整體式單向板肋形樓蓋設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、整體式單向板肋形樓蓋設(shè)計(jì)The design of monolithic ribbed floor slab摘要鋼筋混凝土現(xiàn)澆單向板肋梁樓蓋是由板、次梁、主梁三部分組成，因此設(shè)計(jì)分別計(jì)算板、次梁、主梁的荷載作用以及承載力作用，并在符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求的前提下，盡可能地使施工簡(jiǎn)單，達(dá)到最大經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行配筋計(jì)算。AbstractCast-in-place reinforced concrete one-way slab ribbed floor is composed of a plate,beam, girder is composed of three parts, therefore the d

2、esign calculation of plate respectively, beam, beam loading effect and bearing capacity, and in accordance with design specifications and requirements of the premise, as far as possible to make the simple construction, achieve the maximum economic benefit calculation of reinforcing bars.一.設(shè)計(jì)資料某多層工業(yè)建

3、筑樓蓋平面如圖（附圖1）采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆單向板肋梁樓蓋1樓層平面L1=18m L2=30m 墻體厚度：370mm板擱置長(zhǎng)度：120mm 次梁擱置長(zhǎng)度：240mm 主梁擱置長(zhǎng)度：240mm2.建筑位于非地震區(qū)3.結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為級(jí)4.結(jié)構(gòu)環(huán)境類別為一類5.建筑材料等級(jí)混凝土：梁、板C25鋼 筋：板中鋼筋、梁中箍筋、構(gòu)造鋼筋 級(jí) 梁中受力筋級(jí)6.荷載：鋼筋混凝土重力密度： 25kN/m3水磨石面層： 0.65kN/m2石灰砂漿抹面15mm： 17kN/m3 樓面活荷載： 4kN/m2 / 6kN/m2（建議尺寸：柱=350mm×350mm）二.結(jié)構(gòu)平面布置單向板肋形梁樓蓋由板、次梁和主梁

4、構(gòu)成。為了增強(qiáng)房屋橫向剛度，防止側(cè)滑現(xiàn)象，采取主梁沿房屋橫向布置，次梁沿房屋縱向布置方案。橫向布置4根主梁，縱向布置8根次梁。次梁的間距決定板的跨度，主梁的間距決定次梁的跨度，柱網(wǎng)的尺寸決定主梁跨度,初估主梁的跨度為6000mm；次梁的跨度為6000mm；板的跨度為2000mm,布置圖如下:圖1 樓蓋平面布置圖Fig.1 Floor layout1.板厚的確定按剛度要求，板厚不宜小于其跨長(zhǎng)的1/40，即h>=l/40=2000/40=50mm；按構(gòu)造要求，工業(yè)建筑樓板的最小厚度為80mm，故取板厚h=80mm。2.次梁尺寸的確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，多跨連續(xù)次梁的截面高度h=l/18l/12=600

5、0/186000/12=333.33500mm，故取h=450mm；截面寬度b=h/3h/2=450/3450/2=150225mm，故b=200mm。3.主梁尺寸的確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，多跨連續(xù)主梁的截面高度h=l/15l/10=6000/156000/10=400600mm,故取h=500mm；截面寬度b=h/3h/2=500/3500/2=166.67250,故取b=250mm。4.各構(gòu)件截面尺寸的初估 板 ：板厚= 80 mm 次梁：梁高 h= 450 mm；梁寬 b= 200 mm 主梁：梁高 h = 500 mm；梁寬 b= 250 mm 柱 ：b×h=350mm ×3

6、50mm三板的設(shè)計(jì)1荷載計(jì)算水磨石面層： 0.65kN/ 石灰砂漿抹面: 0.015×17=0.255kN/板自重： 0.08×25=2.0kN/恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值：gk=0.65+0.255+2.0=2.905kN/活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：qk=6kN/根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500g-2001)的規(guī)定，G =1.2 Q =1.3 則恒荷載設(shè)計(jì)值 g=G gk=1.2×2.905=3.486kN/ 活荷載設(shè)計(jì)值 q=Q gk=1.3×6=7.8kN/由于將板的中間支座簡(jiǎn)化為鉸支座時(shí)無(wú)形中將彎矩算大了應(yīng)調(diào)整荷載板的折算荷載 g=g+q/2=3.486+7.8×

