水工鋼筋混凝土結構課程設計

1、水工鋼筋混凝土結構課程設計計算書設計題目：某水電站副廠房樓蓋結構設計題目類型：鋼筋混凝土單向板肋形結構 題號：426 班級：港口航道與海岸工程07-04班 姓名：李春雷 學號：200712020426指導教師：彭藝斌 王中強 童光明日期：2010年6月 25日目 錄 1課程設計任務書.12 計算書正文42.1 結構布置 . .42.2初步選擇板、梁的截面尺寸.42.3單向板的設計. 4計算簡圖. .5荷載計算. .6板的內力計算. .6板的配筋計算.6板的模板配筋.72.4次梁的設計.7計算簡圖. .7荷載計算. .8次梁的內力計算. .8次梁的配筋計算 . 9次梁的模板配筋 . 112.5主

2、梁的設計.12計算簡圖. .12荷載計算. .13主梁的內力計算. .132.5.4 主梁內力包絡圖 .17主梁的配筋計算.18附加鋼筋計算.19主梁的模板配筋.203 課程設計體會.204 致 謝.215參考文獻216附件.22附件1 計算書手稿.22附件2 施工圖手稿.221 課程設計任務書一、 設計資料1、某水電站副廠房屬3級水工建筑物，環(huán)境條件類別為一類，采用外墻及內柱承重，柱網布置如圖1所示，柱的截面尺寸bh，樓蓋采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆整體式肋形結構。L15L2L2L2250250ABCD164532120b×hL1L2L21203L1L1L2圖1副廠房結構平面布置圖2、設計參

3、數(shù)廠房按正常運行狀況設計；樓面面層用20mm厚水泥砂漿抹面，板底及梁用15mm厚混合砂漿粉底；鋼筋除主梁和次梁的主筋采用級鋼筋外，其余均采用級鋼筋；混凝土強度等級為C20。水泥砂漿容重1為20kN/m3；混合砂漿容重2為17kN/m3；鋼筋混凝土容重3為25kN/m3；樓面活荷載標準值qk及其余設計參數(shù)按學號給出，見表2，并據(jù)此填入表1。表1 設計自選參數(shù)題號L1L2(mmmm)5L23L1(mmmm)bh(mmmm)qk（kN/m2）4265700600030000171003004006二、 設計內容1、結構布置根據(jù)設計任務書提供的設計資料及表1所給有關設計參數(shù)進行結構布置；選定材料并擬定

4、構件截面尺寸。2、結構內力計算根據(jù)結構工作狀況及結構特點，確定計算簡圖，并進行荷載計算；計算結構內力，并根據(jù)需要繪制內力包絡圖。單向板肋形結構的板和次梁按塑性理論計算、主梁按彈性理論計算，雙向板肋形結構的板、次梁和主梁均按彈性理論計算。3、截面設計考慮結構設計的安全、經濟、便于施工等因素進行截面設計；合理選擇受力鋼筋，并按要求配置構造鋼筋；繪制主梁內力包絡圖及抵抗彎矩圖。4、繪制施工圖繪制樓蓋結構平面布置圖（1:1001:200）；繪制板、次梁和主梁模板配筋圖，根據(jù)需要繪制鋼筋材料表或鋼筋抽樣圖。三、 課程設計分組及要求1、設計分組指導老師按行政班分組指導；學生按表1根據(jù)學號確定自己的設計題號

5、及設計參數(shù)，并獨立完成課程設計任務。2、時間安排1) 收集資料 1天2) 結構布置 1天3) 內力計算 3天4) 截面設計 1天5) 施工圖繪制 2天6) 計算書整理、修改施工圖 1天7) 分組答辯 1天3、提交的文件1）計算書1份每個學生按照封面、目錄、課程設計任務書、計算書正文、課程設計體會、計算書手寫草稿（附件1）、施工圖的手繪草圖（附件2）的順序裝訂成冊。除附件外，其余部分要求提交word文檔打印件，并將電子文檔按行政班級提交指導老師。2）施工圖1-2張每個學生提交1-2張2號施工圖（CAD繪圖）。注：所有材料裝入長沙理工大學專用資料袋。4、考核方式與成績評定按設計成果（包括設計計算書

