水工钢筋混凝土结构课程设计

1、水工钢筋混凝土结构课程设计计算书设计题目：某水电站副厂房楼盖结构设计题目类型：钢筋混凝土单向板肋形结构 题号：426 班级：港口航道与海岸工程07-04班 姓名：李春雷 学号：200712020426指导教师：彭艺斌 王中强 童光明日期：2010年6月 25日目 录 1课程设计任务书.12 计算书正文42.1 结构布置 . .42.2初步选择板、梁的截面尺寸.42.3单向板的设计. 4计算简图. .5荷载计算. .6板的内力计算. .6板的配筋计算.6板的模板配筋.72.4次梁的设计.7计算简图. .7荷载计算. .8次梁的内力计算. .8次梁的配筋计算 . 9次梁的模板配筋 . 112.5主

2、梁的设计.12计算简图. .12荷载计算. .13主梁的内力计算. .132.5.4 主梁内力包络图 .17主梁的配筋计算.18附加钢筋计算.19主梁的模板配筋.203 课程设计体会.204 致 谢.215参考文献216附件.22附件1 计算书手稿.22附件2 施工图手稿.221 课程设计任务书一、 设计资料1、某水电站副厂房属3级水工建筑物，环境条件类别为一类，采用外墙及内柱承重，柱网布置如图1所示，柱的截面尺寸bh，楼盖采用钢筋混凝土现浇整体式肋形结构。L15L2L2L2250250ABCD164532120b×hL1L2L21203L1L1L2图1副厂房结构平面布置图2、设计参

3、数厂房按正常运行状况设计；楼面面层用20mm厚水泥砂浆抹面，板底及梁用15mm厚混合砂浆粉底；钢筋除主梁和次梁的主筋采用级钢筋外，其余均采用级钢筋；混凝土强度等级为C20。水泥砂浆容重1为20kN/m3；混合砂浆容重2为17kN/m3；钢筋混凝土容重3为25kN/m3；楼面活荷载标准值qk及其余设计参数按学号给出，见表2，并据此填入表1。表1 设计自选参数题号L1L2(mmmm)5L23L1(mmmm)bh(mmmm)qk（kN/m2）4265700600030000171003004006二、 设计内容1、结构布置根据设计任务书提供的设计资料及表1所给有关设计参数进行结构布置；选定材料并拟定

4、构件截面尺寸。2、结构内力计算根据结构工作状况及结构特点，确定计算简图，并进行荷载计算；计算结构内力，并根据需要绘制内力包络图。单向板肋形结构的板和次梁按塑性理论计算、主梁按弹性理论计算，双向板肋形结构的板、次梁和主梁均按弹性理论计算。3、截面设计考虑结构设计的安全、经济、便于施工等因素进行截面设计；合理选择受力钢筋，并按要求配置构造钢筋；绘制主梁内力包络图及抵抗弯矩图。4、绘制施工图绘制楼盖结构平面布置图（1:1001:200）；绘制板、次梁和主梁模板配筋图，根据需要绘制钢筋材料表或钢筋抽样图。三、 课程设计分组及要求1、设计分组指导老师按行政班分组指导；学生按表1根据学号确定自己的设计题号

5、及设计参数，并独立完成课程设计任务。2、时间安排1) 收集资料 1天2) 结构布置 1天3) 内力计算 3天4) 截面设计 1天5) 施工图绘制 2天6) 计算书整理、修改施工图 1天7) 分组答辩 1天3、提交的文件1）计算书1份每个学生按照封面、目录、课程设计任务书、计算书正文、课程设计体会、计算书手写草稿（附件1）、施工图的手绘草图（附件2）的顺序装订成册。除附件外，其余部分要求提交word文档打印件，并将电子文档按行政班级提交指导老师。2）施工图1-2张每个学生提交1-2张2号施工图（CAD绘图）。注：所有材料装入长沙理工大学专用资料袋。4、考核方式与成绩评定按设计成果（包括设计计算书

