混凝土结构设计原理课程设计心得

混凝土结构设计原理课程设计一、 设计任务某二层建筑物，为现浇混凝土内框架结构(中间为框架承重，四周为墙体承重)，建筑平面图如下图。试对楼盖、楼梯和雨蓬进行设计。二、设计资料1、建设地点：烟台市区2、 楼面做法：水磨石地面、钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底。3、 层高：4.5m；门：宽乂高=3300mmX3000mm；纵向跨度L1=6900mm横向跨度L2=7200mm；楼梯位置见图，楼梯尺寸自定。4、 墙体为370mm砖砌体。5、 建筑用途为仪器仓库；楼面活荷载为8.0/6.0/5.0(kN/m2)。6、 材料：混凝土强度等级为C30,梁受力钢筋采用HRB400级钢筋，梁箍筋、板中钢筋采用HRB235级钢筋。三、 楼盖的结构平面布置主梁沿纵向布置，次梁沿横向布置。主梁的跨度为7.2m，次梁的跨度为6.9m，主梁每跨内布置两根次梁，板的跨度为2.4m，102/101=6.9/2.4=2.875<3但是大于2,故可按单向板设计。按跨高比条件，要求板厚h±2400/40=60mm,对工业建筑的楼盖板，要求h±80mm,取h=80mm。次梁截面高度应满足h=l0/18〜1/12=6900/18〜6900/12=385〜575mm。考虑到楼面活载比较大，因此截面高度取为h=550mm,截面宽度取为b=200mm。主梁的截面高度应满足h=l0/15〜l0/10=7200/15〜7200/10=500〜720mm,取h=650mm。截面宽度取为b=300mm。四、 计算书的计算过程板的设计如附图1轴线①〜②、⑤〜⑥的板属于端区格单元板；轴线②〜⑤的板属于中间区格单元板。1.1荷载板的永久荷载标准值：0.65kN/m20.65kN/m20.08X25=2kN/m20.02X17=0.34kN/m22.99kN/m28.0kN/m2100mm钢筋混凝土板20mm石灰砂浆小计板的可变荷载标准值永久荷载分项系数取1.2，因楼面可变荷载标准值大于4.0kN/m2,所以可变荷载分项系数应取1.3。于是板的永久荷载设计值 g=2.99X1.2=3.59kN/m2可变荷载设计值 q=8.0X1.3=10.4kN/m2荷载总设计值 g+q=13.99kN/m2 近似取为g+q=14.0kN/m2计算简图次梁截面为200mmX550mm,现浇板在墙上的支承长度不小于100mm,取板在墙上的支承长度为120mm。按塑性内力重分布设计,板的计算跨度：边跨lo=ln+h/2=2400—10°—^O+SOQZZZOmmd^BZSSmm取10=2220mm中间跨l0=ln=2400—200=2200mm因跨度相差小于10%，可按等跨连续板计算，取五跨。取1m宽板带作为计算单元，从左到右节点编号依次为A,B,C.C,B,A。单元中点处的编号1,2,3,2,1。计算简图如附图2“图1板的计算简图”。弯矩设计值由表11-1可查得，板的弯矩系数am分别为：边跨中，1/11；离端第二支座，—1/11；中跨中,1/16；中间支座,1/14,故：M1=—MB=(g+q)l2Q/11=14.0X2.222/11=6.27kN・mMC=—(g+q)l2Q/14=-14.0X2.22/14=—4.84kN・mM2=(g+q)12/16=14.0X2.22/16=4.24kN・m这是对端区单向板而言的，对中间区格单向板，其MC=-4.84X0.8=-3.87kN・mM2=0.8X4.24=3.19kN・m正截面受弯承载力计算环境类别为一级，C30混凝土，板的最小保护层厚度c=15mm取20mm。板厚80mm,h0=80—20=60mm；板宽b=1000mm。C30混凝土，oa=1.0,fc=14.3N/mm2；HPB235钢筋，fy=210N/mm2。则板的配筋计算的过程如下表。板的配筋计算截面1B2C弯矩设计值(KN.m)6.27-6.274.24-4.84a二M/(afbh2)s 1c 00.1220.1220.0820.094s=1_%：1—2a牛 s0.1310.1310.0860.099轴线①~②，⑤逾计算配筋(mm2)A=sbhaf/fs 0 1c y535.2535.2351.4404.5实际配筋(mm2)①12@190A=595.0S①12@190A=595.0S①10@190A=413.0S①0@190A=413.0S轴线②〜⑤计算配筋(mm2)A=sbhaf/s 0 1cf535.2y535.20.8 X351.4=281.10.8 X404.5=323.6实际配筋①10@140①10@140①8@140①8@140（mm2）A=561.0SA=561.0SA=359.0SA=359.0S计算结果表明，支座截面的E均小于0.35,符合塑性内力重分布的原理；As/bh=359/(1000X80)=0.45此值大于0.45ft/f=0.31%，同时大于0.2%，满足要求。