混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程設(shè)計(jì)

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)某二層建筑物，為現(xiàn)澆混凝土內(nèi)框架結(jié)構(gòu)（中間為框架承重，四周為墻體承重），建筑平面圖如下圖。試對(duì)樓蓋、樓梯和雨蓬進(jìn)行設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)資料 1、建設(shè)地點(diǎn)：煙臺(tái)市區(qū) 2、樓面做法：水磨石地面、鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，20mm石灰砂漿抹底。 3、層高：4.5m；門：寬×高=3300mm×3000mm；縱向跨度=6900mm橫向跨度=7200mm；樓梯位置見圖，樓梯尺寸自定。 4、墻體為370mm磚砌體。 5、建筑用途為儀器倉(cāng)庫；樓面活荷載為8.0/6.0/5.0（kN/ m2）。 6、材料：混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，梁受力鋼筋采用HRB400級(jí)鋼筋，梁箍

2、筋、板中鋼筋采用HRB235級(jí)鋼筋。3、 樓蓋的結(jié)構(gòu)平面布置主梁沿縱向布置，次梁沿橫向布置。主梁的跨度為7.2m，次梁的跨度為6.9m，主梁每跨內(nèi)布置兩根次梁，板的跨度為2.4m，l02/l01=6.9/2.4=2.875<但是大于，故可按單向板設(shè)計(jì)。按跨高比條件，要求板厚h2400/40=60mm，對(duì)工業(yè)建筑的樓蓋板，要求h80mm，取h=80mm。次梁截面高度應(yīng)滿足h=l0/18l0/12=6900/186900/12=385575mm。考慮到樓面活載比較大，因此截面高度取為h=550mm，截面寬度取為b=200mm。主梁的截面高度應(yīng)滿足h=l0/15l0/10=7200/15720

3、0/10=500720mm，取h=650mm。截面寬度取為b=300mm。四、計(jì)算書的計(jì)算過程1.板的設(shè)計(jì)如附圖1軸線、的板屬于端區(qū)格單元板；軸線的板屬于中間區(qū)格單元板。1.1 荷載板的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：水磨石面層 0.65kN/m2 100mm鋼筋混凝土板 0.08×25=2kN/ m2 20mm石灰砂漿0.02×17=0.34 kN/ m2小計(jì)2.99kN/m2板的可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值8.0kN/ m2永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，因樓面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于4.0 kN/ m2，所以可變荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.3。于是板的永久荷載設(shè)計(jì)值 g=2.99×1.2=3.59 kN/

4、m2可變荷載設(shè)計(jì)值 q=8.0×1.3=10.4kN/ m2荷載總設(shè)計(jì)值 gq=13.99kN/m2近似取為g+q=14.0kN/m21.2 計(jì)算簡(jiǎn)圖次梁截面為200mm×550mm，現(xiàn)澆板在墻上的支承長(zhǎng)度不小于100mm，取板在墻上的支承長(zhǎng)度為120mm。按塑性內(nèi)力重分布設(shè)計(jì)，板的計(jì)算跨度：邊跨l0=lnh/2=240010012080/2=2220mm<1.025ln=2255mm取l0=2220mm中間跨l0= ln =2400200=2200mm因跨度相差小于10%，可按等跨連續(xù)板計(jì)算，取五跨。取1m寬板帶作為計(jì)算單元，從左到右節(jié)點(diǎn)編號(hào)依次為A,B,C.C,B

5、,A。單元中點(diǎn)處的編號(hào)1，2，3，2，1。計(jì)算簡(jiǎn)圖如附圖2“圖1板的計(jì)算簡(jiǎn)圖”。1.3 彎矩設(shè)計(jì)值由表11-1可查得，板的彎矩系數(shù)m分別為：邊跨中，1/11；離端第二支座, 1/11；中跨中，1/16；中間支座，1/14，故：M1= MB=（g+q）l20/11=14.0×2.222/11= 6.27kN·mMC= (gq)l20/14=14.0×2.22/14= 4.84kN·mM2=（gq）l20/16=14.0×2.22/16=4.24kN·m這是對(duì)端區(qū)單向板而言的，對(duì)中間區(qū)格單向板，其MC=4.84×0.8=-3.8