6、和設計圖紙）占70、設計過程（包括設計態(tài)度和創(chuàng)新精神）占10、設計答辯（回答問題情況）占20的比例以“優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格”五個等級評定課程設計成績。2 計算書正文2.1 結構布置根據(jù)樓蓋結構柱網尺寸，進行結構布置，如圖2.1所示：2.2初步選擇板、梁的截面尺寸主、次梁的截面尺寸計算如下表所示：表2.1 次、主梁的截面尺寸構件名稱L(mm)高度h計算值(mm)寬度b計算值(mm)取 值b*h(mm*mm)主梁6000(1/141/8)L428750(1/31/2)h233350350×700次梁5700(1/181/12)L317475(1/31/2)h150225220&

7、#215;450板的厚度按構造要求h=80mm=2000/40=50mm，樓板厚度不少于60mm，密2.3單向板的設計 按照塑性內力重分布理論進行計算板的內力，對多跨連續(xù)板沿板的長邊方向取1米寬的板帶作為板的計算單元。2.3.1計算簡圖l0=lnl0=lnblnlnlnab板：l01= ln+h/2 和 l01= ln+a/2 取小值圖2.2 計算跨度示意圖板在墻上的支承長度a不小于120mm，取a=120mm；中間支座寬度即為次梁寬度:b=220mm；板厚：h=80mm。計算跨度按圖2.3進行計算，其中，邊跨：=2000-120-b/2+h/2=2000-120-110+40=1810mm，

8、 =2000-120-b/2+a/2=2000-120-110+60=1830mm 兩式較小值為l01=1810mm中間跨：=2000-b=2000-220=1780mm由于（1810-1780）/1780 ×100%=0.1.7%10%，故可按等跨連續(xù)板計算內力；且多于五跨連續(xù)板按五跨計算內力，小于五跨或等于五跨的連續(xù)板按實際跨數(shù)計算內力。按圖2.1布置板其跨度多于五跨，故按五跨計算內力，其計算簡圖見圖2.3。2.3.2荷載計算板的荷載計算可列表計算，見下表2.2荷 載 種 類荷載標準值（kN/m）荷載分項系數(shù)荷載設計值（kN/m）永久荷載20mm厚水泥砂漿面層0.41.050.4

9、280mm厚現(xiàn)澆板自重21.052.115mm厚板底抹灰0.2551.050.27小 計（g）2.655-2.79可變荷載（q）61.27.2總荷載（g+q）8.655-9.99 表2.2 板的荷載計算表說明：1.分項系數(shù)取值依據(jù)水工混凝土結構設計規(guī)范，G =1.05，Q =1.2。 2.荷載標準值的計算： 20mm厚水泥砂漿面層：20*0.02*1=0.4 kN/m 80mm厚現(xiàn)澆板自重： 25*0.08*1=2 kN/m 15mm厚板底抹灰: 17*0.015*1=0.255 kN/m2.3.3板的內力計算板考慮塑性內力重分布后，各跨中及支座截面的彎矩系數(shù)值按圖2.4采用，各跨中及支座截面

10、的彎矩按式計算。圖2.4單向板內力系數(shù)板一般均能滿足斜截面抗剪承載力要求，所以只進行正截面承載力計算。計算B支座負彎矩時，計算跨度取相鄰兩跨的較大值。板的彎矩計算見表2.3： 表2.3 板的彎矩計算表截 面邊跨中M1B支座MB中間跨中M2、M3中間支座MC跨 度 （m）1.8101.8101.7801.780內力系數(shù) 1/11-1/111/16-1/14 彎矩值（kN·m）2.98-2.981.98-2.262.3.4板的配筋計算板單寬b取為1000mm，一類環(huán)境保護層厚度c=20，對于薄板 a=c+5=25mm，h0=h-a=80-25=55mm。各截面配筋計算過程見下表，中間區(qū)格