7、;1/2=7.386kN/ g+ q=7.386+3.9=11.286kN/2.計(jì)算跨度圖2 板的布置簡(jiǎn)圖Fig.2 Plate layout diagram按塑性方法計(jì)算內(nèi)力值時(shí),板的兩端擱置在墩墻上,計(jì)算彎矩用的計(jì)算跨度l0采用l0= ln+h/2與l0= ln+a/2的較小值.取1m寬板作為計(jì)算單元，則：中間跨：l0=ln=2000-200=1800mm；邊跨： l0= ln+h/2=2000-120-100+80/2=1820mm l0= ln+a/2=2000-120-100+120/2=1840mm 取兩者中的較小值作為l0,則l0=1820mm3.板的正截面抗彎配筋設(shè)計(jì)3.1做出

8、板的計(jì)算簡(jiǎn)圖 圖3 板的計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.3 Plate Secondary beam calculation sketch由于邊跨與中間跨的計(jì)算跨度相差(1820-1800)/1800×100%=1.1%10%,板可看做是以邊墻和主梁為鉸支座的多跨連續(xù)梁且跨度相差不超過(guò)10%,可采用等跨度的圖表計(jì)算內(nèi)力.3.2內(nèi)力計(jì)算按考慮塑性變形內(nèi)力重分布的方法計(jì)算連續(xù)板的內(nèi)力,根據(jù)我國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)CECS51:93鋼筋混凝土連續(xù)梁和框架考慮內(nèi)力重分布設(shè)計(jì)規(guī)程所給出的均布荷載作用下的等跨連續(xù)板的彎矩M=mp (g+q) l02,將計(jì)算結(jié)果繪下表:表2-1 板的彎矩計(jì)算Tab2-1 Cal

9、culation of plate bending moment截面端支座A邊跨中I離端第二支座B離端第二跨跨中II中間支座C中間跨彎矩系數(shù)m01/11-1/111/16-1/141/16M=（g+q）l0203.40-3.362.29-2.612.293.3配筋計(jì)算根據(jù)水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書可知,混凝土的材料等級(jí)為C25,板中鋼筋為級(jí),查附錄表可知混凝土軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c =11.9N/ mm2,鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy =210N/ mm2.結(jié)構(gòu)環(huán)境類別為一類.則混凝土保護(hù)層厚度c=20mm.設(shè)計(jì)板采用單層布置.則縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面受拉邊緣的距離a=c+10=20+10=30m

10、m.從而求得有效高度h0=h-a=80-30=50mm,b=1m=1000mm按DL/T5057-2009取1=1.0.根據(jù)上述數(shù)據(jù),作板的正截面承載力計(jì)算表.表2-2 板的正截面承載力計(jì)算(電力標(biāo)準(zhǔn)1 =1.0)Tab2-2 Plate calculation of bearing capacity of normal section（Electric power standard1 =1.0)截面IB、C在平面圖上位置軸間軸間M/(kN*m)3.40-3.362.291.832-2.61-2.088s=M/(1 fc b h02)0.1140.1130.0770.0620.0880.070

11、=1-(1-2s)½0.1210.1200.0800.0640.0920.073As=fc bh0/fy342.83340226.67181.33260.67206.83選配鋼筋814081408200820081908200實(shí)配筋面積/mm2359359251251265251注:1.當(dāng)單向連續(xù)板的周邊與鋼筋混凝土梁連接時(shí),所考慮內(nèi)拱的有利作用,除邊跨和離端第二支座外,中間各跨的跨中和支座彎矩值可減少20%,即軸間M1=M11=2.29×0.8=1.832kN*m, Mc=-2.61×0.8=-2.088kN*m 2.為了施工中鋼筋不易被踩下,支座上部承受負(fù)彎矩

