《混凝土结构》课程设计现浇钢筋混凝土整体式肋梁楼盖结构.docx
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《混凝土结构》课程设计现浇钢筋混凝土整体式肋梁楼盖结构
《混凝土结构》（楼盖）课程设计任务书
一．设计题目
现浇钢筋混凝土整体式肋梁楼盖结构
二．设计目的
1．了解现浇混凝土结构单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖的一般设计过程；
2．通过单向板肋梁板、次梁的设计计算，掌握考虑塑性内力重分布的计算方法；通过主梁的设计计算，掌握按弹性理论分析内力的方法；
3．通过双向板、次梁、主梁的设计计算，掌握按弹性理论分析内力的方法；
4．熟悉现浇梁、板的构造要求；
5．掌握钢筋混凝土结构施工图的表达方式、制图规范、提高绘图能力；
6．学习绘制钢筋材料表。
三．设计内容及要求
（一）设计计算说明书的编制
依据有关规范、文献，进行结构选型、结构布置、结构设计计算。
主要包括如下内容：
1．进行结构选型、柱网布置，主、次梁布置；
2．楼板、主梁及次梁截面尺寸的确定；
3．混凝土、钢筋强度等级的选择；
4．确定连续板、连续次梁及连续主梁的计算单元及计算简图；
5．计算永久荷载（恒荷载）及可变荷载（活荷载）；
6．不同荷载下的连续板、连续次梁及连续主梁的内力计算：
单向板：
按考虑塑性内重分布的方法计算。
次梁：
按考虑塑性内重分布的方法计算。
主梁：
按弹性理论方法计算。
双向板及其主、次梁：
按弹性理论方法计算。
7．选取板、次梁及主梁控制截面内力，分别进行配筋设计及构造设计，并进行裂缝及变形验算。
（二）绘制结构施工图及钢筋材料表：
（1）楼盖结构布置图（楼板、次梁、主梁布置）；
（2）楼板配筋图及钢筋表；
（3）次梁的配筋图及钢筋表；
（4）主梁的抵抗弯矩图，配筋图及钢筋表。
（三）完成成果要求：
（1）设计计算书一份。
（2）绘制结构施工图一张A1号图纸，包括楼盖结构布置图，楼板配筋图，次梁的配筋图，主梁的抵抗弯矩图，配筋图。
四．设计原始资料
1．学生分组及设计参数见表1。
每组3-5人，其他参数由指导教师确定。
2．楼面做法：
工业仓库：
20-25mm厚水泥砂浆地面；钢筋混凝土现浇楼板；15-20mm厚石灰砂浆抹底。
百货商场、百货商场楼盖：
大理石地面，可根据相关图集由学生自己确定构造做法。
钢筋混凝土现浇楼板，15-20mm厚石灰砂浆抹底，吊顶材料自选。
3．材料：
混凝土强度等级为C25-C40；主、次梁内纵向受力钢筋为HRB335或HRB400；板中钢筋及梁中箍筋为HPB300或HRB335。
4．楼面活荷载查阅荷载规范确定。
表1学生分组及主要参数表
分组
楼盖类型
楼盖用途
楼盖矩形
平面尺寸（轴线）
（m）
边柱
尺寸（mm）
中柱
尺寸
（mm）
主柱网尺寸（m）
1
单向板
工业仓库楼盖
33×19.8
500×500
400×400
6.6×6.6
2
单向板
工业仓库楼盖
30×18
500×500
400×400
6.0×6.0
3
单向板
工业仓库楼盖
31.5×18.9
500×500
400×400
6.3×6.3
4
单（双）向板
办公写字楼楼盖
37.5×22.5
600×600
550×550
7.5×7.5
5
单（双）向板
办公写字楼楼盖
39×23.4
600×600
550×550
7.8×7.8
6
单（双）向板
办公写字楼楼盖
40×24
600×600
550×550
8.0×8.0
7
单（双）向板
百货商场楼盖
37.5×22.5
600×600
550×550
7.5×7.5
8
单（双）向板
百货商场楼盖
39×23.4
600×600
550×550
7.8×7.8
9
单（双）向板
百货商场楼盖
42×25.2
600×600
550×550
8.4×8.4
10
单（双）向板
百货商场楼盖
33×19.8
500×500
