钢筋混凝土整体式单向板肋型楼盖设计指导书

1、钢筋混凝土结构课 程 设 计 指 导 书班级：农水10、水工10指导教师：李积花2012.11第一部分 设计任务书1、 设计目的钢筋混凝土结构课程设计是该专业教学的重要内容，通过课程设计一方面加深同学门对本课程所学内容的理解，做到理论联系实际，另一方面让同学们进行工程师的基本训练，为走向工作岗位打下一定基础。2、 设计题目钢筋混凝土整体式单向板肋形楼盖设计三、设计资料某水电站生产副厂房为3级水工建筑物，采用钢筋混凝土现浇单向板肋形楼盖如图1所示，其中纵向尺寸5×L 1，横向尺寸3×L2；楼盖尺寸见表1。图1 结构柱网表1 活荷载与题号5L1×3L2题号活载2.02

2、.53.03.54.04.55.05.56.06.57.024.0×13.21222344456667888911011125.0×13.82212443466568879010911226.0×14.43202542476469869110811327.0×15.04192641486370859210711428.0×15.65182740496271849310611529.0×16.26172839506172839410511630.0×16.87162938516073829510411733.0×17

3、.48153037525974819610311836.0×18.09143136535875809710211939.0×18.610133235545776799810112042.0×19.2111233345556777899100121楼盖设计条件如下：1） 厂房按正常运行状况（持久状况）设计；2） 楼面均布活荷载标准值见表1，单位： kN/m2；3） 楼面层用20mm厚水泥砂浆抹面（重度为20kN/m3），板底及梁用15mm厚混合砂浆粉底（重度为17kN/m3）；4） 混凝土强度等级为C20,钢筋除主梁和次梁的主筋采用HRB335级钢筋外，其余均采用H

4、PB235钢筋；5） 结构环境类别为一类；6） 使用要求：梁、板允许挠度如下表2：表2楼盖允许挠度（以计算跨度计算）当<7m时/200(/250)当7m<<9m/250(/300)当>9m时/300(/400)注：表中括号内的数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件。最大裂缝宽度允许值如下:=0.3mm7)采用的规范:水工混凝土结构设计规范(SL1912008)和水工混凝土结构设计规范(DL/T50572009)。8）构件安全系数取K=1.2四、设计内容和要求1、完成设计计算书一份。内容包括：1）结构平面布置：柱网、主梁、次梁及板的布置2）板、主梁和次梁的截面尺寸的拟定；

5、3）板、主梁和次梁的荷载计算、内力计算（按弹性体系方法）主梁的弯矩包络图和剪力包络图；4）构件截面配筋计算；5）主梁强度、刚度、裂缝宽度计算。2、绘制楼盖结构施工图（2号图纸）。内容包括：1）梁板结构布置图；2）板的模板图及配筋图；3）次梁的模板图及配筋图；4）主梁模板图、配筋图及材料图；5）主梁钢筋表；6）设计说明，如混凝土强度等级、钢筋级别、混凝土保护层厚度、钢筋的制作及构件的抹面粉底等。五、设计时间设计时间为一周注意：农水班，水工一班，二班按学号往后选题，每人一题。(农水班为1-40题,水工班顺次按学号）。第二部分 设计指导书一、概述肋形结构是土木工程中应用最广泛的一种结构型式。它被广泛

6、用于钢筋混凝土楼盖，也被用于地下室底板结构、挡土墙、桥梁、储水池的池底和池顶等结构。肋形楼盖由板和板的肋（梁）组成。肋形楼盖是现浇楼盖中使用做普遍的一种。肋形楼盖由板、次梁和主梁（有时没有次梁）组成，三者整体相连。肋形楼盖的的特点是用钢量较少，楼板上留洞方便，但支模较复杂。二、结构布置（1）承重墙、柱网和梁格的布置首先要满足使用要求。（2）在满足使用要求的基础上，梁格布置尽量要求经济和技术上的合理。1）由于板的面积较大，为节省材料，降低造价在保证安全的前提下，尽量采用薄板。2）应尽量避免集中荷载直接作用在板上，一般大型设备应直接由梁来承受，在大的孔洞边布置有支承梁，另外隔墙下也宜布置有梁。3）