6、和设计图纸）占70、设计过程（包括设计态度和创新精神）占10、设计答辩（回答问题情况）占20的比例以“优秀、良好、中等、及格和不及格”五个等级评定课程设计成绩。2 计算书正文2.1 结构布置根据楼盖结构柱网尺寸，进行结构布置，如图2.1所示：2.2初步选择板、梁的截面尺寸主、次梁的截面尺寸计算如下表所示：表2.1 次、主梁的截面尺寸构件名称L(mm)高度h计算值(mm)宽度b计算值(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板的厚度按构造要求h=80mm=2000/40=50mm，楼板厚度不少于60mm，密2.3单向板的设计 按照塑性内力重分布理论进行计算板的内力，对多跨连续板沿板的长边方向取1米宽的板带作为板的计算单元。2.3.1计算简图l0=lnl0=lnblnlnlnab板：l01= ln+h/2 和 l01= ln+a/2 取小值图2.2 计算跨度示意图板在墙上的支承长度a不小于120mm，取a=120mm；中间支座宽度即为次梁宽度:b=220mm；板厚：h=80mm。计算跨度按图2.3进行计算，其中，边跨：=2000-120-b/2+h/2=2000-120-110+40=1810mm，

8、 =2000-120-b/2+a/2=2000-120-110+60=1830mm 两式较小值为l01=1810mm中间跨：=2000-b=2000-220=1780mm由于（1810-1780）/1780 ×100%=0.1.7%10%，故可按等跨连续板计算内力；且多于五跨连续板按五跨计算内力，小于五跨或等于五跨的连续板按实际跨数计算内力。按图2.1布置板其跨度多于五跨，故按五跨计算内力，其计算简图见图2.3。2.3.2荷载计算板的荷载计算可列表计算，见下表2.2荷 载 种 类荷载标准值（kN/m）荷载分项系数荷载设计值（kN/m）永久荷载20mm厚水泥砂浆面层0.41.050.4

9、280mm厚现浇板自重21.052.115mm厚板底抹灰0.2551.050.27小 计（g）2.655-2.79可变荷载（q）61.27.2总荷载（g+q）8.655-9.99 表2.2 板的荷载计算表说明：1.分项系数取值依据水工混凝土结构设计规范，G =1.05，Q =1.2。 2.荷载标准值的计算： 20mm厚水泥砂浆面层：20*0.02*1=0.4 kN/m 80mm厚现浇板自重： 25*0.08*1=2 kN/m 15mm厚板底抹灰: 17*0.015*1=0.255 kN/m2.3.3板的内力计算板考虑塑性内力重分布后，各跨中及支座截面的弯矩系数值按图2.4采用，各跨中及支座截面

10、的弯矩按式计算。图2.4单向板内力系数板一般均能满足斜截面抗剪承载力要求，所以只进行正截面承载力计算。计算B支座负弯矩时，计算跨度取相邻两跨的较大值。板的弯矩计算见表2.3： 表2.3 板的弯矩计算表截 面边跨中M1B支座MB中间跨中M2、M3中间支座MC跨 度 （m）1.8101.8101.7801.780内力系数 1/11-1/111/16-1/14 弯矩值（kN·m）2.98-2.981.98-2.262.3.4板的配筋计算板单宽b取为1000mm，一类环境保护层厚度c=20，对于薄板 a=c+5=25mm，h0=h-a=80-25=55mm。各截面配筋计算过程见下表，中间区格

11、中间板的四周与梁整体连接，由于拱效应，弯矩有所降低，故M2、M3及MC应降低20%，计算结果可以填在表2.4内。表2.4 板正截面承载力计算截 面边跨跨中B支座中间跨中，中间支座边区格中间区格边区格中间区格M（kN×m）2.982.981.981.582.26-1.81（mm）7.257.254.703.725.404.28=19.25（mm）满足满足满足满足满足满足= （）331331215170247196选配钢筋814081408200825082008200实配359359251201251251说明：minbh0=0.2%*1000*55=110mm2，实际配筋面积均满足要