12、的鋼筋一般直徑不宜少于8mm,受力鋼筋的間距不宜大于200mm.表中max=0.121小于b=0.614.配筋率驗(yàn)算 =A/bh=251/(1000*50)=0.502%min=0.20% 滿足要求由于板所受的剪力很小,僅混凝土即足以承擔(dān)剪力,所以不進(jìn)行受剪承載力計(jì)算,也不必配置腹筋。4.繪制截面配筋圖為了便于設(shè)計(jì)和施工采用分離式配筋,配筋圖見附圖四次梁的設(shè)計(jì)1.荷載計(jì)算板傳來(lái)的恒載:7.386×2=14.772kN/m次梁自重: 1.2×25×0.2×(0.45-0.08)=2.22kN/m次梁抹灰: 1.2×17×0.015

13、15;(0.45-0.08)×2=0.226kN/m恒荷載設(shè)計(jì)值:g=14.772+2.22+0.226=17.218kN/m活荷載設(shè)計(jì)值:q=3.9×2=7.8kN/m次梁的折算荷載g=g+q/4=17.218+7.8/4=19.168kN/m q=q*3/4=7.8×3/4=5.85kN/m g+ q=19.168+5.85=25.018kN/m2.計(jì)算跨度圖4 次梁的布置簡(jiǎn)圖Fig.4 Secondary beam layout diagram中間跨l0=6000-250=5750mm邊跨l0=1.025 ln=1.025×(6000-240-12

14、5)=5775.875mml0= ln+a/2=6000-240-125+240/2=5755mm取小值l0=5755mm邊跨和中間跨計(jì)算跨度相差(5.755-5.75)/5.7=0.087710%.可按等跨連續(xù)梁計(jì)算.3.次梁的正截面抗彎配筋設(shè)計(jì)3.1作梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖圖5 次梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.5 Secondary beam calculation sketch邊跨和中間跨計(jì)算跨度相差(5.755-5.75)/5.7=0.0877%10%次梁可看做是以邊墻和主梁為鉸支座的多跨連續(xù)梁且跨度相差不超過(guò)10%,可采用等跨度的圖表計(jì)算內(nèi)力.3.2內(nèi)力計(jì)算與板的計(jì)算原理相同,將計(jì)算結(jié)果列入下表中.表3

15、-1 次梁的彎矩計(jì)算Tab3-1 Calculation of beam bending moment截面MAMB()MC彎矩系數(shù)01/11-1/111/16-1/14M= m (g+q) l02075.327-75.26251.697-59.0833.3配筋計(jì)算次梁跨中截面按T形截面計(jì)算翼緣計(jì)算寬度bf= l0/3=5750/3=1917mm bf=b+ Sn =200+(2000-200)=2000mm一類環(huán)境,查表得c=30mm一層鋼筋 a=c+10=40mmh0=h-a=450-40=410mmhf=80mm hf/ h0=80/410=0.1950.1則bf=1917mm根據(jù)混凝土等

16、級(jí)為C25, fc =11.9N/ mm2 .梁中受力筋級(jí)fy =300N/ mm2 所以 fc bfhf(h0 - hf/2) =11.9×1917×80×(410-80/2) =675.244kN*m75.327kN*m(51.697kN*m)故各跨中截面屬于第一類T形截面支座截面按矩形截面計(jì)算.表3-2 次梁正截面承載力計(jì)算Tab3-3 Calculation of bearing capacity of normal section截面B()CM75.327-75.26251.697-59.083bf/b19172001917200s=M/( bf fc

