建筑结构课程设计基本设计资料福建工程学院.docx
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建筑结构课程设计基本设计资料福建工程学院
1、基本设计资料
(1)材料强度等级:
混泥土采用C20,纵筋采用HRB335,箍筋、架立筋用HRB235。
C20:
fc=9.6N/mm2,ft=1.10N/mm2
HPB235:
fy=210N/mm2
HRB335:
fy=300N/mm2
(2)活荷载荷载标准值:
4KN/m2
2、结构平面布置
将主梁横向布置,次梁纵向布置,结构侧移刚度大。
主梁跨度为6m,次梁跨度为4.5m,板的跨度为2m,主梁每跨内布置两根次梁,板的跨度为2m。
楼盖的结构平面布置图见下图。
图1:
楼盖结构平面布置
板区格长边与短边之比为2.25,为单项板。
高跨比条件要求h≧L/40=2000/40=50,对于一般楼盖板厚应大于60mm,现取h=80mm。
按设计要求:
次梁截面尺寸为250*400,即h=400mm,b=250mm。
主梁:
截面高度h=(1/14-1/8)L=(1/14-1/8)*6000=430-750,
取h=600mm。
截面梁宽高比h/b=1.5-3,取h/b=2.4,b=h/2.4=250mm.
3、板的设计
按要求进行内力重分布方法设计:
(1)恒载标准值:
20mm厚水泥砂浆面层:
0.02×20=0.4kN/m2
80厚钢筋混凝土楼板:
0.08×25=2kN/m2
20厚石灰抹底:
0.02×17=0.34kN/m2
合计:
2.74kN/m2
活载标准值:
4.0kN/m2
比较恒荷载标准值与活荷载标准值,可变荷载起控制作用,因此永久荷载分项系数取1.2,可变荷载取1.4。
图2:
板的尺寸
(2)板的计算简图:
取一米的宽板作为计算单元,板的实际结构如图2所示。
板的计算跨度为:
中间跨:
l0=ln=2.0-0.25=1.75
边跨:
l0=ln+h/2=(2-0.12-0.125)+0.08/2=1.795
由于边跨和中间跨相差:
(1.795-1.75)/1.795*100%=2.5%<10%,计算跨度又多于五跨,故按五跨的等跨连续梁计算,得板的计算简图如下图3所示,图中g为恒荷载设计值,q为活荷载设计值。
恒载设计值:
g=1.2*2.74=3.288kN/m2
活荷载设计值:
q=1.4*4.0=5.6kN/m2
总荷载设计值:
g+q=8.888kN/m2
图3:
板按塑性内力重分布方法计算简图
(3)内力计算:
弯矩计算,见表1.
表1:
连续板各截面弯矩计算
截面
1
B
2
C
3
弯矩系数∝m
1/11
-1/11
1/16
-1/14
1/16
M=∝m(g+q)l02
(单位:
KN.m)
2.6
-2.6
1.7
-1.94
1.7
(3)配筋计算
板的截面有效高度h0=80-25=55mm,取1m宽的板带计算,b=1000mm,采用HPB235钢筋,fy=210N/mm2,C20混泥土,∝1=1,fc=9.6N/mm2,ft=1.10N/mm2。
②-⑦轴线间中间区格板与梁整浇,弯矩需乘以0.8,予以折减。
表2:
连续板各截面配筋计算
截面
边区板带
中间区板带
边跨跨内
离端第二支座
中间跨内
中间支座
边跨跨内
边跨支座
中间跨内
中间支座
M(KN.m)
2.6
-2.6
1.7
-1.94
2.6
-2.6
1.7*0.8=1.36
-1.94*0.8=-1.55
∝S=M/(∝1fcbh02)
0.0895
0.0895
0.0585
0.067
0.0895
0.0895
0.047
0.053
§=1-(1-2∝S)0.5
0.094
0.094
0.06
0.069
0.094
0.094
0.048
0.054
AS=(§fcbh0)/fy(mm2)
236
236
151
173
236
236
121
136
选用钢筋
Φ6﹫120
Φ6﹫120
Φ6﹫120
Φ6﹫120
Φ6﹫120
Φ6﹫120
Φ6﹫120
Φ6﹫120
实际钢筋面积
236
236
236
236
236
236
236
236
表中§<0.35,实配钢筋最小面积为0.45ftbh/fy=0.45*1.1*1000*80/210=189mm2,均满足要求。
(4)板配筋图
板的配筋图中绘制了计算受力钢筋,见图4,板中除了计算钢筋外,还配置了构造钢筋如分布钢筋和嵌入墙内的板的附加箍筋。
图4:
板配筋图
4、次梁设计
(1)次梁承受荷载
现浇板80mm,次梁截面尺寸b*h=250*400,主梁截面尺寸b*h=250*600,次梁的实际结构图如图5.