400×400
6.6×6.6
11
单（双）向板
百货商场楼盖
37.5×22.5
550×550
450×450
7.5×7.5
注：
梁柱线刚度比大于5。
《混凝土结构》（楼盖）课程设计指导书
楼盖结构设计的整体专业知识概念框图
第一部分设计计算说明书的编制
混凝土肋梁楼盖结构设计的计算说明书，主要包括如下内容：
一、楼盖结构选型及结构布置
依据设计任务书的给定资料，确定楼盖结构的类型，选择柱网尺寸，进行主、次梁布置。
并初步确定构件的截面形状、尺寸，对选用楼板、次梁、主梁等构件类型及相关尺寸（跨度）的说明。
1、在设计中，对l2/l2≥3的板按单向板计算，而忽略长跨方向的弯矩，仅通过长跨方向配置必要的构造钢筋予以考虑；
对l2/l1≤2的板按双向板计算；
当2＜l2/l1＜3时，宜按双向板计算，如按单向板计算，则需注意在长跨方向配置足够的构造钢筋。
2、当L1梁与L2梁的线刚度比大于8时，L2梁在交叉点处的负弯矩与连续梁L2’梁中间支座负弯矩基本接近。
3、肋形楼盖的结构布置（包括柱网布置、主梁布置、次梁布置）
柱网布置决定了主梁的跨度，主梁布置决定了次梁的跨度，次梁布置决定了板的跨度。
通常钢筋混凝土主梁的经济跨度为5~8m。
主梁应尽可能沿柱网短跨方向布置，主梁与柱形成框架作为抗侧力体系。
肋形楼盖中，板的混凝土用量占整个楼盖的50％～60％。
因此次梁间距一般不宜太大，单向板跨度取1.5~3m（双向板的跨度取4~6m较为合适，板双向受力比单向受力更为有效，宜优先考虑双向板布置）。
4、构件的尺寸选择
单向板：
连续，h/l不小于1/40
简支，h/l不小于1/35
最小板厚，一般屋面≥60mm
一般楼面≥70mm
双向板：
四边简支，h/l1不小于1/45
四边连续，h/l1不小于1/50
连续次梁：
h/l不小于1/18~1/12
连续主梁或框架梁：
h/l不小于1/14~1/10。
二、计算单元及计算简图
1．板
板为连续板，从整个板面上沿板短跨方向取单位板宽（b=1000mm）作为计算单元。
通常，板的刚度远小于次梁的刚度，次梁可作为单位板宽板带的不动支座，故可按单位板宽板带简化为连续梁计算。
仅在荷载组合中考虑次梁对板的约束作用。
2．次梁
次梁为连续梁，取一次梁相邻两跨1/2跨度宽的从属面积作为计算单元。
对于次梁和主梁组成交叉梁系，当主次梁线刚度比大于8时，主梁可作为次梁的不动支座，次梁可简化为支承于主梁和墙上的连续梁。
仅在荷载组合中考虑主梁对次梁约束作用。
3．主梁
以主次梁交点为中心的四面各1/2跨宽所围面积作为（集中荷载）计算单元。
当主梁线刚度与柱线刚度之比大于5时，主梁的转动受柱端的约束可忽略，而柱的受压变形通常很小，则此时柱可作为主梁的不动铰支座，主梁也可简化为连续梁。
当主梁与柱形成框架结构时，则按框架计算。
4.计算简图跨度
钢筋混凝土楼盖结构通常为现浇整体，连续梁的计算跨度l0应根据支座实际尺寸和受力情况确定。
从理论上来说，计算跨度l0是两端支座处转动点之间的距离按弹性理论计算连续梁内力时，几种支座情况下计算跨度l0的确定方法见图。
按塑性理论计算时，考虑到塑性铰位于支座边，计算跨度取净跨ln。
按照弹性理论计算
考虑塑性内力重分布
图1梁、板计算简图
三、荷载计算
1.折算荷载：
板：
折算恒载：
；折算活载：
次梁：
折算恒载：
；折算活载：
2.荷载组合
①活荷载不利布置
连续梁上荷载包括恒荷载和活荷载
恒荷载保持不变，而活荷载由于其空间位置的随机性，在各跨的布置具有不确定性。
为确定各跨各个截面可能产生的最大内力，就需要确定针对某一指定截面内力的活荷载最不利布置，见图2。
并与恒荷载作用下产生的内力组合，得到该截面的内力设计值。
②内力计算
按弹性理论计算连续梁的内力可采用结构力学方法。
对于工程中经常遇到的2~5跨等跨连续梁，在不同荷载布置下的内力已编制表格供查用。
5跨以上的等跨连续梁可简化为5跨计算，即所有中间跨的内力均取与第3跨相同。