6、7kN·mM2=0.8×4.24=3.19kN·m1.4 正截面受彎承載力計(jì)算環(huán)境類別為一級(jí)，C30混凝土，板的最小保護(hù)層厚度c=15mm取20mm。板厚80mm，h0=8020=60mm；板寬b=1000mm。C30混凝土，1=1.0，fc=14.3N/mm2 ；HPB235鋼筋，fy=210N/mm2。則板的配筋計(jì)算的過程如下表。板的配筋計(jì)算 截 面 1 B 2 C 彎矩設(shè)計(jì)值（KN.m） 6.27 -6.27 4.24 -4.84 0.122 0.122 0.082 0.094=1- 0.131 0.131 0.086 0.099 軸線， 計(jì)算配筋（） 53

7、5.2 535.2 351.4 404.5實(shí)際配筋 （）1219012190101900190 軸線計(jì)算配筋（） 535.2 535.20.8×351.4=281.10.8×404.5=323.6 實(shí)際配筋 （）101401014081408140計(jì)算結(jié)果表明，支座截面的均小于0.35，符合塑性內(nèi)力重分布的原理；As/bh=359/(1000×80)=0.45此值大于0.45ft./fy=0.31，同時(shí)大于0.2，滿足要求。 2.次梁設(shè)計(jì)按考慮塑性內(nèi)力重分布設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際使用情況，樓蓋的次梁和主梁的可變荷載不考慮梁從屬面積的荷載折減。2.1荷載設(shè)計(jì)值 永久荷載設(shè)計(jì)

8、值 板傳來永久荷載 2.592.4=7.18KN/m 次梁自重 0.2×（0.5-0.08）×25×1.2=2.52KN/m 次梁粉刷 0.02×（0.5-0.08）×2×17×1.2=0.34KN/m- 小計(jì) g=10.04KN/m可變荷載設(shè)計(jì)值 q=6.0×1.3×2.4=18.72KN/m荷載總設(shè)計(jì)值 g+q=28.76KN/m 2.2 計(jì)算簡(jiǎn)圖次梁在轉(zhuǎn)墻上的支承長(zhǎng)度為240mm。主梁截面為300mm×650mm。計(jì)算跨度：邊跨=6900-120-300/2+240/2=6750mm<

9、;1.025=1.025×6600=6765，取=6750mm 中間跨 =6900300=6600 因跨度相差小于10%，可按等跨度連續(xù)梁計(jì)算。次梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖如附圖2“圖2 次梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖”。3.3內(nèi)力計(jì)算 由表可分別查得彎矩系數(shù)和剪力系數(shù)。 彎矩設(shè)計(jì)值 剪力設(shè)計(jì)值3.4承載力計(jì)算 1）正截面受彎承載力 正截面受彎承載力計(jì)算時(shí)，各支座計(jì)算按矩形截面，跨內(nèi)按T形截面計(jì)算，翼緣寬度取=7200/3=2400mm；又，故取=2400mm。截面縱向鋼筋均布置一排。環(huán)境類別一級(jí)，C30混凝土，梁的最小保護(hù)層厚度c=25mm?？v向鋼筋=500-35=465mm。C30混凝土，；縱向鋼筋采用HRB

10、400鋼，=360N/，箍筋采用HPB235鋼，。正截面承載力計(jì)算過程如表。經(jīng)判別跨內(nèi)截面均屬于第一類T形截面。 截面 1 B 2 C彎矩設(shè)計(jì)值（KN.m） 119.13 -119.13 78.30 -89.48或=0.017=0.215=0.011=0.145 0.017 0.245<0.35 0.011 0.157<0.35或 731.4 856.4 501.6 580.0選配鋼筋（） 218+118(彎)316+118（彎）214+116（彎）216+116（彎）計(jì)算結(jié)果表明，支座界面的均小于0.35，符合塑性內(nèi)力重分布的原則；，此值大于0.45×1.43/360=