图5:
次梁尺寸
a、次梁恒荷载:
板传来的恒荷载:
2.74*2=5.48KN/m
次梁自重:
25*0.25*(0.4-0.08)=2KN/m
20厚石灰自重:
0.02*[(0.4-0.08)+0.2]*17=0.1768
总值:
7.66KN/m
b、次梁承受的活荷载标准值:
KN/m
板传来的活荷载:
4*2=8KN/m
比较恒荷载标准值与活荷载标准值,可变荷载起控制作用,因此永久荷载分项系数取1.2,可变荷载取1.4。
(2)按塑性内力重分布方法设计
次梁的实际结构由图5所示,次梁的计算跨度:
中间跨:
l0=ln=4.25m
边跨:
ln=4.255ml0=ln+a/2=4.255+0.24/2=4.375m
跨度差:
(4375-4250)/4250*100%=2.9%<10%,跨度多于五跨,可按等跨五跨连续梁计算,次梁计算简图如图六所示,图中g为恒荷载设计值,q为活荷载设计值。
g=1.2*7.66=9.19KN/mq=1.4*8=11.2KN/m
总设计值:
g+q=20.39KN/m
图六:
次梁按塑性分布简图
(2)内力计算
表3:
次梁各截面弯矩计算
截面
1
B
2
C
3
弯矩系数∝m
1/11
-1/11
1/16
-1/14
1/16
M=∝m(g+q)l02(单位:
KN.m)
35.5
-35.5
23
-26.3
23
表4:
次梁各截面剪力计算
截面
A
B左
B右
C左
C右
弯矩系数
∝v
0.45
0.60
0.55
0.55
0.55
V=∝v(g+q)ln(kN)
39
52.1
47.7
47.7
47.7
(3)配筋计算
纵筋用HRB335:
fy=300N/mm2,混泥土采用C20,fc=9.6N/mm2,ft=1.10N/mm2,箍筋用HPB235:
fy=210N/mm2,次梁跨中截面应按T形截面进行承载力计算,而支座截面承受负弯矩,翼缘位于受拉区,应按宽度为b的矩形截面进行计算,为简单起见,可均按矩形截面计算。
正截面承载力见表5,斜截面承载力见表6,b=250mm,h0=400-40=360mm,h0=hw=360mm,hw/b=1.44<4,截面尺寸需验算V≦0.25βcfcbh0。
表5:
次梁正截面承载力计算
截面
1
B
2
C
3
M(KN.m)
35.5
-35.5
23
-26.3
23
∝S=M/(∝1fcbh02)
0.114
0.114
0.074
0.085
0.074
§=1-(1-2∝S)0.5
0.12
0.12
0.077
0.088
0.077
AS=(§fcbh0)/fy(mm2)
346
346
222
253
222
选用钢筋
2B16
2B16
2B12
1B18
2B12
实际钢筋面积
402
402
226
254
226
表中§<§b=0.55,不会超筋,ρmin=0.2%>0.45ft/fy=0.165%,最小配筋面积为ρminbh=0.2%*250*400=200mm2,均满足要求。
表6:
次梁斜截面承载力计算
截面
A
B左
B右
C左
C右
V(kN)
39
52.1
47.7
47.7
47.7
0.25βcfcbh0
216>V
216>V
216>V
216>V
216>V
0.7ftbh0
69.3>V
69.3>V
69.3>V
69.3>V
69.3>V
箍筋肢数、直径、间距
2肢Φ6﹫300
2肢Φ6﹫300
2肢Φ6﹫300
2肢Φ6﹫300
2肢Φ6﹫300
表中0.7ftbh0均大于实际剪力,可不设箍筋,但对于计算不需要箍筋的梁,当梁高大于300mm时,仍应沿全长设置箍筋。
梁高为400mm,300mm<h<500mm,查表,箍筋最大间距为300mm,取间距为300mm。
由次梁的所配钢筋可画出次梁的配筋示意图,如图7所示。
图7:
次梁配筋图
5、主梁的设计:
柱的截面尺寸为350*350,主梁的实际结构如图8所示,当主梁的线刚度与柱的线刚度之比小于5时,主梁应按框架梁计算。
此处假定主梁的线刚度与柱的线刚度之比大于5,则柱可作为不动铰支座考虑,主梁简化为连续梁计算,采用弹性计算方法。
