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
3
2、板的设计
6
3、次梁设计
9
4、主梁设计
13
5、结论
21
6、参考文献
21
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②-⑤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(①-②,⑤-⑥轴线间)
中间区板带(②-⑤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
0.074
0.049
0.056
0.074
0.074
0.039
0.045
=1-(1-2αs)0.5
0.077
0.077
0.050
0.058
0.077
0.077
0.040
0.046
0.85
b
0.468
0.468
0.468
0.468
0.468
0.468
0.468
0.468
满足
As=
bh0fc/fy(mm2)
316.8
316.8
205.7
238.6
316.8
316.8
164.6
189.3
两者取大
Asmin=0.002bh
240
240
240
240
240
240
240
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
335
251
251
335
335
251
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 0.55 V=αVb(g+q)Ln (kN) 81.82 109.09 99.92 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 b 0.468 0.468 0.468 0.468 满足 As=fcbh0 /fyAs=fcbf’h0 /fy(mm2) 1111.5 1511.4 694.4 989.2 Asmin=0.002bh 180 180 180 180 满足 选配钢筋 3 25 3 25 3 22 3 22 实配钢筋面积(mm2) 1473 1473 1140 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 99.92 KV(kN) 99.384 130.908 119.904 119.904 0.25fcbh0(kN) 196.8>KV 196.8>KV 196.8>KV 196.8>KV 截面尺寸满足要求 VC=0.7ftbh0(kN) 63.14 63.14 63.14 63.14 验算得不需计算 选用箍筋 φ8 φ8 φ8 φ8 双肢 ASV=nASV1(mm2) 101 101 101 101 n=2 S(mm) 200 200 200 200 SMAX(mm) 200 200 200 200 S=SMAX ρsv=nASV1/bs 0.25% 0.25% 0.25% 0.25% ρsvmin 0.15% 0.15% 0.15% 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 10 1 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 -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 0 ③ 13、17 -0.126 -0.126 1 ④ 3、7、13、17 0.706 -1.294 1.21 -0.084 -0.084 0.79 ⑤ 3、7 0.832 -1.168 0.21 0.042 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 α M1 /(KN·m) α M1 /(KN·m) α MB(MC) /(KN·m) α M2 /(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) β V1(kN) β V2L(kN) β V2R(kN) (1) 0.748 75.58 -1.252 -126.50 0.919 92.86 (2) 0.874 95.52 -1.126 -123.07 0 0 (3) -0.126 -13.77 -0.126 -13.77 1.00
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