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
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:
图书馆沈蒲生编着《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>
≈
=;
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=2300200=2100mm
计算跨度差:
(2140-2100)/2100=%<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:
*20=m2
120mm钢筋混凝土板:
*25=3kN/m2
15mm板底石灰砂浆:
*17=kN/m2
gk=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=*=kN/m2
活荷载:
q=*6=kN/m2
g+q=kN/m2
板的计算简图如下,取1m板作为计算单位:
g+q=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)
3、截面承载力计算
混凝土强度等级采用C20,fc=N/mm2,ft=N/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=,K=,ρmin=%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内拱作用,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)
αs=KM/fcbh02
=1-(1-2αs)
满足
As=
bh0fc/fy(mm2)
两者取大
Asmin=
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*=m
次梁自重*25*(-)*=m
梁抹灰*17**[(-)*2+]=m
g=m
2、活荷载设计值:
由板传来q=×=m
g+q=+=m
(二)内力计算
1、计算跨度:
边跨:
ln=-2=
l0=*ln=
ln+a/2=+= 取l。 = 中间跨: l0=ln=-= 跨度差 (-)/=%<10% 说明可按等跨连续梁计算内力, 2、弯矩计算 g+q=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) 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: (端支座内侧);(离端第二支座外侧);(中离端第二支座内侧);(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 V=αVb(g+q)Ln (kN) (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=>则不需按翼缘高度考虑 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=>则不需按翼缘高度考虑 故取最小值bf‘=2117mm 2、判别T形截面类型: fcbf‘hf‘(h0-hf‘/2)=×2117×120×(410-120/2)=·m 边跨: KM=×= 中间跨: KM=×= 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) ×= ×= ×= ×= 或 (kN·m) ×2118×410^2= ×200×410^2= ×2117×410^2= ×200×410^2= αs=KM/fcbh02 αs=KM/fcbf’h02 =1-(1-2αs) 满足 As=fcbh0 /fyAs=fcbf’h0 /fy(mm2) Asmin= 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) KV(kN) (kN) >KV >KV >KV >KV 截面尺寸满足要求 VC=(kN) 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 % % % % ρsvmin % % % % 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 ×=kN 主梁自重(折算为集中荷载) ×25××-×=kN 梁侧抹灰(折算为集中荷载) ×17××[()×2+]×=KN G= 2、活荷载设计值: 由次梁传来Q=×=kN G+Q=kN (二)内力计算 1、计算跨度: 边跨: ln=--= l0==×=m ln+a/2=+2=m 取l0=, 中间跨: ln=-= l0=ln= 平均跨度 l0=(+)/2=(计算支座弯矩时取值) 跨度差 (-)/6.5=%<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,对中间跨取,对支座取。 G+Q= 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 3、7、13、17、23、27 ② 3、7、23、27 ③ 13、17 ④ 3、7、13、17 ⑤ 3、7 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 ② 3、7、23、27 0 ③ 13、17 1 ④ 3、7、13、17 ⑤ 3、7 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) (2) (3) (4) (5) 184 荷载组合 (1)+ (2) (1)+(3) (1)+(4) (1)+(5) 最不利组合 (1)+ (2) Mmax= (1)+(3) Mmin= (1)+ (2) Mmax= (1)+(3) Mmin= (1)+ (2) Mmax= (1)+(4) Mmin= (1)+(3) Mmax= (1)+ (2) Mmin= 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) (2) 0 0 (3) (4) (5) 荷载组合 (1)+ (2) (1)+(3) (1)+(4) (1)+(5) 最不利组合 (1)+(5) Vmax= (1)+(4) Vmin= (1)+(4) Vmax= 3、T形截面判定 边跨跨中布置两排钢筋,取h0=550-65=485mm,支座截面按矩形截面计算,取h0=550-85=465mm(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);中间跨跨中下部按一排纵筋考虑h0=550-40=510mm、上部按一排筋考虑h0=550-60=490mm(因有次梁主筋)。 梁内受力主筋采用HRB335钢(fy=300N/m2) (1)主梁跨中截面按T形截面计算,其翼缘计算宽度为: · 边跨: bf‘=l0/3=3=2248mmb+sn=250+(6900–200-120)=6830mm hf‘/ho=120/485=>则不需按翼缘高度考虑 取最小值bf‘=2248mm 中间跨: bf‘=l0/3=6500/3=2167mmb+sn=250+(6900-400)=6750mm hf‘/ho=120/510=>则不需按翼缘高度考虑 取最小值bf‘=2167mm, (2)判别T形截面类型: fcbf‘hf‘(h0-hf‘/2)=×2167×120×(485-120/2) =kN·m >KM1=×=kN·m >KM2=×=kN·m 故属于第一类T形截面。 主筋正截面及斜截面承载力计算如下表所示。 4、配筋计算 (1)纵筋计算 表11、主梁正截面承载力计算 截面 边跨跨内3 边跨跨内 中间支座10 中间跨跨内13 M(kN·m) V0b/2(kN·m) Mb=M-V0b/2(kN·m) αs=KM/fcbh02 (αs=KM/fcbf‘h02) =1-(1-2αs) As=fcbh0 /fyAs=fcbf’h0 /fy(mm2) Asmin= 275 275 275 275 选配钢筋 6 25 6 25 3 25 2 18(通长) 实配钢筋面积(mm2) 2945 2945 1473 628 对于中间支座αs>αsbS=(查教材表3-1)所以要配双筋截面: 计算受压钢筋截面面积: 取a‘=40mm As‘=(KM-αsbSfcbh02)/[fy‘(h0-a‘) =×-××250×465×465)/[300×(465-40)] =mm2 计算受拉钢筋截面面积: As=(fcbh0α1 b+fy‘As‘)/fy =×250×465××+300×/300 =mm2 由此,计算得总用钢量As‘+As=mm2 受压钢筋选用4 25(As‘=1964mm2);受拉钢筋选用7 25(As=3436mm2) (2)箍筋计算 表12、主梁斜截面承载力计算 截面 端支座V1 中间支座(左)VBl 中间支座(右)VBr 备注 V(kN) (kN) 279>V 279>V 279>V 验算截面尺寸 (kN) 验算是否需计算 选用箍筋 φ8 φ8 φ8 双肢箍筋 ASV=nASV1(mm2) 101 101 101 n=2 S=fyvASVh0/()(mm) 128 55 73 实配箍筋间距s(mm) 100 100 100 Smax(mm) 250 250 250 表4-1 ρsv=nASV1/bs % % % ρsvmin % % % 最小配筋率验算 计算混凝土和箍筋能承担的剪力: Vc+Vsv=+s =××250×510+×210×101×510/100 =233389N=KN >KV1=KN ∴需要设置弯起钢筋 (3)弯起钢筋计算(弯起角度45°) 跨中支座B左 第一排弯起钢筋计算 Asb1=[KVB
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