计算单元（图3）范围内的荷载计算包括：
1）竖向的恒荷载（构件自重）：
按材料重度与体积或面积相乘计算转为线荷载或集中荷载；
2）楼面活荷载；按荷载标准值与计算单元宽度相乘转为线分布荷载。
相关材料的重力密度、荷载标准值可查《建筑结构荷载规范》。
图2活荷载布置
图3计算单元
四、内力计算及内力包络图
1．内力计算
弹性理论计算连续梁板时，假定结构的刚度不因荷载大小和作用时间的长短而变化，内力与荷载之间呈线性关系。
但是钢筋混凝土超静定结构在承受荷载的过程中，由于混凝土的非弹性变形、裂缝的出现和开展、钢筋的锚固滑移以及塑性铰的形成和转动等因素的影响，结构构件的刚度在受力不同阶段不断发生变化，这种刚度随荷载变化而引起的内力变化称为结构的塑性内力重分布。
图4弹性内力计算
按塑性内力重分布计算时，可充分发挥各截面承载力，发挥材料性能，从而提高整个结构的极限承载力。
但预应力结构、直接承受动荷载的结构等不宜采用。
图5塑性内力计算系数
连续梁、板设计考虑塑性内力重分布的分析方法很多，其中最简便的方法是弯矩调幅法（简称调幅法）。
所谓调幅法是先按弹性理论求结构控制截面的弯矩值，然后根据需要，适当调整某些截面的弯矩值，通常是支座处（边缘）截面绝对值较大的弯矩进行调整。
采用调幅法计算连续梁、板时，一般应遵循如下原则：
1）截面弯矩调幅系数不宜超过0.25。
2）弯矩调整后的截面相对受压区高度不应超过0.35，以保证塑性铰具有足够的转动能力；也不宜小于0.10，是保证塑性铰处混凝土裂缝宽度和挠度在允许的限值内。
3）弯矩调幅后，梁、板各跨两支座控制截面弯矩平均值的绝对值与跨中弯矩值之和不得小于该跨按简支梁、板计算的跨中弯矩值的1.02倍；同时，各支座控制截面的弯矩不宜小于简支跨中弯矩值的1/3。
即：
（1）
（2）
式中
、
——分别为按考虑塑性内力重分布计算的支座控制截面的弯矩；
——按考虑塑性内力重分布计算的跨中弯矩值；
——按简支梁、板计算的跨中弯矩值。
4）连续梁、板设计考虑塑性内力重分布后的斜截面受剪承载力的计算方法与未考虑塑性内力重分布的计算方法相同。
但为了防止结构在实现弯矩调幅所要求的内力重分布之前发生剪切破坏，应将下列区段内计算的箍筋截面面积增大20%：
对集中荷载，取支座边至最近一个集中荷载之间的区段；对均布荷载，取支座边至距支座边为1.05h0的区段（h0为梁的有效高度）。
箍筋的配箍率应满足下列要求：
（3）
5）当多跨连续梁的跨数大于或等于5跨时，可按5跨计算；当跨数小于5时，可按实际跨数计算。
为简化计算，当相邻跨度相差不超过10%时，可按等跨计算；否则，当相邻跨度相差超过10%时，可按不等跨计算。
2．内力的计算截面位置
按塑性理论计算（次梁、板）时，考虑到塑性铰具有一定的长度，因此，弯矩计算截面的位置为计算简图中跨中及支座处；剪力计算截面的位置为支座内、外侧截面。
按弹性理论计算（主梁）时，弯矩、剪力的计算截面为支座边缘处（图6）。
可根据荷载性质（均布、集中）按下列相应公式计算：
均布荷载
（4）
集中荷载
（5）
式中
、
——支座中心处截面上的弯矩和剪力设计值；
——支座边缘处剪力设计值；
——按简支梁计算的支座剪力设计值；
——支座宽度。
图6支坐边缘处内力图7内力包络图
3．内力包络图
按弹性理论计算主梁时，将恒荷载作用下各截面产生的内力和相应截面最不利活荷载布置下产生的内力叠加,便得出截面可能出现的最不利内力,各截面最不利内力的连线称为内力包络图,主要有剪力包络图和弯矩包络图。
利用内力包络图及材料图可以确定梁纵向钢筋的弯起位置、根数以及支座处钢筋的截断位置、数量。
按弹性理论计算内力时，应考虑活荷载的最不利布置，一般布置规律如下：
1）欲求某支座截面最大负弯矩时，应在该支座相邻两跨布置活荷载，然后隔跨布置；
2）求跨内截面最大正弯矩时，应在该跨内布置活荷载，然后隔跨布置；
3）求跨内截面最小正弯矩时，该跨不布置活荷载，而在其相邻两跨布置活荷载，然后隔跨布置；
4）求某支座截面最大剪力时，应在该支座相邻两跨布置活荷载，然后隔跨布置；
