水工钢筋混凝土结构学课程设计.docx
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水工钢筋混凝土结构学课程设计
—、基本资料
二、楼盖的平面结构布置
三、板的设计
1、确定板的计算跨度及计算简图
2、荷载计算
3、内力计算
4、配筋计算
5、确定各种构造钢筋
6、绘制板的配筋示意图
四、次梁的设计
1、确定计算跨度及计算简图
2、荷载计算
3、内力计算
4、正截面强度计算
5、根据计算结果和构造要求,绘制配筋示意图。
五、主梁的设计
1、确定计算跨度及计算简图
2、荷载计算
3、内力计算
4、主梁正截面和斜截面承载力计算
5、主梁吊筋计算
6、正常使用极限状态验算
—、基本资料
1、荷载
(1)、楼面活荷载,单位为6.5kN/m2。
(2)、楼面面层:
水磨石地面0.65kN/m2。
(3)、楼盖自重:
钢筋混凝土容重丫=25kN/m3。
(4)、平顶粉刷:
0.25kN/m2。
2、平面尺寸为:
29.0X16.2m2
3、材料及设计参数
(1)、混凝土:
C20或C25
(2)、钢筋:
主梁及次梁纵向受力筋用II级钢筋,
板内及梁内的其他钢筋可以采用I级。
(3)、构件安全等级为二级,设计状况去持久状况、环境类别为一类。
(4)、各种系数的确定
丫d=1.2丫g=1.05丫q=1.2依据(3)得丫0=1.02=1.0
二、楼盖的结构平面布置
1、确定主梁跨度7.2m,次梁的跨度为5.4m,板的跨度2.4m,主梁每跨内布置两根次梁。
2、板厚应满足hB>80mm,(一般取hp在1/40〜1/30之间)。
经计算取hB=100mm
3、次梁截面高度应满足hc=l/18~l/12=5400/18~5400/12=(300~450)mm.。
考虑到楼面活荷载比较大,取hc=450mm。
截面宽度取bc=250mm。
4、主梁的截面高度应满足hz=l/15~l/10=7200/15~7200/10=(521.4~912.5)mm,取hz=650mm。
截面宽度取为bz=400mm。
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5、柱的截面尺寸为:
450X450mm(已知)
楼盖结构平面布置图见图1。
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图1楼盖结构平面布置图
三、板的设计(按弹性理论计算)
1、确定板的计算跨度及计算简图:
当按弹性理论计算时,其计算跨度为:
中跨:
lc=2400mm取lo=1.1ln=2365mm
边跨:
a=120mm
0.1lc=240mm
b=bc=250mm>0.1lcln=lc-b=2400—250=2150mm
hB=100mm 取lo=ln+0.5 (hB+b)=2250+0.5X(100+250)=2430mm 2、荷载计算取1m宽板计算: 面层 水磨石每平方米重1=0.65KN/m 板自重 板厚1=250.1=2.5KN/m 平顶粉刷每平方米重仁0.25KN/m 板的恒载标准: gk=0.652.50.25=3.4kN/m 活荷载标准值: pk=标准值叮=6.5KN/m 恒载设计值: g=#Ggk=3.41.05=3.57KN/m 活载设计值: q=: %qk=6.51.2=7.8KN/m 设计值总和: QgkQqk=3.577.8=11.37KN/m 3、内力计算 按弹性理论计算,由于边跨与中跨的跨度相差不到10%,可采用等跨表格计算。 由于边跨与中跨的跨度差(2430-2365)/2365二2.7%: : : 10%,所以可以按等跨计算。 跨中弯矩: 边跨: M1=0.0781汇3.57X2.432+0.1汉7.8疋2.432=6.26KN/m中间跨: M2=0.0331X3.57x2.3652+0.0787%7.8%2.3652=4.1kN/m 22 M3=0.04623.572.365+0.08557.82.365=4.65KN/m 支座弯矩: 丨=(2.365+2.43)/2=2.3975m MB=-0.1053.572.39752-0.1197.82.39752=-7.49kN/mMe=-0.0793.572.3652-0.1117.82.3652=-6.4 支座边缘弯矩: VBL=—0.606X3.57X2.255-0.62X7.8X2.255=—15.79kN/m r VB=0.526X3.57X2.255+0.598X7.8X2.255=14.75kN/m MB=|Mb—|VB|b/2=7.49—14.75X0.25/2=5.65kN/m VeL=—0.474X3.57X2.15-0.576X7.8X2.15=—13.48kN/m R Ve=0.5X3.57X2.15+0.591X7.8X2.15=13.94kN/m