图8:
主梁尺寸
(1)计算简图
主梁承受的荷载有次梁传来的荷载,主梁自重及抹灰,其中次梁传来的荷载为集中力,主梁、自重及抹灰为均布荷载,由于次梁间距为2m,为简单起见,可将主梁自重及抹灰荷载每2米为一段折算为集中荷载,作用点为次梁处,见图9。
图9:
主梁按弹性方法的计算简图
a、恒荷载标准值Gk
一根次梁传来的恒荷载:
7.66*4.5=34.47KN
主梁自重:
0.25*(0.6-0.08)*2*25=6.5KN
20厚石灰抹底:
0.02*[(0.6-0.08)*2+0.25]*2*17=0.88KN
合计:
Gk=41.85KN
b、活荷载标准值Qk
一根梁传来的活荷载:
8*4.5=36KN
比较恒荷载标准值与活荷载标准值,活荷载起控制作用,因此永久荷载分项系数取1.35,可变荷载取1.4。
恒荷载设计值:
G=1.35*41.85=56.5KN
活荷载设计值:
Q=1.4*0.9*36=45.36KN
C、计算跨长
中间跨:
l0=lc=6m边跨:
l0=ln+a/2+b/2=5705+120+175=6000mm=6m<1.025ln+b/2=6023mm=6.023m,由于边跨和中间跨相差很小,可取计算长度均为6m,得主梁计算简图如图9所示。
活荷载Q在梁上的布置需按最不利布置。
(2)内力计算
a、弯矩计算:
查阅表得各种荷载情况下的弯矩系数∝m,得主梁的弯矩M=∝m1Gl0+∝m2Ql0,其中Gl0=56.5*6=339KN,Ql0=45.36*6=272.16KN,主梁弯矩见表7,弯矩包络图见图10。
表7:
主梁各截面弯矩计算
项次
计算简图
∝m
M1a
∝m
M1b
∝m
M2a
∝m
M2b
∝m
M1a
∝m
M1b
①
0.244
82.72
0.155
55.25
-0.267
-90.51
0.067
22.71
0.067
22.71
-0.267
-90.51
②
0.289
78.65
0.244
66.41
-0.133
-36.2
-0.133
36.2
-0.133
36.2
-0.133
36.2
③
-0.044
-11.98
-0.089
-24.22
-0.133
-36.2
0.20
54.43
0.20
54.43
-0.133
-36.2
④
0.229
62.32
0.126
34.29
-0.311
-84.64
0.096
26.13
0.17
46.27
-0.089
-24.22
⑤
-0.030
-8.16
-0.059
-16.06
-0.089
-24.22
0.17
46.27
0.096
26.13
-0.311
-84.64
|M|max
叠加值
161.37
118.96
175.15
77.14
77.14
175.15
图10:
主梁的弯矩包络图
①+⑤
①+②
①+③
b、剪力计算
查表,得剪力系数∝v,次梁剪力为V=∝v1G+∝v2Q,主梁各截面剪力计算见表8,主梁剪力包络图见图10。
支座边缘弯矩值考虑宽度影响。
MB=M-V0b/2=-177.15+111.93*0.35/2=155.56KN/M。
表8:
主梁各截面剪力计算
项次
计算简图
∝v
VA
∝v
VB左
∝v
VB右
①
0.733
41.41
-1.267
-71.59
1.000
56.5
②
0.866
39.28
-1.134
-51.44
0
0
④
0.689
31.25
-1.311
-59.47
1.222
55.43
⑤
-0.089
-4.04
-0.089
-4.04
0.778
35.29
|V|max
叠加值
80.69
131.06
111.93
图10、主梁的剪力包络图
(3)配筋计算
主梁跨中截面应按T形截面进行承载力计算,而支座截面承受负弯矩,翼缘位于受拉区,应按宽度b的矩形截面计算,为简单起见,可均按矩形截面计算,正截面承载力计算见表9,斜截面见表10。