12、求。其中：=1.2, =9.6N/, =210N/板的模板配筋板的配筋一般采用分离式，板的配筋图见A1图。2.4次梁的设计次梁按考虑塑性内力重分布进行设计计算简图次梁在墙上的支承长度a不小于240mm，现取a=240；中间支座宽度即为主梁宽度（b=400）。计算跨度按图2.2进行计算，其中：边跨：=5700-120-350/2+0.025×(5700-120-350/2)=5540mm =5700-120-350/2+240/2=5525mm两式相比取较小值L01=5525mm中间跨：=5700-b=5700-350=5350mm由于(5525-5350)/5350 ×10

13、0%=3.27%<10% ,，故可按等跨连续梁计算内力。次梁的计算简图见下图2.5。g+q=22.38 kN.m图2.5 次梁的计算简图荷载计算按考虑内力重分布设计，根据厂房的实际情况，楼盖的次梁和主梁的活荷载一律不考虑梁从属面积的荷载折减。永久荷载包括：板传来的恒荷载、次梁自重和次梁底及两侧的粉刷重量；可变荷载仅考虑板传来的楼面活荷载，可按表5进行计算。 表2.5次梁的荷载计算表荷 载 种 类荷载标准值（kN/m）荷载分项系数荷载设计值（kN/m）永 久荷 载板传来的恒荷载5.311.055.58次梁自重2.041.052.14次梁底及两侧的粉刷自重0.251.050.26小计（g）7

14、.6-7.98可变荷载（q）121.214.4总荷载（g+q）19.6-22.38说明：1.分项系数取值依据水工混凝土结构设计规范，G =1.05，Q =1.2。 2.荷载标准值的计算： 板传来的恒荷载：2.655*2=5.31 kN/m 次梁自重： 25*0.22*（0.45-0.08）=2.04 kN/m 次梁底及两侧的粉刷自重: 17*0.0150.22+(0.45-0.08)*2=0.25 kN/m可变荷载：6*2=122.4.3次梁的内力计算次梁考虑塑性内力重分布，各跨中及支座截面的弯矩系数mp值按表2.6采用，各跨中及支座截面的弯矩按式计算。 表2.6 次梁的弯矩计算表 截面位置边

15、跨中M1B支座MB中间跨中M3mp1/11-1/111/16计算跨度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数vb值按表2.7采用，剪力按式计算。 表2.7 次梁的剪力计算表 截面位置边支座QA内支座QBl内支座QBrvb0.450.600.55净跨度ln(m)5.4055.4055.350 (kN)54.4372.5865.862.4.4 次梁的配筋计算2.4.4.1正截面受弯承载力计算支座承受负弯矩，翼缘位于受拉区，按矩形截面进行设计；而跨中翼缘位于受压区，按T形截面计算，翼缘计算宽度按教材表3-

16、3进行计算。正截面承载力计算过程可列于表2.8。确定: 按单层钢筋布置，则a=c+10，由附录4表1的c=30，得a=30+10=40mm，=450-a=450-40=410mm /=80/410=0.195>0.1 故仅按计算跨度L0和梁净距Sn考虑。边跨：桉计算跨度L0考虑：= L0 /3=5.525/3=1.84m按梁净距Sn: =b+ Sn=0.22+(2-0.12-0.22/2)=1.99m取较小值即=1.84m中间跨：桉计算跨度L0考虑：=L0/3=5.35/3=1.78m按梁净距Sn: =b+ Sn=0.22+(2-0.22)=2m取较小值即=1.78m判别T形截面类型:

17、边跨:/rd=9.6*1840*80*（410-80/2）/1.2=436 kNm>42.13 kNm中间跨: /rd=9.6*1780*80*(410-80/2)/1.2=422 kNm>27.16kNm故各跨中截面均属于属于第一类T形截面。次梁正截面承载力计算： 表2.8 次梁正截面受弯承载力计算截面位置边跨中M1B支座MB中间跨中M2弯矩设计值M(kN.m)62.11-62.1140.04截面类型一类T形矩形一类T形0.0250.209001600250.2370016AS(mm2)603684374选配钢筋316222216实际配筋面积(mm2)603760402说明：mi