17、b h02)0.01960.1880.01350.148=1-(1-2s)½0.01980.2100.01360.161A=fc bh0/fy617.30683.06452.00523.68選配鋼筋220222116+118116+312實(shí)際鋼筋面積628760455.6540.1表中max =0.210b =0.550=A/bh=455.6/19.7×410=0.0580%min=0.9%4.次梁的斜截面抗剪配筋計(jì)算.4.1內(nèi)力計(jì)算表3-3 次梁的剪力計(jì)算Tab3-3 Secondary beam shear calculation截面QAQBlQBrQClQCr剪力系數(shù)

18、0.450.600.550.550.55V= v (g+q) ln67.52790.03682.53382.53382.5334.2構(gòu)件截面尺寸校核hw/b= (h0 - hf)/b=(410-80)/200=1.654.0時(shí),KV0.25 fc bh0=0.25×11.9×200×410=243.95kN 故構(gòu)件截面尺寸符合要求。4.3斜截面承載力計(jì)算在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50010-2002)等規(guī)范中,對(duì)一般的受彎構(gòu)件,取用Vc =0.7 ft b h0 =0.7×1.27×200×410=72.898kN；KV=1.2

19、15;67.527=81.032kN，其中根據(jù)安全系數(shù)K取1.20；根據(jù)混凝土等級(jí)為C25,查表可知ft =1.27N/ mm2表3-4 斜截面承載力計(jì)算Tab3-4 calculation of oblique section bearing capacity截面ABlBrCV67.52790.03682.53382.533配筋方式計(jì)算配筋箍筋直徑和肢數(shù)8 雙肢ASV2×50.3=100.6KV- VC81344351452614226142ASV /S=( KV- VC)/(1.25 fyvh0)0.7560.3270.2430.243S733308414414實(shí)際S133200

20、200200配筋率驗(yàn)算SV = ASV /bs=100.6/(200×200)=0.25%min =0.24ft/fyv=0.24×1.27/300=0.102%符合要求。VSV =1.25 fyv ASV h0/s=1.25×300×2×50.3÷200×400=77.34kN VSV + VC=77.34+72.898=150.24kN1.2×90.036=108.04 由式可知,不需要配置彎筋.5.繪制截面配筋圖(見附圖)五.主梁設(shè)計(jì)1.荷載計(jì)算主梁上承受的荷載包括次梁傳來(lái)的集中荷載,有恒載和活載.此外也有主

21、梁自重所產(chǎn)生的均布荷載.通常自重相對(duì)于次梁的集中荷載來(lái)說(shuō)小得多,為方便計(jì)算,可將主梁自重簡(jiǎn)化為次梁作用點(diǎn)處的集中荷載.次梁傳來(lái)的恒載:9.418×6=56.508kN主梁自重: 1.2×25×0.25×(0.5-0.08)×2=6.3kN梁側(cè)抹灰: 1.2×17×0.015×(0.5-0.08)×2×2=0.514kN恒荷載: G=56.508+6.3+0.514=63.322kN活荷載: Q=15.6c56=93.6kNG+Q=63.322+93.6=156.922kN由于板或次梁不與支座整體

22、連接,假定中間支座為鉸支座符合實(shí)際的受力情況,因而不作荷載調(diào)整.2.計(jì)算跨度圖6 主梁的布置簡(jiǎn)圖Fig.6 Main beam layout diagram按彈性方法計(jì)算內(nèi)力時(shí)中間跨 lC =6000 0.05 lC =0.05×6000=300350=bl0 =1.05 ln =1.05×(6000-350)=59330mm邊跨 lC =6000 l0 =1.05 ln =1.05×(6000-240-175)=5864mm圖7 主梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.7 Main beam calculation sketch3內(nèi)力設(shè)計(jì)值M=×Ql(或Gl)V=