Mc=|Mc|—|Vc|b/2=6.4—13.48X0.25/2=4.74kN/m 4、配筋计算 根据各跨跨中及支座弯矩可列表计算如下: 2 h0=h—a=100—25=75mmb=1m=1000mm混凝土取C20fc=10N/mm选I级钢 fy=210N/mmEb=0.614最小配筋率丫=0.15% 表1板配筋计算表 截面 1 B 2 C 3 丫dM(kNm) 7.51 6.78 4.92 5.69 5.58 fcbhfc 56.25 56.25 56.25 56.25 56.25 %AM a=-— sfcbh2 0.13 0.12 0.09 0.10 0.10 f—J—2並 0.14 0.13 0.09 0.11 0.11 ? s=1-0.5;( b) 0.93 0.935 0.955 0.945 0.945 代_Yd耶M Ysfyho 512.7 460.4 327.1 382.3 374.9 选钢筋 ①10@150 ①10@150 ①8@140 ①8@130 ①8@130 实际配筋 524 524 359 387 387 配筋率(最小配筋比较率) 0.698% 0.698% 0.479% 0.516% 0.516% 5、确定各种构造钢筋 包括分布筋、嵌入檣内的板面附加钢筋、垂直于主梁的板面附加钢筋。 6、绘制板的配筋示意图如下: (亦可见大图一) ies B2 B4 'I GO II jAItU/J*- Tipy 1lsiiBh II ounm |.3^h@13i3 JI II @^661斗Ci S5CI0 24JJ0 £400 I! 73Q0 oJfeLiSlGOr ®^S@130 图2板的配筋示意图 四、次梁的设计(按塑性内力重分布计算) 1、确定计算跨度及计算简图 按塑性内力重分布计算时,其计算跨度为: 中跨: |0=ln=5400—400=5000mm 边跨: ln=5400—120—bz/2=5400—120—200=5080mml0=1.025ln=5207mm>ln+a/2=5080+120=5200mm 所以,l0=5200mm f\ f\ (\ L\ f\ 'J ! \ I\ q+g二£9766 且边跨与中跨的跨度差(5200-5000)/5000=4%: : : 10%,所以可以按等跨计算。 2、何载计算 由板传来: 板恒载次梁间距=3.4X2.4=8.16KN/m 次梁肋自重: b(hc—hB)X钢筋混凝土容重=0.25X(0.45—0.1/x25=2.1875KN/m 次梁粉刷重: 2X(hc—hB)X粉刷层每平米重=2X(0.45—0.1/X0.25=0.175KN/m 恒载: gk=10.52KN/m 活载: qk二活荷载标准值次梁间距=6.52.4=15.6KN/m 恒载设计值: g=Ggk=1.0510.52=11.046KN/m 活载设计值: q=*Qqk=1.215.6=18.72KN/m 设计总值: ggkQqK=29.766KN/m 3、内力计算 1/11 : mb值: : vb值: 0,450.550,6 2 M1=1/1129.7665.2=73.2KN/m M2=1/1629.76652=46.509KN/m 2 Mb=-1/1129.7665.2=-73.2KN/m Va=0.4529.7665.08=68.0KN Vbl=—0.629.7665.08=90.7KN Vbr=0.5529.7665=81.9KN 4、正截面强度计算 1)、支座截面按he*hB矩形截面计算。 次梁跨中按T形截面计算,求bf' L0/3=5000/3=1666.7mmb+Sn=250+2400=2650mmh0=h—a=450—35=415mm hf=hB=100mmhf/h0=100/415=0.241>0.1所以bf=1666.7mm 判断属于第几类T形截面 取混凝土为C20fe=10N/mm2 febfhf'(h0—hf/2)=101666.7100(415—50)=608.35KN/m 丫dMmax=1.2;■73.2=87.8KN/m 所以属于第一类T形截面 2)、钢筋截面计算如下: 取取混凝土为C20fc=10N/mm2n级钢筋fy=310N/mm2Eb=0.544b=250mm I ho=h—a=450—35=415mmbf=1666.7mm 表2次梁的抗弯计算表 截面 1 B 2 M(kN•m) 73.2 73.2 46.5 fcbho(fcb'ho) 2870.5 430.6 2870.5 屮M(VJ^M) %一fcbh;皿一fcbfh;) 0.03 0.204 0.019 E=1—(1—2Gs( 0.03 0.231 0.019 %=1-0.5© 0.985 0.885 0.991 陷丫。 屮MYsfyh。 