一般对于n跨连续梁，有1+n种最不利荷载组合。
每种组合中包含恒荷及一种布置活荷。
可以根据控制截面最不利组合，进行内力计算。
计算方法可以采用静力计算手册，或二次弯矩分配法。
可列表组合及计算。
五、截面设计与构造
1．板
（1）截面设计
四周与梁整体连接的单向板，可形成具有一定矢高的内拱，从而可减小板中各计算截面的弯矩。
因此，设计时将其中间跨的跨中截面及中间支座可将计算得出的弯矩乘以折减系数0.8，对于边跨跨中和第一内支座不折减，因为内拱作用不可靠。
（2）构造要求
当多跨单向板采用分离式配筋时，跨中正弯矩钢筋宜全部伸入支座；支座负弯矩钢筋向跨内的延伸长度应覆盖负弯矩图并满足钢筋锚固的要求。
板中受力钢筋的间距，当板厚h≤150mm时，不宜大于200mm；当板厚h>150mm时，不宜大于1.5h，且不宜大于250mm。
简支板或连续板下部纵向受力钢筋伸入支座的锚固长度不应小于5d，d为下部纵向受力钢筋的直径。
当连续板内温度、收缩应力较大时，伸入支座的锚固长度宜适当增加。
当现浇板的受力钢筋与梁平行时，应沿梁长度方向配置间距不大于200mm且与梁垂直的上部构造钢筋，其直径不宜小于8mm，且单位长度内的总截面面积不宜小于板中单位宽度内受力钢筋截面面积的三分之一。
该构造钢筋伸入板内的长度从梁边算起每边不宜小于板计算跨度l0的四分之一。
图8现浇板中与梁垂直的构造钢筋
1-主梁；2-次梁；3-板内受力筋；4-上部构造钢筋
对与支承结构整体浇筑或嵌固在承重砌体墙内的现浇混凝土板，应沿支承周边配置上部构造钢筋，其直径不宜小于8mm,间距不宜大于200mm，并应符合下列规定：
1）现浇楼盖周边与混凝土梁或混凝土墙整体浇筑的单向板或双向板，应在板边上部设置垂直于板边的构造钢筋，其截面面积不宜小于板跨中相应方向纵向钢筋截面面积的三分之一；该钢筋自梁边或墙边伸入板内的长度，在单向板中不宜小于受力方向板计算跨度的五分之一（在双向板中不宜小于板短跨方向计算跨度的四分之一）；在板角处该钢筋应沿两个垂直方向布置或按放射状布置；当柱角或墙的阳角突出到板内且尺寸较大时，亦应沿柱边或墙阳角边布置构造钢筋，该构造钢筋伸入板内的长度应从柱边或墙边算起。
上述上部构造钢筋应按受拉钢筋锚固在梁内、墙内或柱内；
2）嵌固在砌体墙内的现浇混凝土板，其上部与板边垂直的构造钢筋伸入板内的长度，从墙边算起不宜小于板短边跨度的七分之一；在两边嵌固于墙内的板角部分，应配置双向上部构造钢筋，该钢筋伸入板内的长度从墙边算起不宜小于板短边跨度的四分之一；沿板的受力方向配置的上部构造钢筋，其截面面积不宜小于该方向跨中受力钢筋截面面积的三分之一；沿非受力方向配置的上部构造钢筋，可根据经验适当减少。
当按单向板设计时，除沿受力方向布置受力钢筋外，尚应在垂直受力方向布置分布钢筋。
单位长度上分布钢筋的截面面积不宜小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15%，且不宜小于该方向板截面面积的0.15%；分布钢筋的间距不宜大于250mm，直径不宜小于6mm；对集中荷载较大的情况，分布钢筋的截面面积应适当增加，其间距不宜大于200mm。
在温度、收缩应力较大的现浇板区域内，钢筋间距宜取为150-200mm，并应在板的末配筋表面布置温度收缩钢筋，板的上、下表面沿纵、横两个方向的配筋率均不宜小于0.1%。
温度收缩钢筋可利用原有钢筋贯通布置，也可另行设置构造钢筋网，并与原有钢筋按受拉钢筋的要求搭接或在周边构件中锚固。
2．次梁
在截面设计时，由于次梁和板整体浇筑，板可以作为次梁的上翼缘。
因此，在正弯矩作用下，跨中截面按T形截面计算；在负弯矩作用下，跨中、支座截面按矩形截面计算；进行斜截面承载力计算时，支座、跨中截面皆按矩形截面考虑。
次梁中受力钢筋的弯起和截断一般按弯矩包络图确定。
但当次梁相邻跨度相差不大于20%及
时，可按经验构造确定（参见相关资料）。