18、nbh0=0.2%*220*410=180.4mm2，实际配筋面积均满足要求。其中: =，=1-，=或=(mm)斜截面受剪承载力计算包括复核截面尺寸、腹筋计算和最小配箍率验算。斜截面承载力计算过程可列于表2.9。 表2.9次梁斜截面受弯承载力计算截面位置边支座QA内支座QBl内支座QBr剪力设计V(kN)54.4372.5865.86rdV65.3287.1079.030.25fcbh00.25×9.6×220×410/1000=216.48 KN > rdVmax,截面尺寸满足要求0.7ftbh00.7×1.1×220×410

19、/1000=69.45 KNrdVmax需配置弯筋弯起钢筋无箍筋用量200,双肢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满足满足满足2.4.5 次梁的模板配筋次梁的配筋图见A1图2.5主梁的设计主梁内力计算按弹性理论设计，视为铰支在柱顶上的连续梁。计算简图 图2.6：主梁的有关尺寸及支承情况主梁在墙上的支承长度a不小于370m

20、m，现取a=370.中间支座宽度即为柱横截面高度，即取b=400mm。计算跨度按图2.6进行计算，其中：边跨：取 =6000-120-400/2+0.05(6000-120-400/2)=5964mm=6000-120-400/2+370/2=5865mm取两式较小值L01=5740mm中间跨：=6000=6000mm由于（60005865）/6000 ×100%=2.25%<10% 说明可以按等跨连续梁计算内力。主梁的计算简图见图2.7。荷载计算主梁的自重和主梁底及两侧的粉刷自重为均布荷载，但此荷载值与次梁传来的集中荷载值相比很小，为简化计算，采取就近集中的方法，把主梁自重集

21、中到集中荷载作用点，将主梁视为承受集中荷载的连续梁来计算。主梁承受的永久荷载包括：次梁传来的恒荷载、主梁自重和主梁底及两侧的粉刷重量；主梁承受的可变荷载仅考虑次梁传来的可变荷载。可按表2.10进行计算: 表2.10 主梁的荷载计算表荷 载 种 类荷载标准值（kN）荷载分项系数荷载设计值（kN）永 久荷 载次梁传来的恒荷载43.321.0545.49主梁自重10.851.0511.39主梁底及两侧的粉刷0.821.050.86小 计（G）54.99-57.74可变荷载（Q）68.41.282.08总荷载（G+Q）123.39-139.82说明：1.分项系数取值依据水工混凝土结构设计规范，G =1

22、.05，Q =1.2。 2.荷载标准值的计算： 次梁传来的恒荷载：7.6*5.7=43.32 kN/m 主梁自重： 25*0.35*（0.7-0.08）*2=10.85 kN/m主梁底及两侧的粉刷: 17*0.015*0.35+(0.7-0.08)*2*2=0.82 kN/m可变荷载：12*5.7=68.4 kN/m2.5.3主梁的内力计算集中荷载作用下五跨连续梁的弯矩及剪力系数可由教材附录八的表格查得，各跨中及支座截面的弯矩按式M=1GL+2QL；各支座截面剪力按式V=1G+2Q。其中，1、1分别为永久荷载作用下的弯矩及剪力系数；2、2分别为可变荷载作用下的弯矩及剪力系数。按弹性理论计算内力

23、时，需要考虑可变荷载的最不利布置方式，因此应将永久荷载和可变荷载作用下的内力单独计算，然后对控制截面内力进行组合，计算各截面及支座的最大内力或最小内力。主梁各截面及支座的弯矩及剪力系数由附录八查得后，可计算出相应的弯矩及剪力，见表10，为便于绘制主梁内力包络图，应将每种荷载作用形式下的内力图绘制出来，荷载组合时再将每种组合方式下内力图绘制出来，合并到同一坐标系下即得内力包络图。值得注意的是主梁的结构对称且荷载对称，只需画出一跨半的内力包络图即可。内力组合按表2.11和表2.12进行计算 表10主梁内力计算表 表2.11 主梁弯矩组合项次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组合+Mmax184.88133.19-137.0195.9493.21-96.99122.65Mmin组合+Mmin45

25、.81-5.89-244.18-46.39-57.04-210.90-19.63表2.12主梁剪力组合项次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组合+Vmax109.4733.97164.34-46.41157.06Vmin组合+Vm