t.y次梁设计按考虑塑性内力重分布设计。根据实际使用情况，楼盖的次梁和主梁的可变荷载不考虑梁从属面积的荷载折减。2.1荷载设计值永久荷载设计值板传来永久荷载次梁自重次梁粉刷2.59x2.4=7.18KN/m0.2x（0.5-0.08）x25x1.2=2.52KN/m0.02x（0.5-0.08）x2x17x1.2=0.34KN/m小计 g=10.04KN/m可变荷载设计值q=6.0x1.3x2.4=18.72KN/m荷载总设计值g+q=28.76KN/m2.2计算简图次梁在转墙上的支承长度为240mm。主梁截面为300mmx650mm。计算跨度：边跨l二l+a/2=6900-120-300/2+240/2=6750mmv1.025l=1.025x6600=6765,取0nnl=6750mm0中间跨l=l=6900-300=66000n因跨度相差小于10%，可按等跨度连续梁计算。次梁的计算简图如附图2“图2次梁的计算简图”。3.3内力计算由表可分别查得弯矩系数和剪力系数。弯矩设计值M=_M二(g+q)l2/11二28.76x6.752/11二119.13KNm1B0M=(g+q)l2/16二28.76x6.62/16二78.30KN.m20M=(g+q)12/14=—28.76x6.62/14=—89.48KNmC0剪力设计值二0.45(g+q)1二0.45x28.76x6.63二85.81KNA n1二0.60(g+q)1二0.60x28.76x6.63二114.41KNBl n1二V二0.55(g+q)1二0.55x28.76x6.6二104.40KNBrCn23.4承载力计算1)正截面受弯承载力正截面受弯承载力计算时，各支座计算按矩形截面，跨内按T形截面计算，翼缘宽度取b'二1/3=7200/3=2400mm；又b'二b+s二200+2200二2400mm，故取ffnb'=2400mm。截面纵向钢筋均布置一排。f环境类别一级，C30混凝土，梁的最小保护层厚度c=25mm。纵向钢筋h0=500-35=465mm。C30混凝土，a二1.0，P二1,f二14.3N/mm2,f二1.43N/mm2；纵向钢筋采用1cctHRB4。。钢，J=360N/mm2,箍筋采用HPB235钢，fyv二210N/mm2。正截面承载力计算过程如表。经判别跨内截面均属于第it一类T形截面。截面1B2C弯矩设计值(KN.m)119.13-119.1378.30-89.48a二M/@fbh2）s 1c 0或a二M/（afb'h2）s 1cf0119.13x106119.13x10678.30x10689.48x1061x14.3x2400x465=0.01721x14.3x200x4402=0.21514.3x2400x4652=0.01114.3x200x4652=0.145£=1-Jl-2a、 s0.0170..245v0.350.0110.157v0.35A=£bhf/f或s 0c yA=£b'haf/fs f01cy731.4856.4501.6580.0选配钢筋(mm2)2屮18+1屮18（弯）A二763s3屮16+1屮18（弯）A二857.5s2屮14+1屮16（弯）A二509s2屮16+1屮16（弯）A二603s计算结果表明，支座界面的£均小于0.35，符合塑性内力重分布的原贝y；A/(bh)二509/(200x500)二0.51%，此值大于0.45f/f二0.45x1.43/360=0.18%,同sty时大于0.2%，满足最小配筋率的要求。2)斜截面受剪承载力斜截面受剪承载力计算包括：截面尺寸的复核、腹筋计算和最小配筋率验算。验算截面尺寸：h二h-h'二440-80=360mm,因h/b=360/200=1.8<4,,截面尺寸按下式验算：w0f w0.25Bfbh=0.25x1x14.3x200x4640=314.60x103N>V=114.41KN截面尺cc0max寸满足要求。计算所需腹筋：采用©6双肢箍筋，计算支座B左侧截面。由V=0.7ftbh0+(1.25fAh0)/S得cs t0 yvsv0S=(1.25fyvAsvh0) /(vBl－0.7ftbh0)= (1.25x210x56.6x440) /(114.41x103-0.7x1.43x200x440)=248.36mm调幅后受剪承载力应加强，箍筋面积增加或者箍筋间距减小，取 s=200mm。代入Vcs〉0,纵筋可不用弯起fP .=0.24厶=0.24x1.43/210=0.163%sv，min fyvPsv=56.6/(200x160)=0.177%>0.163%满足要求。主梁设计主梁按弹性方法设计。4.1荷载计算值为化简计算，将主梁自重等效为集中荷载。