钢筋混凝土简支梁和连续梁简支端的下部纵向受力钢筋，带肋的钢筋伸入梁支座范围内的锚固长度las应不小于12d。
当梁端实际受到部分约束但按简支计算时，应在支座区上部设置纵向构造钢筋，其截面面积不应小于梁跨中下部纵向受力钢筋计算所需截面面积的四分之一，且不应少于两根；该纵向构造钢筋自支座边缘向跨内伸出的长度不应小于0.2l0,此处，l0为该跨的计算跨度。
在混凝土梁中，宜采用箍筋作为承受剪力的钢筋。
当采用弯起钢筋时，其弯起角宜取45°或60°；在弯起钢筋的弯终点外应留有平行于梁轴线方向的锚固长度，在受拉区不应小于20d，在受压区不应小于10d，此处，d为弯起钢筋的直径；梁底层钢筋中的角部钢筋不应弯起，顶层钢筋中的角部钢筋不应弯下。
梁中箍筋的最大间距（mm）
表1
梁高h
V>0.7ftbh0
V≤0.7ftbh0
150＜h≤300
150
200
300＜h≤500
200
300
500＜h≤800
250
350
h>800
300
400
梁内架立钢筋的直径，当梁的跨度小于4m时，不宜小于8mm;当梁的跨度为4-6m时，不宜小于10mm;当梁的跨度大于6m时，不宜小于12mm.
当梁的腹板高度hw≥450mm时，在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋，每侧纵向构造钢筋（不包括梁上、下部受力钢筋及架立钢筋）的截面面积不应小于腹板截面面积bhw的0.1%，且其间距不宜大于200mm。
此处，腹板高度hw按本规范第7.5.1条的规定取用。
3．主梁
主梁的截面设计与次梁相似,主梁进行正截面承载力计算时，支座按矩形截面、跨中按T形截面考虑；进行斜截面承载力计算时，支座、跨中截面皆按矩形截面考虑。
但计算支座截面时，由于主、次梁承受负弯矩的钢筋交叉布置，主梁的截面有效高度
减小。
当主梁支座负弯矩钢筋为单排时，取
；为双排时，取
主梁的纵向钢筋的弯起或截断根据内力包络图及材料图确定。
为防止次梁传来的集中荷载在主梁腹中产生斜裂缝而引起局部破坏，主梁腹部必须有足够的抗冲切能力，位于梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋（箍筋、吊筋）承担，附加横向钢筋宜采用箍筋。
箍筋应布置在长度为s的范围内，此处，s=2h1+3b。
当采用吊筋时，其弯起段应伸至梁上边缘，且末端水平段长度应满足拉区20d、压区10d的规定。
图9梁截面高度范围内有集中荷载作用时附加横向钢筋的布置
（a）附加箍筋；（b）附加吊筋
1-传递集中荷载的位置；2-附加箍筋；3-附加吊筋
4．弯矩包络图及材料图
图10梁负弯矩区的钢筋截断位置
图11弯起钢筋弯起点与弯矩图之间的关系
第二部分结构施工图绘制
结构施工图包括：
结构布置图（主梁、次梁及板），板配筋图，次梁配筋图，主梁内力包络图及配筋图，材料表及设计说明等。
要求采用适当比例，手工绘制在一张A1号图纸内。
一．一般规定
按照结构制图标准，图纸幅面尺寸、标题栏（会签栏）、绘图线型和宽度、字体、尺寸标注、符号、钢筋编号等都应符合标准的要求，文字应为工程字，图面布置美观、整洁。
二．结构布置图
主梁、次梁、板的布置
三．主梁内力包络图、配筋图及材料表
四．次梁、板的配筋图及材料表
五．图纸上文字说明
图形无法表达的内容，可以用文字说明，但要简练。
应用工程字，注意字大小应与图幅相协调。
主要参考资料
一．选用规范
1．《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
2．《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）2006版
3．《建筑结构制图标准》（GB/T50105-2010）
二．其他
1．《混凝土结构设计原理》及相关教材
2．楼地面构造做法图集。
3．相关参考资料
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