11、0.18%，同時(shí)大于0.2%，滿足最小配筋率的要求。2） 斜截面受剪承載力斜截面受剪承載力計(jì)算包括：截面尺寸的復(fù)核、腹筋計(jì)算和最小配筋率驗(yàn)算。驗(yàn)算截面尺寸：440-80=360mm，因360/200=1.8<4,，截面尺寸按下式驗(yàn)算：N>114.41KN 截面尺寸滿足要求。計(jì)算所需腹筋：采用6雙肢箍筋，計(jì)算支座B左側(cè)截面。由Vcs=0.7ftbh0+（1.25fyvAsvh0）/S得S=（1.25fyvAsvh0）/(vBl0.7ftbh0)=（1.25×210×56.6×440）/（114.41×-0.7×1.43×20

12、0×440）=248.36mm調(diào)幅后受剪承載力應(yīng)加強(qiáng)，箍筋面積增加或者箍筋間距減小，取s=200mm。代入 Vcs0，縱筋可不用彎起sv，min=0.24×1.43/210=0.163%sv=56.6/（200×160）=0.177%>0.163%滿足要求。4.主梁設(shè)計(jì)主梁按彈性方法設(shè)計(jì)。4.1荷載計(jì)算值為化簡(jiǎn)計(jì)算，將主梁自重等效為集中荷載。次梁傳來的永久荷載 10.04×6.9=69.28KN×0.3×2.4×25×1.2+0.02×(0.65-0.08)×2×2.4×

13、;17×1.2=13.43KN- 永久荷載設(shè)計(jì)值 G=69.28+13.43=82.71KN，取G=83KN可變荷載設(shè)計(jì)值 Q=5.0×1.3×2.4×6.9=107.6KN 取Q=108KN4.2 計(jì)算簡(jiǎn)圖主梁按連續(xù)梁計(jì)算，端部支承在磚墻上，支承長(zhǎng)度為370mm；中間支承在400mm×400mm的混凝土柱上。其計(jì)算跨度邊跨 =7200-200-120=6880mm，因=172mm<a/2=185mm，取 =1.025+b/2=1.025×6880+400/2=7252mm，近似取=7250mm中跨 =7200mm主梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖

14、如附圖2“圖3主梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖”4.3 內(nèi)力設(shè)計(jì)值及包絡(luò)圖1）彎矩設(shè)計(jì)值 彎矩： M= 式中系數(shù)可由附表查得。0.244×83×7.25+0.289×108×-0.267×83××108×0.067×83×7.2+0.200×83× 2）剪力設(shè)計(jì)值 剪力 V=式中系數(shù)均差附表可得。60.84+93.53=154.37KN-1.267×83-1.311×108=246.751.0×83+1.222×108=83+131.98=214.98K

15、N3) 彎矩、剪力包絡(luò)圖 彎矩包絡(luò)圖：第1、3跨有可變荷載，第二跨沒有可變荷載 由附表知，支座B或C的彎矩值為：-0.267×83××108×7.25=在第1跨內(nèi)以支座彎矩KN.m的連線為基線，作G=83KN，Q=108KN的簡(jiǎn)支梁彎矩圖，得第1個(gè)集中荷載和第2個(gè)集中荷載作用點(diǎn)處彎矩值分別為：（G+Q）+=（83+108）×7.25-=373.31KN/m（G+Q）+=（83+108）×7.25-=285.04KN.m 在第2跨內(nèi)以支座彎矩=-264.81KN.m，=-264.81KN.m的連線為基線，作G=83.KN，Q=0的簡(jiǎn)支彎