693.2 771.5 437.7 选钢筋 2虫18+1虫16 2虫16+电122 3©14 实际配筋 710.1 782.1 462 配筋率(最小配筋比较率) 0.68% 0.75% 0.45% 表3次梁的抗剪计算表 截面 A B左 B右 V(kN) 60.8 90.7 81.9 1 —0.25fcbh0 “d 216.1 216.1 216.1 1V^—0.7fcbh0 rd 60.5 60.5 60.5 Asv=Yd(VVc)/(1.25fyvh0)s 0.056 0.225 0.160 箍筋肢数、直径 ©6@150 (2) ©6@150 (2) ©6@150 (2) 实配箍筋AS^ S 0.378 0.378 0.378 配筋率(最小配筋比较率) 0.15% 0.15% 0.15% 图3次梁配筋图 三、主梁设计(内力按弹性理论计算) 1、确定计算跨度及计算简图: 2、荷载计算: 3、内力计算4、主梁正截面和斜截面承载力计算: 5、主梁吊筋计算6、正常使用极限状态验算 主梁的计算跨度: 中跨: lo=ln+b柱=lc=7200mm 边跨: ln=7300—120—b柱/2=6955mm ln+b柱/2+0.025In=6955+225+0.025X6955=7354mm 所以: lo=ln+b柱/2+0.025In=7354mm 且边跨与中跨的跨度差(7354-7200/7200=2.1%: : : 10%,所以可以按等跨计算。 2、荷载计算: 为了简化计算,主梁自重亦按集中荷载考虑。 次梁传来的荷载: 次梁恒载主梁间距=10.525.4=56.8KN 主梁自重: bzX(hz—hB)X次梁间距Xy=0.4X(0.65—0.1)X2.4X25=13.2KN 主梁粉刷重: 2X(hz—hB)X次梁间距X每平方米粉刷层重=2X(0.65—0.1)X2.4X0.25=0.66KN 恒载: Gk=70.66KN 则恒载设计值: GvgGk=74.193KN/m 活载: Q二次梁活载次梁间距=18.725.4=101.88KN 3、内力计算: 表4主梁弯矩计算 项 次 荷载简图 K1a/M1a K1b/M1b Kb/Mb K2a/M2a K2b/M2b Kc/Mc ① rGUHUH 0.238/ 0.142/ —0.286/ 0.078/ 0.111/ —0.191/ △bile△氐细宀△L 129.9 77.5 —154.4 41.7 59.3 —102.0 ② 1°11II1 0.286/ 0.237/ —0.143/ —0.127/ —0.111/ —0.095/ TIr △△△△△ 214.3 177.6 —106.0 —93.2 —81.4 —69.7 ③ Qmn —0.048/ —0.095/ —0.143/ 0.206/ 0.222/ —0.095/ △△△△匕 —36.0 —71.2 —106.0 151.1 162.8 —69.7 ④ ul1II11 0.226/ 0.119/ —0.321/ 0.103/ 0.194/ —0.048/ △△△△△ 169.3 89.2 —238.0 75.6 142.3 —35.2 ⑤ Q11ll —0.032/ —0.063/ —0.095/ 0.174/ 0.111/ —0.286/ 氏AAAA —24 —47.2 —70.4 127.6 81.4 —209.8 M 组合项次 ①+③ ①+③ ①+④ ①+② ①+② ①+⑤ min 组合值 93.9 6.3 —392.4 —51.5 —22.1 —311.8 (K N) M 组合项次 ①+② ①+② ①+⑤ ①+③ ①+③ ①+④ max 组合值 344.2 255.1 —224.8 192.8 222.1 —137.4 (K N) 组合项次 ①+④ ①+④ ①+② ①+④ ①+④ ①+② 组合值 299.2 166.7 —260.4 117.3 201.6 —171.7 组合项次 ①+⑤ ①+⑤ ①+③ ①+⑤ ①+⑤ ①+③ 组合值 105.9 30.3 —260.4 169.3 140.7 —171.7 弯矩包络图 图4弯矩包络图 表5主梁剪力计算 项次 荷载简图 k k k k Va Vb1 VBr Vc1 ① —芈 I HUh 0.714 -1.286 1.095 -0.905 53.0 -94.1 81.2 -67.1 AA ② Q 0.857 -1.143 0.048 0.048 T444 87.3 -116.4 4.9 4.9 AAAAA ③ Qiin -0.143 -0.143 1.048 -0.952 -14.6 -14.6 106.8 -97.0 AAAAi ④ U| i11 0.679 -1.321 1.274 -0.726 f JL»■ 69.2 -134.6 129.8 -74 AAP5a ⑤ Qllu AAZiAA -0.095 -0.095 0.810 -1.190 -9.7 -9.7 82.5 -121.2 Vmin (KN) 组合项次 ①+③ ①+④ ①+② ①+⑤ 组合值 38.4 -228.7 86.1 -188.3 Vmax (KN) 组合项次 ①+② ①+⑤ ①+④ ①+② 组合值 140.3 -103.8 211 -62.2 组合项次 ①+④ ①+② ①+③ ①+③ 组合值 109.2 -210.5 188 -164.1 组合项次 ①+⑤ ①+③ ①+⑤ ①+④ 组合值 43.3 -108.7 163.7 -141.1 剪力包络图如下: i 11 ■11 ! 