主梁尺寸为250*600,负弯筋一排布置时,h0=600-60=540mm,负弯筋二排布置时,h0=600-85=515mm,正筋一排布置时,h0=600-40=560mm,正筋二排布置时,h0=600-65=535mm。
表9:
主梁正截面承载力计算
截面
1
B
2
M(KN.m)
161.37
155.56
77.14
h0(mm)
560
540
560
∝S=M/(∝1fcbh02)
0.214
0.222
0.102
§=1-(1-2∝S)0.5
0.244
0.255
0.108
AS=(§fcbh0)/fy(mm2)
1093
1100
484
选用钢筋
3B22
3B22
2B18
实际钢筋面积
1140
1140
509
表6:
次梁斜截面承载力计算
截面
A
B左
B右
V(kN)
80.69
-131.06
111.93
h0(mm)
560
540
560
0.25βcfcbh0
336>V
324>V
336>V
0.7ftbh0
107.8>V
103.95 107.8 Asv s <0 0.191 0.028 箍筋肢数、直径、间距 2肢Φ8﹫250 2肢Φ8﹫250 2肢Φ8﹫250 表中500 (4)次梁两侧附加箍筋的计算 次梁传给主梁的集中荷载设计值F=G+Q=56.5+45.36=101.86KN 附加箍筋设置在S=3b+2h1=3*250+2*(600-400)=1150mm的范围内,选择Φ8双肢箍筋,则附加箍筋根数,m≧F/(nfyvAsv1)=101860/(2*210*50.3)=4.82,取m=6,在主梁与次梁相交处的主梁,每侧各附加3根Φ8双肢箍筋。 (4)主梁配筋图如图11 图11: 主梁配筋图 6、造价计算 (1)混泥土的造价 整块楼板的体积: 31.5*18*0.08=45.36m3 次梁的体积(不包括楼板): 8*(0.4-0.08)*0.25*(31.5+0.12*2)=20.3136m3 主梁的体积(不包括楼板和主梁与次梁的相交部分): [6*(18+0.12*2)*0.25*(0.6-0.08)]-[48*(0.4-0.08)*0.25*0.25]=13.2672m3 总体积: 45.36+20.3136+13.2672=78.9408m3 C20混泥土总造价: 78.9408m3*280元/m3=22103.424元 (2)模板造价 楼板模板在水平方向的面积: (31.5-0.24)*(18-0.24)=555.18m2 由于在边跨的净跨长度和中跨的净跨长度不同,它们的竖向模板长度也有所不同。 次梁的边跨竖向模板面积: 2*[2*4.255*(0.4-0.08)]*8=43.5712m2 次梁的中跨竖向模板面积: 5*[2*4.25*(0.4-0.08)]*8=108.8m2 主梁边跨竖向模板面积: 2*[2*1.755*(0.6-0.08)]*6=21.9024m2 主梁中跨竖向模板面积: 7*[2*1.75*(0.6-0.08)]*6=76.44m2 总模板面积: 43.5712+108.8+21.9024+76.44+555.18=805.8912m2 模板造价: 805.8912m2*35元/m2=28206.192元 (3)钢筋造价 ①、楼板的造价: 楼板均用Φ8的HPB235钢筋,Φ8为0.395kg/m,a、板的四个角共有16个附加短筋,为Φ8﹫200,长度为0.45,总重量为: 0.45*16*0.395=2.844kg。 b、墙边有附加负筋,为Φ8﹫200,长度为0.26,4个角的板因为有附加短筋,与跨中附加负筋数目不同,: 1个角的板的负筋数目,宽度方向: (2000-450-125-120)/200=6.525,取为7,长度方向: (4500-450-120-125)/200=19.025,取为19,总重量为: 4*(7*0.26+19*0.26)*0.395=10.6808kg 跨中墙边负筋,1个角的板的负筋数目,宽度方向: (2000-250)/200=8.75,取为9,长度方向: (4500-250)/200=21.25,取为21,宽度方向跨中有7块板,长度方向跨中有5块板,总重量为: (2*9*0.26*7+2*21*0.26*5)*0.395=34.5072kg C、与主梁垂直的附加负筋,为Φ8﹫200: 一根长度为450*2+250=1150mm=1.15m,每块板的宽度方向上有(200-250)/200=8.75,取为9,一个主梁方向有9个板,总的有6个主梁,所以与主梁垂直的附加负筋总重量为: (9*9*6*1.15)*0.395=220.7655kg。 