11、中間板的四周與梁整體連接，由于拱效應，彎矩有所降低，故M2、M3及MC應降低20%，計算結果可以填在表2.4內。表2.4 板正截面承載力計算截 面邊跨跨中B支座中間跨中，中間支座邊區(qū)格中間區(qū)格邊區(qū)格中間區(qū)格M（kN×m）2.982.981.981.582.26-1.81（mm）7.257.254.703.725.404.28=19.25（mm）滿足滿足滿足滿足滿足滿足= （）331331215170247196選配鋼筋814081408200825082008200實配359359251201251251說明：minbh0=0.2%*1000*55=110mm2，實際配筋面積均滿足要

12、求。其中：=1.2, =9.6N/, =210N/板的模板配筋板的配筋一般采用分離式，板的配筋圖見A1圖。2.4次梁的設計次梁按考慮塑性內力重分布進行設計計算簡圖次梁在墻上的支承長度a不小于240mm，現(xiàn)取a=240；中間支座寬度即為主梁寬度（b=400）。計算跨度按圖2.2進行計算，其中：邊跨：=5700-120-350/2+0.025×(5700-120-350/2)=5540mm =5700-120-350/2+240/2=5525mm兩式相比取較小值L01=5525mm中間跨：=5700-b=5700-350=5350mm由于(5525-5350)/5350 ×10

13、0%=3.27%<10% ,，故可按等跨連續(xù)梁計算內力。次梁的計算簡圖見下圖2.5。g+q=22.38 kN.m圖2.5 次梁的計算簡圖荷載計算按考慮內力重分布設計，根據(jù)廠房的實際情況，樓蓋的次梁和主梁的活荷載一律不考慮梁從屬面積的荷載折減。永久荷載包括：板傳來的恒荷載、次梁自重和次梁底及兩側的粉刷重量；可變荷載僅考慮板傳來的樓面活荷載，可按表5進行計算。 表2.5次梁的荷載計算表荷 載 種 類荷載標準值（kN/m）荷載分項系數(shù)荷載設計值（kN/m）永 久荷 載板傳來的恒荷載5.311.055.58次梁自重2.041.052.14次梁底及兩側的粉刷自重0.251.050.26小計（g）7

14、.6-7.98可變荷載（q）121.214.4總荷載（g+q）19.6-22.38說明：1.分項系數(shù)取值依據(jù)水工混凝土結構設計規(guī)范，G =1.05，Q =1.2。 2.荷載標準值的計算： 板傳來的恒荷載：2.655*2=5.31 kN/m 次梁自重： 25*0.22*（0.45-0.08）=2.04 kN/m 次梁底及兩側的粉刷自重: 17*0.0150.22+(0.45-0.08)*2=0.25 kN/m可變荷載：6*2=122.4.3次梁的內力計算次梁考慮塑性內力重分布，各跨中及支座截面的彎矩系數(shù)mp值按表2.6采用，各跨中及支座截面的彎矩按式計算。 表2.6 次梁的彎矩計算表 截面位置邊

15、跨中M1B支座MB中間跨中M3mp1/11-1/111/16計算跨度l0(m)5.5255.5255.350M=mp (g+q)l02 (kN.m)62.11-62.1140.04次梁各支座截面的剪力系數(shù)vb值按表2.7采用，剪力按式計算。 表2.7 次梁的剪力計算表 截面位置邊支座QA內支座QBl內支座QBrvb0.450.600.55凈跨度ln(m)5.4055.4055.350 (kN)54.4372.5865.862.4.4 次梁的配筋計算2.4.4.1正截面受彎承載力計算支座承受負彎矩，翼緣位于受拉區(qū)，按矩形截面進行設計；而跨中翼緣位于受壓區(qū)，按T形截面計算，翼緣計算寬度按教材表3-