丨 ■1 : ji 一 Ai 1—■ i: 1I ■ ■ i 1 i I Bi i- L. 1 1 ! : 1 1 ! 1 ! 1 1 1 i 1 ! ! 图5剪力包络图 4、主梁正截面和斜截面承载力计算: 1)、正截面承载力计算: 混凝土用C25fc=12.5N/mm2纵向钢筋n级钢筋fy=310N/mm2E b=0.544bz=400mmhz=650mmho=hz—a=650—35=615mmhf=hB=100mm 主梁跨中截面按T形截面计算,求bf' 因为h;/ho=100/615=0.16>0.1,所以翼缘计算宽度按L°/3=7.2/3=2.4m和b+Sn=5.4m中较 小的确定,所以取bf=2.4m=2400mm 判断跨中截面属于第几类T形截面 fcbf'hf'(h°—hf'/2)=12.52400100(615—50)=1695KN/m YdMmax=1.2X344.2=413KN/m 支座截面按hcXhB矩形截面计算。 B支座处的弯矩设计值: MB=|M|max—|V0|maxb/2=392.4—86.1X0.4/2=375.2KN/m C支座处的弯矩设计值: Mc=|M|max—|V°|maxb/2=311.8—62.2X0.4/2=299.4KN/m 表6主梁正截面配筋计算 截面 1 B 2 C M(kNm) 344.2 375.2 222.1 299.4 %屮M/為%屮M、 Cts—2(Us—'2) fcbhffcbfh2 0.036 0.238 0.023 0.19 匕=1—J—2o(s(wEb=0.544) 0.037 0.276 0.023 0.213 人」曲他』冷) fyfy 2202 2737.7 1368.6 2112.8 选钢筋 6坐22 1空22+5电 25 3尘25 6生22 实际配筋 2281 2834.1 1473 2281 2)、斜截面承载力计算: 箍筋用I级钢fyv=210N/mm2fc=12.5N/mm2bz=400mmho=615mmhf=hB=100mm 入=a/ho=2554/615=4.2>3所以入=3hw=h°—hf'=615—100=515mm hw/b=515/400=1.3<4所以按丫dV<0.25fcbho来验算截面尺寸 0.25fcbho=0.25X12.5X400X615=768.8KN>丫d|V|max=1.2X228.7=274.4KN故截面尺寸满足要求 验算是否需要计算配置箍筋 O.2fcbho/(入+1.5)=0.2X12.5X400X615/(3+1.5)=136.7KN<丫d|V|max=1.2X228.7=274.4KN故需要计算配置箍筋 采用$8@100 (2)箍筋 asv100.6 2——— Asv=50.3X2=100.6mm一bs一400100"0.25%^svmin=0.12% Vcs=O.2fcbho/(入+1.5)+1.25fyv也ho=136.7+161.4=298.1KN>丫d|V|max=1.2X228.7=274.4KN满 S 足要求 所以配置$8@100 (2)箍筋 5、主梁吊筋计算 F=G+Q=74.193+101.88=176.073=176.1kN 吊筋用I级钢fy=210N/mmAs=F/(2fysin45°)=592.96mm 所以: 选吊筋为$10 (2)面积为628mm2 6、正常使用极限状态验算 Gk=70.66KN Q=次梁活载X次梁间距=18.72X5.4=101.88KN Qk=18.72X5.4/1.2=84.24 表7正常使用极限状态主梁弯矩计算 项次 荷载简图 K K K K K K M1a M1b Mb M2a M2b Me ① rcumiin △Lq]必比沁△△ 0.238 0.142 -0.286 0.078 0.111 -0.191 123.7 73.8 -147.1 39.7 56.5 -97.2 ② Q 1JI 0.286 0.237 -0.143 -0.127 -0.111 -0.095 1 178.6 148.0 -88.3 77.7 -67.8 -58.1 AZXZiAA ③ aiin -0.048 -0.095 -0.143 0.206 0.2
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