7、梁格布置力求规整，梁系尽可能连续贯通，板厚和梁的截面尺寸尽可能统一。4）为了提高建筑物的横向刚度，主梁宜沿建筑物的横向布置（主梁和柱可构成整体性较好的框架体系）。主梁沿房屋横向布置时，房屋横向刚度较大；由于主梁搁置在纵墙的窗间墙上，因而便于开大窗，对室内采光有利，但天花板采光不均匀且不利于集中通风。当横向柱距大于纵向柱距时，主梁也可沿房屋纵向布置。这样，虽然房屋横向刚度小，不利于室内采光，但天花板采光较为均匀，有利于集中通风，可减小房屋净高。5）在单向板肋形结构中，板的跨度布置为1.7-2.5m，主梁的跨度以5-8m为宜，次梁的跨度以4-6m为宜。三、材料的选用和梁板截面尺寸初步选定1、材料选

8、用 混凝土：C15、C20、C25，当采用HRB335级以上钢筋作配筋时，则混凝土不宜低于C20。钢筋：梁为HRB335钢筋，板为HPB235钢筋。2、板、梁截面尺寸的初步选定（1）板：在一般建筑物中，板的厚度为80-120mm；水电站厂房发电机层的楼板，板厚度常采用120-200mm。单向板的最小板厚，屋面板60mm，民用建筑楼板70mm，工业建筑楼板80mm。双向板的厚度一般为80-160mm。按照刚度要求，最小板厚见表3。表3类别单跨简支板多跨连续板单向板双向板注：l1为双向板的短向跨度单向板常取b=1m宽的板带进行计算。（2）梁：主梁（双向板长向梁）、次梁（双向板的短向梁）的截面尺寸见

9、表4。表4种类截面高度截面宽度多跨连续次梁多跨连续主梁单跨简支梁四、单向板肋形楼盖设计要点（一）、计算简图板是以边墙和次梁为铰支座的多跨连续板。次梁是以边墙和主梁为铰支座的多跨连续梁。主梁的中间支座是柱，当主梁的线刚度与柱的线刚度之比大于5时，可把主梁看作是以边墙和柱为铰支座的连续梁，否则应作为刚架进行计算。连续板、梁的计算跨度如下：1、弹性方法计算内力时，计算弯矩用的计算跨度，一般取支座中心线间的距离；当支座宽度b较大时，按下列数值采用：板：当b>0.1时，取=1.1；梁：当b>0.05时，取=1.05；式中：-净跨度；b为支座宽度。计算剪力时则取=2、考虑塑性内力重分布方法计算

10、内力时，计算跨度按下列数值采用：板：当两端与梁整体连接时，取=；当两端搁置在墙上时，取=+h（板厚），并不得大于（支座中心线间的距离）； 另一端搁置在墙上时，取=+h/2，并不得大于=+a/2（a为墙支承宽度）。梁：当两端与梁或柱整体连接时，取=；当两端搁置在墙上时，取=1.05，并不得大于（支座中心线间的距离）；当一端与梁或柱整体连接，另一端搁支在墙上时，取=1.025，并不得大于=+a/2（a为墙支承宽度）。 对于五跨和五跨以内的连续梁（板），计算跨数按实跨考虑；对于五跨以上的连续梁（板），当跨度相差不超过10%，且各跨截面尺寸及荷载相同时，可近似按五跨等跨连续梁（板）计算。中间各跨内力取

11、与第三跨一样。 （二） 按弹性方法计算内力按弹性理论计算的楼盖内力，首先要假定楼盖材料为均质弹性体。根据前述的计算简图，用结构力学的方法计算梁板内力，也可利用静力计算手册中的图表确定梁、板内力。在计算内力时应注意下列问题：1、荷载及其不利组合楼盖上作用有永久荷载和可变荷载，永久荷载按实际考虑，可变荷载根据统计资料折算成等效均布活荷载，可由建筑结构荷载规范查得。板通常取1m板宽的均布荷载（包括自重），次梁承受板传来的均布荷载和次梁自重，主梁承受次梁传来得集中荷载和均布的自重荷载。为简化计算，可将主梁的自重按就近集中的原则化为集中荷载，作用在集中荷载作用点和支座处（支座处的集中荷载在梁中不产生内力

12、）。由于可变荷载在各跨的分布是随机的，如何分布会在各截面产生最大内力是活荷载不利布置的问题。图2所示为5跨连续梁，当活荷载布置在不同跨间时梁的弯矩图及剪力图。由图可见，当求1，3，5跨跨中最大正弯矩时，活荷应布置在1，3，5跨；当求2，4跨跨中最大正弯矩或1，3，5跨跨中最小弯矩时，活荷载应布置在2，4跨；当求B支座最大负弯矩及支座最大剪力时，活荷载应布置在1，2，4跨，如图3。由此看出，活荷载在连续梁各跨满布时，并不是最不利情况。图2 5跨连续梁弯矩图及剪力图图3 活载不利位置（a） 活1+活3+活5 （b） 活2+活4 （c） 活1+活2+活4从以上分析可得，确定截面最不利内力时，活荷载的