16、3進行計算。正截面承載力計算過程可列于表2.8。確定: 按單層鋼筋布置，則a=c+10，由附錄4表1的c=30，得a=30+10=40mm，=450-a=450-40=410mm /=80/410=0.195>0.1 故僅按計算跨度L0和梁凈距Sn考慮。邊跨：桉計算跨度L0考慮：= L0 /3=5.525/3=1.84m按梁凈距Sn: =b+ Sn=0.22+(2-0.12-0.22/2)=1.99m取較小值即=1.84m中間跨：桉計算跨度L0考慮：=L0/3=5.35/3=1.78m按梁凈距Sn: =b+ Sn=0.22+(2-0.22)=2m取較小值即=1.78m判別T形截面類型:

17、邊跨:/rd=9.6*1840*80*（410-80/2）/1.2=436 kNm>42.13 kNm中間跨: /rd=9.6*1780*80*(410-80/2)/1.2=422 kNm>27.16kNm故各跨中截面均屬于屬于第一類T形截面。次梁正截面承載力計算： 表2.8 次梁正截面受彎承載力計算截面位置邊跨中M1B支座MB中間跨中M2彎矩設計值M(kN.m)62.11-62.1140.04截面類型一類T形矩形一類T形0.0250.209001600250.2370016AS(mm2)603684374選配鋼筋316222216實際配筋面積(mm2)603760402說明：mi

18、nbh0=0.2%*220*410=180.4mm2，實際配筋面積均滿足要求。其中: =，=1-，=或=(mm)斜截面受剪承載力計算包括復核截面尺寸、腹筋計算和最小配箍率驗算。斜截面承載力計算過程可列于表2.9。 表2.9次梁斜截面受彎承載力計算截面位置邊支座QA內支座QBl內支座QBr剪力設計V(kN)54.4372.5865.86rdV65.3287.1079.030.25fcbh00.25×9.6×220×410/1000=216.48 KN > rdVmax,截面尺寸滿足要求0.7ftbh00.7×1.1×220×410

19、/1000=69.45 KNrdVmax需配置彎筋彎起鋼筋無箍筋用量200,雙肢Asv(mm2)101= Asv/bs101/(220×200) ×100%=0.23%>0.15%Vcs=Vc+1.25（fyv Asv/s）h069.45+(1.25×210×101/200) ×410/1000=123.8 KNVCS> rdV滿足滿足滿足2.4.5 次梁的模板配筋次梁的配筋圖見A1圖2.5主梁的設計主梁內力計算按彈性理論設計，視為鉸支在柱頂上的連續(xù)梁。計算簡圖 圖2.6：主梁的有關尺寸及支承情況主梁在墻上的支承長度a不小于370m

20、m，現(xiàn)取a=370.中間支座寬度即為柱橫截面高度，即取b=400mm。計算跨度按圖2.6進行計算，其中：邊跨：取 =6000-120-400/2+0.05(6000-120-400/2)=5964mm=6000-120-400/2+370/2=5865mm取兩式較小值L01=5740mm中間跨：=6000=6000mm由于（60005865）/6000 ×100%=2.25%<10% 說明可以按等跨連續(xù)梁計算內力。主梁的計算簡圖見圖2.7。荷載計算主梁的自重和主梁底及兩側的粉刷自重為均布荷載，但此荷載值與次梁傳來的集中荷載值相比很小，為簡化計算，采取就近集中的方法，把主梁自重集

21、中到集中荷載作用點，將主梁視為承受集中荷載的連續(xù)梁來計算。主梁承受的永久荷載包括：次梁傳來的恒荷載、主梁自重和主梁底及兩側的粉刷重量；主梁承受的可變荷載僅考慮次梁傳來的可變荷載?？砂幢?.10進行計算: 表2.10 主梁的荷載計算表荷 載 種 類荷載標準值（kN）荷載分項系數(shù)荷載設計值（kN）永 久荷 載次梁傳來的恒荷載43.321.0545.49主梁自重10.851.0511.39主梁底及兩側的粉刷0.821.050.86小 計（G）54.99-57.74可變荷載（Q）68.41.282.08總荷載（G+Q）123.39-139.82說明：1.分項系數(shù)取值依據(jù)水工混凝土結構設計規(guī)范，G =1