次梁传来的永久荷载10.04x6.9=69.28KN主梁自重(含粉刷)(0.65-0.08x0.3x2.4x25x1.2+0.02x(0.65-0.08)x2x2.4x17x1.2=13.43KN永久荷载设计值G=69.28+13.43=82.71KN,取G=83KN可变荷载设计值Q=5.0x1.3x2.4x6.9=107.6KN取Q=108KN4.2计算简图主梁按连续梁计算，端部支承在砖墙上，支承长度为370mm；中间支承在400mmx400mm的混凝土柱上。其计算跨度边跨l=7200-200-120=6880mm，因0.025l=172mm<a/2=185mm，取nnl=1.0251+b/2=1.025x6880+400/2=7252mm，近似取l=7250mm0n0中跨l=7200mm0主梁的计算简图如附图2“图3主梁的计算简图”4.3内力设计值及包络图1）弯矩设计值弯矩： M=kiGl0+kQl0式中系数k、k可由附表查得。102012M 二0.244x83x7.25+0.289x108x7.25=373.12KN.m1,maxM二-0.267x83x7.25-0.311x108x7.25=-160.67-243.51=-404.18KN.mB,maxM=0.067x83x7.2+0.200x83x7.2=40.04+156.60=196.64KN.m2，max2）剪力设计值剪力V=kG+kQ34式中系数均差附表可得。V =0.733x83+0.866x108=60.84+93.53=154.37KNA，maxV=-1.267x83-1.311x108=-246.75Bl,maxV=1.0x83+1.222x108=83+131.98=214.98KNBr,max3） 弯矩、剪力包络图弯矩包络图：①第1、3跨有可变荷载，第二跨没有可变荷载由附表知，支座B或C的弯矩值为：M=M=-0.267x83x7.25-0.133x108x7.25=-264.81KN.mBC在第1跨内以支座弯矩M=0，M=-264.81KN.m的连线为基线，作G=83KN，ABQ=108KN的简支梁弯矩图，得第1个集中荷载和第2个集中荷载作用点处弯矩值分别为：1 M1 264.81（G+Q）l+b= （83+108）x7.25- =373.31KN/m3 033 31 M1 2x264.81（G+Q）l+b= （83+108）x7.25- =285.04KN.m3 033 3在第2跨内以支座弯矩M=-264.81KN.m，M=-264.81KN.m的连线为基线，作BCG=83.KN，Q=0的简支弯矩图，得集中荷载作用点处的弯矩值：11Gl+M=—x83x7.2-264.81=-65.61KN.m3 0B3②第1、2跨有可变荷载，第3跨没有可变荷载第1跨内：在第1跨内以支座弯矩M=0，M=-404.18KN.m的连线为基线，作ABG=83KN,Q=108KN的简支梁弯矩图，得第1个集中荷载和第2个集中荷载作用点处弯矩值分别为：1M1404.18（G+Q）l+b=（83+108）x7.25- =326.86KN.m303331 ,M1 2x404.18（G+Q）l+b=（83+108）x7.25- =192.13KN.m30333在第2跨内：MC=-0.267x83x7.25-0.089x108x7.25=-230.35KN.m。以支座弯矩CMB=-404,18KN，m，Mc=-230,385KN，m的连线为基线，作G=83KN，Q=108KN的简支梁弯矩图，得12123（G+Q）l0+M+3（M—MC）=3（83+108）x7.25-230.35+3（-404.18+230.35）=115.35KN.m12113（G+Q）lo+M+3（M—Mc）=3（83+108）x7.25-230.35+3（-404.18+230.35）=173.29KN.m第2跨有可变荷载，第1、3跨没有可变荷载M=M=-0.267x83x7.25-0.133x108x7.25=-264.81KN.mBC第2跨两集中荷载作用点处的弯矩为：113（G+Q）lo+M=3（83+108）x7.25-264.81=196.77KN.m（与前面计算的M =196.64接近）2，max第1、3跨两集中荷载作用点处的弯矩分别为：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"111 1-Gl+-M=—x83x7.25-—x264.81=112.31KN.m\o"CurrentDocument"303B3 3-Gl30+2M=-x83x7.25-Gl30\o"CurrentDocument"3b3 3弯矩包络图如图：附图弯矩及剪力包络图①第1跨V =154.37KN;过第1个集中荷载后为154.37-83-108=-36.63KN；过第2个集中荷载后A,max为-36.63-83-108=-227.63KN。