13、布置原则如下：（1）欲求某跨跨中最大正弯矩时，除将活荷载布置在该跨以外，两边应每隔一跨布置活载；（2）欲求某支座截面最大负弯矩时，除该支座两侧应布置活荷载外，两侧每隔一跨还应布置活载；（3）欲求梁支座截面（左侧或右侧）最大剪力时，活荷载布置与求该截面最大负弯矩时的布置相同；（4）欲求某跨跨中最小弯矩时，该跨应不布置活载，而在两相邻跨布置活载，然后再每隔一跨布置活载。2、内力包络图以恒载作用在各截面的内力为基础，在其上分别叠加对各截面最不利的活载布置时的内力，便得到了各截面可能出现的最不利内力。将各截面可能出现的最不利内力图叠绘于同一基线上，这张叠绘内力图的外包线所形成的图称为内力包络图。它表示

14、连续梁在各种荷载不利组合下，各截面可能产生的最不利内力。无论活荷载如何分布，梁各截面的内力总不会超出包络图上的内力值。梁截面可依据包络图提供的内力进行截面设计。图4为五跨连续梁的弯矩包络图和剪力包络图。图4 内力包络图（a） 弯矩包络图 （b） 剪力包络图3、支座抗扭刚度对梁板内力的影响由于计算简图假定次梁对板、主梁对次梁的支承为简支，忽略了次梁对板、主梁对次梁的弹性约束作用，即忽略了支座抗扭刚度对梁板内力的影响。从图5可以看出实际结构与计算简图的差异。在恒载g作用下，由于各跨荷载基本相等，0，支座抗扭刚度的影响较小，如图5a、b示。在活荷载q作用下，如求某跨跨中最大弯矩时，某跨布置q，邻跨不

15、布置q，如图5c、d示，由于支座约束，实际转角小于计算转角，使得计算的跨中弯矩大于实际跨中弯矩。精确地考虑计算假定带来的误差是复杂的，实用上可用调整荷载的方法解决。减小活荷载，加大恒荷载，即以折算荷载代替实际荷载。对板和次梁，折算荷载取为表5：图5 梁抗扭刚度的影响表5 折算荷载构件类别折算恒载折算活载板g/=g+q/2q/=q/2次梁g/=g+q/4q/=3q/4主梁g/=gq/=q注：g、q为实际的恒载和活载；g，q为折算的恒载、活载 这样调整的结果，对作用有活荷载的跨gq gq，总值不变，而相邻无活荷载的跨，g=gq/2g，或g=gq /4g；邻跨加大的荷载使本跨正弯矩减小，以此调整支座

16、抗扭刚度对内力计算的影响。当板或梁搁置在砖墙或钢梁上时，不需要调整荷载。 4、弯矩和剪力设计值由于计算跨度取支承中心线间的距离，未考虑支座宽度，计算所得支座处Mmax、Vmax均指支座中心线处的弯矩、剪力值。支座处截面较高，一般不是危险截面，故设计中可取支座边缘内力值进行计算（见图6），按弯矩、剪力在支座范围内为线性变化，可求得支座边缘的内力值：M=McV0b/2 当连续梁搁置于砖墙上时： M=Mc 6均布荷载： =Vc（gq）b/2 集中荷载：Vc=V 式中 Mc、Vc支承中的弯矩、剪力值；V0按简支梁计算的支座剪力设计值（取绝对值）；b支承宽度。（三）按塑性内力重分布的方法计算内力钢筋混凝

17、土是一种弹塑性材料，连续梁（板）是超静定结构，当梁（板）的一个截面达到极限承载力时，并不意味着整个结构的破坏。钢筋达到屈服后，还会产生一定的塑性变形，结构的实际承载能力通常大于按弹性理论计算的结果。再则，混凝土构件截面设计时，考虑了材料的塑性，若内力分析按弹性理论，与截面设计的理论不统一，因此有必要研究塑性理论的内力分析方法。连续梁（板）考虑塑性内力重分布的计算方法较多，例如：极限平衡法、塑性铰法及弯矩调幅法等。目前工程上应用较多的是弯矩调幅法。弯矩调幅法的概念是：先按弹性分析求出结构各截面弯矩值，再根据需要将结构中一些截面的最大（绝对值）弯矩（多数为支座弯矩）予以调整，按调整后的内力进行截面