22、.05，Q =1.2。 2.荷載標準值的計算： 次梁傳來的恒荷載：7.6*5.7=43.32 kN/m 主梁自重： 25*0.35*（0.7-0.08）*2=10.85 kN/m主梁底及兩側的粉刷: 17*0.015*0.35+(0.7-0.08)*2*2=0.82 kN/m可變荷載：12*5.7=68.4 kN/m2.5.3主梁的內力計算集中荷載作用下五跨連續(xù)梁的彎矩及剪力系數(shù)可由教材附錄八的表格查得，各跨中及支座截面的彎矩按式M=1GL+2QL；各支座截面剪力按式V=1G+2Q。其中，1、1分別為永久荷載作用下的彎矩及剪力系數(shù)；2、2分別為可變荷載作用下的彎矩及剪力系數(shù)。按彈性理論計算內力

23、時，需要考慮可變荷載的最不利布置方式，因此應將永久荷載和可變荷載作用下的內力單獨計算，然后對控制截面內力進行組合，計算各截面及支座的最大內力或最小內力。主梁各截面及支座的彎矩及剪力系數(shù)由附錄八查得后，可計算出相應的彎矩及剪力，見表10，為便于繪制主梁內力包絡圖，應將每種荷載作用形式下的內力圖繪制出來，荷載組合時再將每種組合方式下內力圖繪制出來，合并到同一坐標系下即得內力包絡圖。值得注意的是主梁的結構對稱且荷載對稱，只需畫出一跨半的內力包絡圖即可。內力組合按表2.11和表2.12進行計算 表10主梁內力計算表 表2.11 主梁彎矩組合項次M1M2MBM3M4McM5+184.88133.19-1

24、59.67-46.39-57.04-120.28122.65+45.81-5.89-159.6795.9493.21-121.07-19.63+157.3578.99-244.1847.1367.94-98.12-6.43+53.229.23-137.0180.8240.32-210.9070.30+46.29-4.91-158.1494.9589.66-127.08-16.29+182.91129.29-165.72-42.35-46.96-96.99108.41Mmax組合+Mmax184.88133.19-137.0195.9493.21-96.99122.65Mmin組合+Mmin45

25、.81-5.89-244.18-46.39-57.04-210.90-19.63表2.12主梁剪力組合項次VAVBlVBrVClVCr+109.47-166.5658.89-61.16137.93+29.58-84.64146.48-134.0256.96+95.39-180.81164.34-116.1652.15+33.36-80.85127.59-152.81157.06+29.82-84.39145.22-135.1752.15+108.46-167.5769.38-46.41118.82Vmax組合+Vmax109.4733.97164.34-46.41157.06Vmin組合+Vm

26、in29.82-180.81-18.23-135.17-22.892.5.4主梁的內力包絡圖彎矩包絡圖:剪力包絡圖:2.5.5主梁的配筋計算2.5.5.1正截面受彎承載力計算支座承受負彎矩，翼緣位于受拉區(qū)，按矩形截面進行設計；而跨中翼緣位于受壓區(qū)，按T形截面計算，翼緣計算寬度按教材表3-3進行計算。正截面承載力計算過程可列于表2.13。對于主梁，進行便安全設計跨中按T形截面進行計算，其翼緣寬度為：=l/3=6000/3=2000mm判斷其截面類型：取a=c+10=30+10=40 （按單層布置）h0=700-a=660mm/rd=9.6*2000*80*（660-80/2）/1.2 kN