=-246.75KN；过第1个集中荷载后为-246.75+83+108=-55.75KN；过第2个集Bl,max中荷载后为-55.75+83+108=135.25KN。②第2跨=214.98KN；过第1个集中荷载后为214.98-83=131.98KN。Br,max当可变荷载仅作用在第2跨时V=1.0x83+1.0x108=191KN；过第1个集中荷载后为191-83-108=0。.Br剪力包络图如图：4.4承载力计算1）正截面受弯承载力跨内按T形截面计算，因b二h'/h二80/615=0.13>0.1,翼缘计算宽度按f01/3=6.9/3=2.3m和b+s=6.6m中较小确定，取b'=2.3m,取h=650-35=615mm。判nf0别T形截面类型h' 60(hop=心4.3泅00皿(615-亍/106=1539.3>叫，故属于第一类T形截面。B支座边的弯矩设计值M=M-Vb/2=-404.18+191x0.30/2=-375.53KN.moB Bmsx0纵向受力钢筋除B支座截面为2排外，其余均为1排。跨内截面为第一类T形截面。正截面受弯承载力的计算如表。截面1B2弯矩设计值373.12-404.18196.64-65.61(KN.m)a=M/(afbh2s 1c 0) 373.12x106 =01x14.3x2300x6152404.18x106196.64x10665.61x10614.3x300x5802=14.3x2300x615214.3x300x61)2或.0300.280=0.016=0.040a二M/(afb'hs 1cf00用850.8320.9920.980Y=(1+J1-2a:s sA二M/(yfh)s sy01710.92326.6895.3302.4选配钢筋（mm2）2屮20+3屮22（弯）3屮20+3屮25(弯)2屮20+1屮20（弯）2屮14A=1768sA=2613sA=941sA=308s2）斜截面受剪承载力验算截面尺寸：h=h-h=580-80=500mm，因h/b=500/3001.67v4,截面尺寸按下式验算:w0f w

0.250fbh=0.25x1x14.3x300x580=622.05x103KN>V，截面尺寸符合要求。cc0max计算所需腹筋：采用©8@200双肢箍筋，A100.6V=0.7fbh+1.25f svh=0.7x1.43x210x580+1.25x210x x580=250.76Kcst0yvs0 200N,V,V,V 均小于V，即无需设弯起钢筋。A,maxBr,maxBl,max cs验算最小配箍率：PsvA100.6bs—300x200f 1.43=0.17%〉0.24-=0.24x =0.163%,f 210yv满足要求。次梁两侧附加横向钢筋的计算：次梁传来的集中力Fi=69,28+108=178KN，hi=650-500=150mm，附加箍筋布置范围s=2h]+3b=2x150+3x200=900mm。取附加箍筋©8@200双肢，则在长度s内可布置附加箍筋的排数，m=900/200+l=6排，次梁两侧各布置3排。另加吊筋1©18,A=254.5mm，则:sb2fAsina+mnfA=2x360x254.5x0.707+6x2x210x50.3=129550.68+126765=256.ysb yvsv13x103>f/，满足要求。因主梁腹板高度大于450mm，需在梁侧设置纵向构造钢筋，每侧纵向构造钢筋的截面面积不小于腹板面积的0.1%，其间距不大于200mm。现每侧配置2^14,308/(300x570)=0.18%〉0.1%,满足要求。楼梯设计5.1楼梯板的设计取板厚h=150mm。踏板尺寸150mmx300mm，板的斜倾角tana=150/300=0.5,cosa=0.894。可取1m板宽带计算。楼梯平面图如图附图楼梯平面图(1)荷载计算楼梯板的计算列于表中，恒荷载分项系数Y=1.2；活荷载分项系数丫门=1.3。总荷载设GQ计值：1.2X7.43+1.3X8.0=19.32KN梯段板的荷载何载种类荷载标准值(KN/m)恒荷载水磨石面层(0.3+0.15)x0.65/0.3=0.98三角形踏步0.5X0.3X0.15X25/0.3=1.88混凝土斜板0.15X25/0.894=4.19