d、与次梁垂直的附加负筋,长度为1.15。 在边跨上和中间跨均为Φ6﹫120,Φ6为0.222kg/m,有8个次梁,每个板上数目为(4500-250)/120=35.4,取为35个,则一个次梁有7块板,共有7*35=245个附加负筋,整块板有8个次梁,则总重量为245*8*0.222*1.15=500.388kg。 e、板面还有Φ6﹫120的通长受力筋与Φ6﹫250的分布筋: Φ6﹫120的通长受力筋根数为(31500-240-250*6)/120=248根,重量为248*18*0.222=991.08kg。 Φ6﹫250的分布筋根数为(18000-240-250*8)/250=63根,重量为63*31.5*0.222=440.559kg。 板总造价: 板均用HPB235,为3450元/吨,板钢筋总量为2.844+10.6808+34.5072+220.7655+500.388+440.559+991.08=2200.7525kg=2.2吨,所以板的钢筋造价为2.2*3450=7593元。 ②、次梁钢筋造价(次梁钢筋长度计算过程略过) a、一根次梁的纵向钢筋有4根长度为8.705m的B16钢筋,4根长度为4.885m的B16钢筋,2根长度为22.75m的B12钢筋,6根长度为2.7m的B16钢筋,4根长度为3.25m的B16钢筋。 归纳得B16钢筋总长为54.36m,B12钢筋总长为61.7m,B18钢筋总长为13m,B16的为1.58kg/m,B12的为0.888kg/m,B18的为2kg/m,一根次梁HRB335纵向钢筋用量为54.36*1.58+61.7*0.888+13*2=166.6776kg。 b、次梁中一个箍筋大致长度为2*(250+400)-8*25=1100mm=1.1m,为Φ6﹫300,Φ6为0.222kg/m,一根次梁箍筋个数约为(31500-240)/300=104,则箍筋用量为104*1.1*0.222=25.3968kg。 c、HRB335纵向钢筋为3500元/吨,HPB235钢筋为3450元/吨,有8根次梁,则次梁钢筋总造价为,166.6766*8*3500/1000+25.3968*8*3450/1000=5368.008元。 ③、主梁钢筋计算 主梁中有2根长度为19.44m的B22钢筋,2根长度为8.7m的B22钢筋,6根长度为8.165m的B22钢筋,2根长度为3.45m的B18钢筋,则B22钢筋总长度为96.57m,B18钢筋为6.9m,B22钢筋为2.98kg/m,B18为2kg/m,钢筋一根主梁纵筋用量为96.57*2.98+6.9*2=301.5786kg。 主梁与一根次梁相交处有6根箍筋,有8个相交处,所以相交处总钢筋为6*8=48。 相交处每3根箍筋分布的长度为450mm,则其余部分净长度为2*(4255-450)+(4250-900)*7=31660mm,箍筋为Φ6﹫250,则箍筋数为31660/250=126,一根梁总箍筋数为126+48=174.一根箍筋大致长度为2*(250+600)-8*25=1500mm=1.5m,则一根主梁箍筋重量为174*1.5*0.395=103.095kg。 一根主梁钢筋造价301.5786*3500/1000+103.095*3450/1000=1411.2元,有6根主梁,则主梁钢筋总造价为6*1411.2=8467.2元 ④总造价22103.424+28206.192+7593+5368.008+8467.2=71737.824元
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