27、83;m =793.6kN·m大于最大彎矩值，故按第一類T型截面計算。支座處按矩形截面計算，因其受力較大，按雙層布置鋼筋，據(jù)課本P249取有效高度h0=700-80=620mm 表2.13截面受彎承載力計算截面位置邊跨中M1B支座MB中間跨中M3C支座MC中間跨M5彎矩設計值M(kN.m)184.88-244.1895.94-210.90122.65截面類型一類T形矩形一類T形矩形一類T形S0.0270.2270.0140.1960.0180.0270.2610.0140.2200.018AS(mm2)114018125911528760選配鋼筋322620220618222實際配筋

28、面積(mm2)114018846281527760說明：minbh0=0.2%*220*410=180.4mm2，實際配筋面積均滿足要求。其中: =，=1-，=或=(mm)對于矩形：b=250mm，h0=620mm對于T形：=2000mm： h0=660mm2.5.5.2斜截面受剪承載力計算包括復核截面尺寸、腹筋計算和最小配箍率驗算。斜截面承載力計算過程見表2.14表2.14截面受彎承載力計算截面位置邊支座QA支座QBl支座QBr支座QCl支座QCr剪力設計V(kN)109.47-167.57164.34-135.17157.06rdV130.36-201.08197.21-162.20188

29、.470.25fcbh00.25×9.6×350×620=520.8kN> rdVmax=201.08 kN截面尺寸滿足要求0.7ftbh00.7×1.1×350×620/1000=167.09 KNrdVmax=201.08 kN需配置彎筋彎起鋼筋無箍筋用量150,雙肢Asv(mm2)101= Asv/bs101/(350×150) ×100%=0.19%>0.15%Vcs=Vc+1.25（fyv Asv/s）h0201.08+(1.25×210×101/150) ×62

30、0/1000=310.67KNVCS> rdV滿足滿足滿足滿足滿足附加鋼筋計算主、次梁交接處附加橫向鋼筋計算。在主梁與次梁交接處，主梁的腹筋承受由次梁傳來的集中荷載作用，為防止在主梁的中下部出現(xiàn)裂縫破壞，故在此交接處設置附加橫向鋼筋（箍筋或吊筋），現(xiàn)在此處設置箍筋。(a) 主梁與次梁交接處斜向裂縫 (b)吊筋形式 (c) 箍筋形式圖2.8 主梁與次梁交接處箍筋和吊筋形式考慮到主梁與次梁交接處的破壞面大體如圖8(b)和(c)虛線所示，故附加橫向鋼筋應布置在S=2h1+3b的范圍內，其數(shù)量按下式計算：式中：F 次梁傳給主梁的集中荷載設計值（應扣除主梁自重）； fyv 附加橫向鋼筋的抗拉強度設

31、計值； 附加橫向鋼筋與梁軸線的夾角，一般取=45°；因為：S=2h1+3b=2×（700-450）+3×220=1160mm故附加鋼筋應布置在1160mm的范圍內。選8的雙肢箍筋對于箍筋：Asv=mnAsv1 ，Asv1為一肢附加箍筋的截面積，n為同一截面內附加箍筋的肢數(shù)，m為在長度s范圍內附加箍筋的排數(shù)。則由公式得：m>rdF/(nfyvAs)=1.2*(45.49+82.08)*1000/(2*210*50.5)=7.2 在s范圍內可布置8排，故實配面積為8*101=808mm2>516mm2故可配每側附加4排8150的箍筋。2.5.7主梁的模板配筋次梁的配筋圖見A1圖。3課程設計體會此次課程設計為單向板肋形結構的設計，通過水工鋼筋混凝土結構學的學習，進一步加深對理論的認識和理論在工程中的運用，同時，也培養(yǎng)我的綜合運用知識的能力和動手的能力。而且在我遇到問題時，也積極與大家進行了探討，這也增加了我的團隊意識。通過這一個學期的理論課程學習，我們開始接觸水工鋼筋混凝土結構的課程設計。萬事開頭難，課程設