截面

支座截面的剪力

3.3

6.7

B

13.3

3.3

0.1744

0.0567

-0.0778

-0.0457

0.592

-0.4078

0.0973

6.7

0.0767

0.1349

-0.0974

-0.0572

0.233

-0.7674

0.1217

13.3

-0.0257

-0.0522

-0.0779

0.1301

-0.0779

-0.0779

0.6944

16.7

-0.0177

-0.0358

-0.0535

0.0473

-0.0535

-0.0535

0.3056

23.3

0.0073

0.0163

0.0243

-0.0158

0.0292

0.0292

-0.1217

26.7

0.0064

0.013

0.0195

-0.0126

0.0195

0.0195

-0.0973

Σ

0.2214

0.1329

-0.2628

0.0461

0.7423

-1.2579

1

具体计算结果以及最不利内力组合见下表：

项次

荷载简图

弯矩（

）

剪力

边跨跨中

B支座

中间跨跨中

A支座

B支座

①

0.2214

0.1329

-0.2628

0.0461

0.0461

0.7423

-1.2579

1

79.988

48.014

-95.503

16.851

16.851

45.733

-77.499

61.61

②

0.2648

0.2209

-0.1314

-0.1313

-0.1313

0.8737

-1.1265

0

89.441

74.613

-44.644

-44.871

-44.871

50.325

-64.886

0

③

-0.0434

-0.088

-0.1314

0.1774

0.1774

-0.1314

-0.1314

1

-14.659

-29.723

-44.644

60.625

60.625

-7.569

-7.569

57.6

④

0.2077

0.1036

-0.3066

0.0745

0.0745

0.6936

-1.3066

1.219

70.154

34.993

-104.168

25.46

25.46

39.951

-75.26

70.214

内

力

不

利

组

合

①+②

169.918

122.627

-140.147

-28.02

-28.02

95.450

-142.970

61.61

①+③

65.581

18.291

-140.147

77.476

77.476

37.850

-85.370

119.21

①+④

150.395

83.007

-199.671

42.311

42.311

85.359

-153.061

131.824

最不利内力设计值组合表

计算截面的弯矩设计值（kN/m）

支座截面的剪力设计值（kN）

3.3

6.7

B支座

13.3

16.7

A支座

B支座左侧

B支座右侧

最不利内力

最大值

169.918

122.627

-140.147

77.476

77.476

95.45

-85.37

131.824

最小值

65.581

18.291

-199.671

-28.02

-28.02

37.85

-153.061

61.61

弯矩和剪力包络图如下所示

3配筋计算

（1）正截面抗弯承载力计算

跨中截面按T形梁计算,翼缘宽度为:

中跨:

bf＇=l0/3=5933/3=1978mm

边跨:

bf＇=l0/3=5864/3=1955mm

hf＇=80mm,h0=700-40=660mm

中跨：

fcbf＇hf＇（h0-hf’/2）=9.6×1978×80×（660-80/2）=941.844kN·m>KM=92.97kN·m。

边跨：

fcbf＇hf＇（h0-hf’/2）=9.6×1955×80×（660-80/2）=930.893kN·m>KM=203.902kN·m。

故跨中截面按第一类T形截面计算,支座处按矩形截面计算，取h0=700-80=620mm（因支座弯矩较大考虑布置两排纵筋，并布置在次梁主筋下面）。

b=300mm,fc=9.6N/mm2,fy=300N/mm

因为梁与支座整体连接,所以支座B的计算弯矩为:

MB=┃MB┃-0.025

┃VBR┃=┃-199.671┃-0.025×5.65×┃131.824┃=181.051kN·m

主梁正截面承载力计算如下表所示

主梁正截面承载计算

截面

边跨跨中

中间支座

中间跨跨中

M/kN·m

169.918

-199.671

77.476

0.025

┃VBR┃kN·m

18.620

M-0.025

┃VBR┃kN·m

181.051

b/bf＇

1955

300

1978

αs=KM/（fcbf＇bh02）

或αs=KM/（fcbh02）

0.0244

0.187

0.0122

0.0247

0.2088

0.0123

As=fcbf＇ζh0/fy（mm2）

1019.853

1242.778

513.837

选配钢筋

4Φ18

2Φ18+2Φ22

2Φ12+2Φ22

实际钢筋面积

（mm2）

1017

1269

986

表中ζ的最大值为0.2088<ζb=0.550;

表中所选最小配筋面积As=986mm2;

验算最小配筋率ρ=As/（bh0）=986/（300×660）=0.50%>ρmin=0.20%满足要求。

主梁斜截面承载力计算如下表所示

主梁斜截面承载力计算

截面

支座A

支座Bl

支座Br

V（kN·m）

95.450

153.061

131.824

0.25fcbh0

（kN）

475.200>KV

446.400>KV

446.400>KV

Vc=0.7ftbh0

（kN）

152.460>KV

143.220

143.220

选用箍筋

2Φ8（构造配筋）

2Φ8（计算配筋）

2Φ8（计算配筋）

Asv=nAsv1（mm2）

101

101

101

s=1.25fyvAsvh0/（KV-0.7ftbh0）

406.340

1098.134

实际箍筋间距S（mm）

200

200

200

V

+V

=0.7ftbh0+1.25fyvAsvh0/S

208.97>KV

208.97>KV

实际钢筋面积（mm2）

 101

101

101

表中所选最小配筋面积As=101mm2;

验算最小配筋率ρ=As/（b×s）=101/（300×200）=0.168%>ρmin=0.15%满足要求。

板、次梁、主梁配筋图见附图！