16、矩圖，得集中荷載作用點(diǎn)處的彎矩值：=× 83×7.2-264.81=65.61KN.m 第1、2跨有可變荷載，第3跨沒有可變荷載第1跨內(nèi)：在第1跨內(nèi)以支座彎矩=0，=404.18KN.m的連線為基線，作G=83KN，Q=108KN的簡(jiǎn)支梁彎矩圖，得第1個(gè)集中荷載和第2個(gè)集中荷載作用點(diǎn)處彎矩值分別為：（G+Q）+=（83+108）×7.25-（G+Q）+=（83+108）×7.25-=192.13KN.m 在第2跨內(nèi)：-0.267×83××108×7.25=230.35KN.m。以支座彎矩=404.18KN.m，=2

17、30.385KN.m的連線為基線，作G=83KN，Q=108KN的簡(jiǎn)支梁彎矩圖，得=(83+108)×7.25-230.35+=(83+108)×7.25-230.35+第2跨有可變荷載，第1、3跨沒有可變荷載=-0.267×83××108×7.25=第2跨兩集中荷載作用點(diǎn)處的彎矩為：=(83+108)×7.25-264.81=196.77KN.m（與前面計(jì)算的=196.64接近）第1、3跨兩集中荷載作用點(diǎn)處的彎矩分別為：=×83×7.25-×=×83×7.25-×

18、彎矩包絡(luò)圖如圖：附圖 彎矩及剪力包絡(luò)圖 第1跨=154.37KN;過第1個(gè)集中荷載后為154.37-83-108=-36.63KN；過第2個(gè)集中荷載后為-36.63-83-108=-227.63KN。=246.75KN；過第1個(gè)集中荷載后為-246.75+83+108=55.75KN；過第2個(gè)集中荷載后為-55.75+83+108=135.25KN。第2跨=214.98KN；過第1個(gè)集中荷載后為214.98-83=131.98KN。當(dāng)可變荷載僅作用在第2跨時(shí)=1.0×83+1.0×108=191KN；過第1個(gè)集中荷載后為191-83-108=0。.剪力包絡(luò)圖如圖：4.4承載

19、力計(jì)算1）正截面受彎承載力跨內(nèi)按T形截面計(jì)算，因80/615=0.13>0.1，翼緣計(jì)算寬度按=6.6m中較小確定，取=2.3m，取=650-35=615mm。判別T形截面類型=1.0×14.3×2300×80×（615-）/=1539.3>，故屬于第一類T形截面。B支座邊的彎矩設(shè)計(jì)值=-=404.18+191×0.30/2=375.53KN.m。縱向受力鋼筋除B支座截面為2排外，其余均為1排?？鐑?nèi)截面為第一類T形截面。正截面受彎承載力的計(jì)算如表。 截面 1 B 2彎矩設(shè)計(jì)值（KN.m） 373.12 -404.18 196.64-

20、65.61或=0.030=0.280=0.016=0.0400.9850.8320.9920.9801710.92326.6895.3302.4選配鋼筋（）220+322（彎）=1768320+325（彎）=2613220+120（彎）=941214=3082）斜截面受剪承載力驗(yàn)算截面尺寸：=580-80=500mm，因/b=500/3001.67<4,截面尺寸按下式驗(yàn)算：0.25=0.25×1×14.3×300×580=622.05×KN>，截面尺寸符合要求。計(jì)算所需腹筋：采用8200雙肢箍筋，=0.7=0.7×1.43

21、×210×580+1.25×210××580=250.76KN，均小于，即無需設(shè)彎起鋼筋。驗(yàn)算最小配箍率：=0.17%>0.24=0.24×=0.163%，滿足要求。次梁兩側(cè)附加橫向鋼筋的計(jì)算：次梁傳來的集中力=69.28+108=178KN，=650-500=150mm，附加箍筋布置范圍s=2×150+3×200=900mm。取附加箍筋8200雙肢，則在長(zhǎng)度s內(nèi)可布置附加箍筋的排數(shù)，m=900/200+1=6排，次梁兩側(cè)各布置3排。另加吊筋118，=254.5mm，則：=2×360×25