18、配筋设计。(1)弯矩调幅法简称调幅法，调幅的基本原则是：1）为尽可能节约钢材，宜使用调整后的弯矩包络图做为设计配筋依据。2）为方便施工，通常调整支座截面，并尽可能使调整后的支座弯矩与跨中弯矩接近。3）调幅需使结构满足刚度、裂缝要求，不使支座截面过早出现塑性铰，调幅值一般25。调幅后，所有支座及跨中弯矩的绝对值M，当承受均布荷载时应满足：M（gq）l2 当q/g1 /3时，调幅值15，这是考虑长期荷载对结构变形的不利影响。4) 调幅后应满足静力平衡条件，即调整后的每跨两端支座弯矩平均值与跨中弯矩之和（均为绝对值），不小于该跨满载时（恒+活）按简支梁计算的跨中弯矩M0（见图7）。MCM0 图7 M

19、0 示意图5)为保证塑性铰具有足够的转动能力，设计中应满足0.35，钢筋宜使用HRB335级和HRB400级热轧钢筋，也可采用HPB235级热轧钢筋，宜选用C20C45强度等级混凝土。6) 考虑塑性内力重分布后，抗剪箍筋面积增大20，增大范围l见图8。为避免斜拉破坏，配筋下限值应满足： 图8 抗剪箍筋增大范围示意图（a）集中荷载作用 （b） 均布荷载作用（2）用弯矩调幅法计算等跨连续梁板根据调幅法的原则，并考虑到设计的方便，对均布荷载作用下的等跨连续梁板，考虑塑性内力重分布后的弯矩和剪力的计算公式为：M=（gq）l02 V=（gq）ln2 式中，弯矩和剪力系数，分别见表6，表6 l0，ln计算

20、跨度和净跨 g，q均布恒载和活载的设计值梁板弯矩系数 表6 截面支承条件梁板边支座梁、板搁置在墙上00梁、板与梁整浇1/241/16梁与柱整浇1/16边跨中梁、板搁置在墙上1/11梁、板与梁整浇1/14第一内支座两跨连续1/10三跨及三跨以上连续1/11中间支座1/16中间跨中1/16梁剪力系数 表7 截面支承条件梁端支座内侧搁置在墙上045与梁或柱整浇05第一支内座外测搁置在墙上06与梁或柱整浇055第一支内座内测055中间支座两侧055以图9示，5跨等跨连续梁承受均布荷载为例，用调幅法阐明上述系数由来。次梁边支座为砖墙，设活荷载与恒荷载之比 q / g=3，l为跨度。图9 五跨连续梁荷载布

21、置图(a) 五等跨连续梁 （b）求MBmax时荷载布置图（c）求1、3、5跨中最大弯矩时荷载布置图即 q=3gg=q/3 则 g+q=+q= g+q=+3g =4 g 于是 次梁折算荷载 g=0.4375（g+q） q=0.5625（g+q）按弹性方法求MBmax，活载布置在一、二、四跨（如图9），由附表可查得横荷载系数-0.105，活荷载系数-0.119，则MBmax= 0.105 gl20.119 ql2 =0.105×0.4375（g+q）l20.119×0.5625（g+q）l2 =0.1129（g+q）l2考虑调幅值20%（25%），则 MB=0.8 MBmax=

22、0.0903（g+q）l2=（g+q）l2 （g+q）l2=0.0909（g+q）l2取MB=0.0909（g+q）l2，按静力平衡条件，可求得边跨间任意处弯矩，取AB跨为隔离体，见图10。10由=0 （g+q）l2+RAl（g+q）l2=0得 RA=0.4091（g+q）l由=0 RB=（g+q）l0.4091（g+q）l=0.5905（g+q）l得 M1= RAl（g+q）2l2求跨间最大弯矩M1max的位置：RAl=（g+q）l2=0.4091M1max= RAl（g+q）2l2=0.4091（g+q）l2（g+q）l2（0.4091）2 =0.08368（g+q）l2按弹性方法求M1m