板底抹灰0.02X17/0.894=0.38小计7.43活荷载&0(2)截面设计板水平计算跨度l=4200mm,弯矩设计值M=Pl2/10=19.32X4.22/10=34.08KN・M。板的nn有效高度h=150mm-30mm=120mm。0M匕二 7bhh~=34.08X106/(1.0X14.3X1000X1202)=0.1661fcbh0Y二0.5(1+(1—2a)=0.909s s34.08xl034.08xl060.909x210xl20=1487.8mm2选配©12@75,A=1508mm2s分布筋每级踏步1根©8。5.2平台板的设计设平台厚度h=80mm,取1m宽板带计算。(1)荷载计算平台板的荷载计算列于表中。平台板的荷载何载种类荷载标准值(KN・M)恒水磨石面层0.65荷70mm厚混凝土板0.08X25=2.00载板底抹灰0.02X17=0.34小计2.99活荷载8.0总荷载设计值p=1.2X2.99+1.3X8.0=13.99KN2)截面设计平台板的计算跨度l=1.6+0.2-0.2/2+0.12/2=1.76m。弯矩设计值01M= pl2=0.1x13.99x1.762=4.33KN.m。板的有效高度h=80-20=60mm。1000

=0.084,计算=0.084,计算Y二0.5(1+-1-2a)=0.956s safbh2 1.0x14.3x1000x6024.33x1064.33x1060.956x210x60=359.5mm2，选配©8@140,A=359mm2s（3）梯段板和平台配筋如图附图梯段板和平台配筋图5.3平台梁设计设平台梁截面尺寸为200mmx350mm。（1）荷载计算平台梁荷载计算列于表中。平台梁的荷载何载种类荷载标准值（KN・M）恒荷载梁自重0.2x(0.35-0.07)X25=1.4梁侧粉刷0.2x(0.35-0.07)X2X17=0.19平台板传来4.33X1.8/2=3.90梯段板传来7.43X4.5/2=16.72小计21.21活荷载8.0x(4.5/2+1.8/2)=20.20总荷载设计值p=1.2x22.21+1.3x25.20=59.41KN/m（2）截面设计计算跨度l=1.051=1.05x(3.6-0.24)=3.53m。0n弯矩设计值1M=—pl2=59.41x3.532/8=95.54KN.m80剪力设计值1V=—pl=59.41x3.36/2=99.81KN2n截面按倒L形计算，件曲hf=200+5x80=600mm，梁的有效高度h=350-35=315mm。0经判别属第一类T形截面95.54x1095.54x106a=s1.0x14.3x600x3152=0.11，计算得Ys—0.5(1+,；1—2a)=0.942s95.54x1060.942x36095.54x1060.942x360x315=894.6mm2，选配3©20,A=941mm2s选配©8@200的箍筋，则斜截面受剪承载力V=0.7fbh+1.25fsvh=0.7x1.43x200x315+1.25x210xcs t0 yvs0100.6200x315=104.65KN>99.81KN满足要求。（3）楼梯平台梁的配筋图如图附图楼梯平台梁配筋图雨篷设计6.1雨篷板承载力计算取1米板宽为计算单元，按悬壁板进行承载力计算1.荷载及内力计算恒荷载设计值：（取平均板厚80mm）:（0.08x25+0.02x20+0.02x17）x1.2二3.288施工或检修集中荷载 14*1.0=1.4kN板的计算跨度l二l，则板固端弯距为0aM=0.5ql2+Fl=0.5x3.288x1.22+1.4x1.2=4.0474kN.m00M_ 4.0474xM_ 4.0474x106as雨篷板根部板厚h二100mm,设As=0.044,得r=.9775sfbh 14.3x1000x802c0=gbh厶=143.7mm20fy选用©6/8@200，实际的A=196>143.7mm2符合要求。分布钢筋采用06@200s6.2雨篷梁计算梁截面尺寸为b=370mm.h=400mm,设a=35mm,则h=400-35=365mms01.荷载及内力计算1.2x0.02x(0.3+0.4)x17=0.286kN/m梁自重 1.2*(0.06*0.061.2x0.02x(0.3+0.4)x17=0.286kN/m梁上砖砌体重1.2x(0.37x19+0.02x17)x3.3/3=9.73kN/m雨篷板传来的均布荷载3.288x1.2=3.946kN/m218.51kN/m雨篷传来的集中荷载1.4kN20mm厚梁粉刷重雨篷梁的计算跨度取l=1.051=1.05*3.3=3.465m0a弯矩：M=弯矩：M=1/8ql02+1/4Fl20=1/8x18.51x3.4652+1/4x1.4x3.465=28.992kN/m剪力：V=1/2ql+1/2x3.3xF=1/2x18.51x3.3+1/2x3.3x1.4=32.642kNn雨篷板均布荷载恒荷载对雨篷梁产生的力矩为：M=(t)=3.288x1.2x(1.2/2+0.185)=3..097kN.m/mqq雨篷板集中荷载对雨篷梁产生的力矩为：3.3x1.4M=(t)二- (1.2+0.185)二1.847kN.m