23、15;Q(或G)課本附錄8是將每跨梁分為10等分，為了計(jì)算簡(jiǎn)便，取3、6、B、13、15這5個(gè)斷面進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。計(jì)算截面3的彎矩值，從附錄8查得，G作用在3位置時(shí)，=0.1882；G作用在6位置時(shí)，=0.0893；G作用在13位置時(shí)，=-0.0231；G作用在16時(shí)，=-0.0192；G作用在23位置時(shí)，=0.0071；G作用在26位置時(shí)，=0.0067。則截面3中的=0.1882+0.0893-0.0231-0.0192+0.0071+0.0067=0.249計(jì)算截面6的彎矩值，從附錄8查得，G作用在3位置時(shí)，=0.0763；G作用在6位置時(shí)，=0.1786；G作用在13位置時(shí)，=-0.04

24、62；G作用在16時(shí)，=-0.0384；G作用在23位置時(shí)，=0.0143；G作用在26位置時(shí)，=0.0134。則截面6中的=0.0736+0.1786-0.0462-0.0384+0.0143+0.0134=0.198計(jì)算截面B的彎矩值，從附錄8查得，G作用在3位置時(shí)，=-0.0728；G作用在6位置時(shí)，=-0.1024；G作用在13位置時(shí)，=-0.0770；G作用在16時(shí)，=-0.0640；G作用在23位置時(shí)，=0.0238；G作用在26位置時(shí)，=0.0224。則截面B中的=-0.0728-0.1024-0.0770-0.0640+0.0238+0.0224=-0.27計(jì)算截面13的彎矩值

25、，從附錄8查得，G作用在3位置時(shí)，=-0.0445；G作用在6位置時(shí)，=-0.0640；G作用在13位置時(shí)，=0.1414；G作用在16時(shí)，=0.0512；G作用在23位置時(shí)，=-0.0119；G作用在26位置時(shí)，=-0.0112。則截面13中的=-0.0445-0.0640+0.1414+0.0512-0.0119-0.0112=0.06計(jì)算截面15的彎矩值，從附錄8查得，G作用在3位置時(shí)，=-0.0273；G作用在6位置時(shí)，=-0.0384；G作用在13位置時(shí)，=0.0870；G作用在16時(shí)，=0.1280；G作用在23位置時(shí)，=-0.0357；G作用在26位置時(shí)，=-0.0336。則截面

26、15中的=-0.0273-0.0384+0.0870+0.1280-0.0357-0.0336=0.08采用類似的計(jì)算方法，求得各種集中荷載作用下每個(gè)截面的內(nèi)力值，將結(jié)果填入下表表4-1 主梁在恒載、活載分別作用下的彎矩計(jì)算Tab4-1 Calculation girder under dead load, live load respectively under the action of bending moment在恒載、活載分別作用下截面彎矩計(jì)算項(xiàng)次荷載簡(jiǎn)圖/3/6/B/13/150.2490.198-0.270.060.08恒荷載92.45973.521-100.84622.5413

27、0.0550.29310.2826-0.129-0.1326-0.135活荷載159.886155.111-71.221-73.635-74.969-0.0423-0.0846-0.1410.19260.215活荷載-23.217-46.434-77.846105.712118.0070.23520.1703-0.31620.08310.1493活荷載129.09493.473-174.57445.61181.946內(nèi)力組合+252.345228.632-172.067-51.094-44.914+69.24227.087-178.692128.253148.062+221.553166.99

28、4-275.4268.152112.001MMax組合項(xiàng)次+MMax組合值252.345228.632-172.067128.253148.062MMin組合項(xiàng)次+MMin組合值69.24227.087-275.42-51.094-44.914表4-2主梁在恒載、活載分別作用下的剪力計(jì)算Tab4-2 Calculation girder under dead load, live load respectively under the action of shear force在恒載、活載分別作用下截面剪力計(jì)算/kN項(xiàng)次荷載簡(jiǎn)圖/ VA/ VBl/ VBr0.875-1.171.1恒荷載55.