23、ax，活载布置在一、三、五跨（如图9c），由附表可查得横荷载系数0.078，活荷载系数0.100，则M1max=0.078gl2+0.100ql2=0.078×0.4375（g+q）l2+0.100×0.5625（g+q）l2 =0.09037（g+q）l2M1max应取用M1max的值，=0.09037，即，为计算方便，取为。（3）不等跨连续梁板的计算当不等跨连续梁板的跨度差不大于10时，仍可采用等跨连续梁板的系数。计算支座弯矩时，l0取相邻两跨中的较大跨度值；计算跨中弯矩时，l0取本跨跨度值。当不等跨连续梁板的跨度差大于10时，连续梁应根据弹性方法求出恒载及活荷载最不利

24、作用的弯矩图，经组合叠加后形成弯矩包络图，再以包络图作为调幅依据，按前述调幅原则调幅。剪力可取弹性方法的计算结果，连续板可按下述步骤计算：1) 确定最大跨跨内弯矩值边 跨：M中间跨：M2）按已知最大跨跨中弯矩，在本跨（gq）作用下，由静力平衡条件求该跨支座弯矩，再以支座弯矩为已知，同理求得邻跨跨中弯矩，以此类推，求得所有跨中及支座弯矩，该弯矩均应符合内力平衡条件及大于（gq）l2。（4） 塑性内力重分布方法的适用范围考虑塑性内力重分布的方法与弹性理论计算结果相比，节约材料，方便施工，但在结构正常使用时，变形及裂缝偏大，对下列情况不适合采用塑性内力重分布的计算方法：承受动力荷载的结构构件；使用阶

25、段不允许开裂的结构构件；轻质混凝土及其它特种混凝土结构；受侵蚀气体或液体作用的结构；预应力结构和二次受力迭合结构；主梁等重要构件不宜采用。五、截面设计及构造要求确定了连续梁板的内力后，可根据内力进行构件的截面设计。一般情况下，强度计算后再满足一定的构造要求，可不进行变形及裂缝宽度的验算。梁板均为受弯构件，作为单个构件的计算及构造已在第三章中述及，此处仅对受弯构件在楼盖结构中的设计和构造特点简要叙述。1板的计算及构造特点（1） 支承在次梁或砖墙上的连续板，一般可按塑性内力重分布的方法计算。（2） 板一般均能满足斜截面抗剪要求，设计时可不进行抗剪计算。（3） 在承载能力极限状态时，板支座处在负弯矩

26、作用下上部开裂，跨中在正弯矩的作用下部开裂，板的实际轴线成为一个拱形（图11）。当板的四周与梁整浇，梁具有足够的刚度，使板的支座不能自由移动时，板在竖向荷载作用下将产生水平推力，由此产生的支座反力对板产生的弯矩可抵消部分荷载作用下的弯矩。因此对四周与梁整体连接的单向板，中间跨的跨中截面及中间支座，计算弯矩可减少20，其它截面不予降低。图11 板的拱作用（4） 板的受力钢筋的配置方法有弯起式和分离式两种，钢筋弯起切断位置见图12，图中当q/g3时，a=ln/4；当q/g3时，a=ln/3。ln为板的净跨。弯起式可一端弯起（图12（a）或两端弯起（图12（b）。弯起式配筋整体性好，节约钢材，但施工

27、复杂；分离式配筋（图12（c）施工方便，但用钢量稍大。图12 板中受力钢筋的布置（5）板除配置受力钢筋外，还应在与受力钢筋垂直的方向布置分布钢筋，分布钢筋的作用是固定受力钢筋的位置；抵抗板内温度应力和混凝土收缩应力；承担并分布板上局部荷载产生的内力；在四边支承板中，板的长方向产生少量弯矩也由分布钢筋承受。分布钢筋的数量应不少于受力钢筋的10，且每米不少于3根，应均匀布置于受力钢筋的内侧。 由于计算简图与实际结构的差异，板嵌固在砖墙上时，支座处有一定负弯矩，板角处也有负弯矩，温度、混凝土收缩、施工条件等因素也会在板中产生拉应力。 为防止上述原因在板中产生裂缝，沿墙长每米配56构造钢筋，伸出墙边长度l0/7。在角部l0 / 4范围内双向配6200的负筋，伸出长度l0/4。板靠近主梁处，部分荷载直接传给主梁，也产生一定的负弯矩，同理应配置每米56钢筋，伸出长度l0/4，板的构造钢筋配置见图13。图13 板的构造钢筋（6） 现浇板上开洞时，当洞口边长或直径不大于300且洞边无集中力作用时，板内受力钢筋可绕过洞口不切断；当洞口边长或直径大于300时，应在洞口边的板面加配钢筋，加配钢筋