26、in29.82-180.81-18.23-135.17-22.892.5.4主梁的内力包络图弯矩包络图:剪力包络图:2.5.5主梁的配筋计算2.5.5.1正截面受弯承载力计算支座承受负弯矩，翼缘位于受拉区，按矩形截面进行设计；而跨中翼缘位于受压区，按T形截面计算，翼缘计算宽度按教材表3-3进行计算。正截面承载力计算过程可列于表2.13。对于主梁，进行便安全设计跨中按T形截面进行计算，其翼缘宽度为：=l/3=6000/3=2000mm判断其截面类型：取a=c+10=30+10=40 （按单层布置）h0=700-a=660mm/rd=9.6*2000*80*（660-80/2）/1.2 kN

27、83;m =793.6kN·m大于最大弯矩值，故按第一类T型截面计算。支座处按矩形截面计算，因其受力较大，按双层布置钢筋，据课本P249取有效高度h0=700-80=620mm 表2.13截面受弯承载力计算截面位置边跨中M1B支座MB中间跨中M3C支座MC中间跨M5弯矩设计值M(kN.m)184.88-244.1895.94-210.90122.65截面类型一类T形矩形一类T形矩形一类T形S0.0270.2270.0140.1960.0180.0270.2610.0140.2200.018AS(mm2)114018125911528760选配钢筋322620220618222实际配筋

28、面积(mm2)114018846281527760说明：minbh0=0.2%*220*410=180.4mm2，实际配筋面积均满足要求。其中: =，=1-，=或=(mm)对于矩形：b=250mm，h0=620mm对于T形：=2000mm： h0=660mm2.5.5.2斜截面受剪承载力计算包括复核截面尺寸、腹筋计算和最小配箍率验算。斜截面承载力计算过程见表2.14表2.14截面受弯承载力计算截面位置边支座QA支座QBl支座QBr支座QCl支座QCr剪力设计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截面尺寸满足要求0.7ftbh00.7×1.1×350×620/1000=167.09 KNrdVmax=201.08 kN需配置弯筋弯起钢筋无箍筋用量150,双肢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满足满足满足满足满足附加钢筋计算主、次梁交接处附加横向钢筋计算。在主梁与次梁交接处，主梁的腹筋承受由次梁传来的集中荷载作用，为防止在主梁的中下部出现裂缝破坏，故在此交接处设置附加横向钢筋（箍筋或吊筋），现在此处设置箍筋。(a) 主梁与次梁交接处斜向裂缝 (b)吊筋形式 (c) 箍筋形式图2.8 主梁与次梁交接处箍筋和吊筋形式考虑到主梁与次梁交接处的破坏面大体如图8(b)和(c)虚线所示，故附加横向钢筋应布置在S=2h1+3b的范围内，其数量按下式计算：式中：F 次梁传给主梁的集中荷载设计值（应扣除主梁自重）； fyv 附加横向钢筋的抗拉强度设

31、计值； 附加横向钢筋与梁轴线的夹角，一般取=45°；因为：S=2h1+3b=2×（700-450）+3×220=1160mm故附加钢筋应布置在1160mm的范围内。选8的双肢箍筋对于箍筋：Asv=mnAsv1 ，Asv1为一肢附加箍筋的截面积，n为同一截面内附加箍筋的肢数，m为在长度s范围内附加箍筋的排数。则由公式得：m>rdF/(nfyvAs)=1.2*(45.49+82.08)*1000/(2*210*50.5)=7.2 在s范围内可布置8排，故实配面积为8*101=808mm2>516mm2故可配每侧附加4排8150的箍筋。2.5.7主梁的模板配筋次梁的配筋图见A1图。3课程设计体会此次课程设计为单向板肋形结构的设计，通过水工钢筋混凝土结构学的学习，进一步加深对理论的认识和理论在工程中的运用，同时，也培养我的综合运用知识的能力和动手的能力。而且在我遇到问题时，也积极与大家进行了探讨，这也增加了我的团队意识。通过这一个学期的理论课程学习，我们开始接触水工钢筋混凝土结构的课程设计。万事开头难，课程设