22、4.5×0.707+6×2×210×50.3=129550.68+126765=256.3×>，滿足要求。因主梁腹板高度大于450mm，需在梁側(cè)設(shè)置縱向構(gòu)造鋼筋，每側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋的截面面積不小于腹板面積的0.1%，其間距不大于200mm?，F(xiàn)每側(cè)配置214,308/（300×570）=0.18%>0.1%,滿足要求。5. 樓梯設(shè)計(jì) 5.1樓梯板的設(shè)計(jì)取板厚h=150mm。踏板尺寸150mm×300mm，板的斜傾角tan=150/300=0.5, cos=0.894?？扇?m板寬帶計(jì)算。樓梯平面圖如圖附圖樓梯平面圖4

23、、 荷載計(jì)算樓梯板的計(jì)算列于表中，恒荷載分項(xiàng)系數(shù)=1.2；活荷載分項(xiàng)系數(shù)=1.3。總荷載設(shè)計(jì)值：1.2×7.43+1.3×8.0=19.32KN 梯段板的荷載 荷載種類荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m） 恒荷載水磨石面層（0.3+0.15）×0.65/0.3=0.98三角形踏步0.5×0.3×0.15×25/0.3=1.88混凝土斜板0.15×25/0.894=4.19板底抹灰0.02×17/0.894=0.38小計(jì) 7.43 活荷載 8.0(2) 截面設(shè)計(jì)板水平計(jì)算跨度=4200mm,彎矩設(shè)計(jì)值M=P/10=19.32

24、15;4.22/10=34.08KN·M。板的有效高度=150 mm-30mm=120mm。=34.08×106/(1.0×14.3×1000×1202)=0.166=0.909=1487.8選配1275，=1508分布筋每級(jí)踏步1根8。5.2平臺(tái)板的設(shè)計(jì)設(shè)平臺(tái)厚度h80mm,取1m寬板帶計(jì)算。6. 荷載計(jì)算平臺(tái)板的荷載計(jì)算列于表中。 平臺(tái)板的荷載荷載種類荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN·M）恒荷載水磨石面層0.6570mm厚混凝土板0.08×25=2.00板底抹灰0.02×17=0.34小計(jì) 2.99活荷載8.0總荷載設(shè)計(jì)值p1

25、.2×2.99+1.3×8.0=13.99KN（2）截面設(shè)計(jì)平臺(tái)板的計(jì)算跨度=1.6+0.2-0.2/2+0.12/2=1.76m。彎矩設(shè)計(jì)值M=0.1×13.99×=4.33KN.m。板的有效高度=80-20=60mm。=0.084，計(jì)算=0.956=359.5，選配8140，=359（3） 梯段板和平臺(tái)配筋如圖附圖梯段板和平臺(tái)配筋圖5.3 平臺(tái)梁設(shè)計(jì)設(shè)平臺(tái)梁截面尺寸為200mm×350mm。(3) 荷載計(jì)算平臺(tái)梁荷載計(jì)算列于表中。 平臺(tái)梁的荷載荷載種類荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN·M）恒荷載梁自重0.2×(0.35-0.07)×25=1.4梁側(cè)粉刷0.2×(0.35-0.07)×2×17=0.19平臺(tái)板傳來4.33×1.8/2=3.90梯段板傳來7.43×4.5/2=16.72小計(jì)21.21活荷載8.0×(4.5/2+1.8/2)=20.20總荷載設(shè)計(jì)值p=1.2×22.21+1.3×25.20=59.41KN/m （2）截面設(shè)計(jì)計(jì)算跨度=1.05=1.05×（3.6-0.24）=3.53