29、407-74.08769.6541.016-1.029-0.012活荷載95.098-96.314-1.123-0.141-0.1411.112活荷載-13.198-13.198104.0830.8288-1.21621.3314活荷載77.576-113.836124.619內(nèi)力組合+150.505-170.40168.543+42.209-87.285173.737+132.983-187.923194.273VMax組合項(xiàng)次+VMax組合值150.505-87.285194.273VMin組合項(xiàng)次+VMin組合值42.209-187.92368.5344繪制彎矩、剪力包絡(luò)圖（見附圖）5正

30、截面承載力計(jì)算5.1確定翼緣寬度主梁跨中截面按T形截面計(jì)算.邊跨 bf= l0/3=5864/3=1954.67mm bf=b+ Sn=250+(6000-240-125)=5885mm取小值bf=1954.67mm中跨 bf= l0/3=5933/3=1977.67mm bf=b+ Sn=250+(6000-250)=6000mm取較小值bf=1977.67mm5.2配筋計(jì)算跨中截面承受正彎矩，截面上部受壓下部受拉，翼緣位于受壓區(qū)，即混凝土的受壓區(qū)為T形，按T形截面計(jì)算；支座截面承受負(fù)彎矩，截面上部受拉下部受壓，翼緣位于受拉區(qū)，由于翼緣受拉后混凝土?xí)l(fā)生裂縫，不起受力作用，所以仍按矩形截面計(jì)

31、算。一類環(huán)境 c=30mm跨中布置單排鋼筋時(shí) a=c+10=40mmh0=h-a=500-40=460mm判別截面類型 hf=80mm fc=11.9N/ mm2 1=1.01fc bfhf(h0 - hf/2)=1.0×11.9×1977.67×80(460-80/2)=790.75M1=249.22kN*m故屬于第一類T形截面.支座截面按矩形截面計(jì)算,考慮到支座截面彎矩較大,縱筋布置兩排,并放在次梁主筋下面. 則 ： a=c+35=65mm h0=h-a=500-65=435mm由于實(shí)際上正截面受彎承載力和斜面受彎承載力的控制截面在支座邊緣,計(jì)算配筋時(shí)應(yīng)將其換

32、到截面邊緣.則 MB邊= MB,Max+ VBr b/2=-275.42+194.27×0.35/2=-241.42kN*m表4-3 主梁正截面承載力計(jì)算Tab4-3 Calculation of bearing capacity of normal section of main girder截面邊跨跨中中間支座B中間跨中Mb252.345-241.42-51.094148.062s= Mb /(1 bf fc b h02)0.05130.3840.01030.0297=1-(1-2s)½0.05270.5180.01040.0302A=fc bh0/fy18392363

33、3751090選配鋼筋620820216420實(shí)際鋼筋面積188425134021256max=0.518<b=0.550由于min是根據(jù)鋼筋混凝土梁控制梁裂縫寬度的條件得出的，而T形截面梁的受壓區(qū)對(duì)控制裂縫的作用不大，因此T形截面的min仍按矩形截面b×h的值采用。=As/(b×h)=402/(250×460)=0.35%>min=0.2%6主梁斜截面受剪承載力計(jì)算6.1截面尺寸校核hw/b= （h0- hf )/b=(460-80)/250=1.524.0KV=1.20×197.243=233.13kN0.25fcb h0=0.25

34、15;11.9×250×460=342.13kNKV0.25fcb h0 截面尺寸符合設(shè)計(jì)要求6.2斜截面受剪承載力計(jì)算因?yàn)榛炷恋燃?jí)為C25, ft=1.27N/ mm2Vc =0.7 ftb h0=0.7×1.27×25.0×460=102.23KV=244.248 按計(jì)算配箍筋選用8250雙肢筋VSV =1.25 fyvASVh0/s=1.25×210×2×50.3÷250×460=48.59由于最大彎矩出現(xiàn)在支座B的右側(cè)，則首先計(jì)算B支座右側(cè)截面的受剪承載力計(jì)算。KVbr=1.20×194.273=233.31KN>Vc +VSV=150.82KN需加配彎起鋼筋幫助抗剪取s=45º,取V1 =VbrASb1= KV1-(Vc