工程结构课程设计凡打印重点

宝鸡文理学院地理与环境学2012院级系 别： 地理与环境学院专业班级： 给水排水工程 3班老师： 王科学生姓名： 李凡学 号： 201293054122地理与环境学院2015年 6月 24日某1000m3矩形水池，池高H=4.0m，池壁厚为200mm，采用现浇钢筋混凝土顶板，板与池壁的连接近似按铰支考虑，其结构布置如图1所示。池顶覆土厚为320mm，使用活荷载标准值为9kN/m2，活荷载准永久值系数q0.1，顶盖底面为砂浆抹面，厚20mm。混凝土采用C25，梁中纵向钢筋采用 HRB335，梁中箍筋及板中钢筋采用 HPB235钢筋。结构构件的重要性系数 0 1.0。试设计此水池顶盖。解：根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）规定，本例中板区格长边与短边之比为54002.7，介于2~3之间，宜按双向板进行设计。但也可按沿短边方向受力的2000单向板计算，在沿长边方向布置足够数量的构造钢筋来处理。本题采用后一种方法。（一）材料指标及梁、板截面尺寸C25混凝土：fc11.9N/mm2，ftk1.78N/mm2Ec2.8104N/mm2HPB235钢筋：fyfy'210N/mm2，Es2.1105N/mm21HRB335钢筋：fy fy' 300N/mm2，Es 2.0105N/mm2混凝土重度标准值为 25kN/m3，覆土重度标准值为 18kN/m3，砂浆抹面层重度标准值为20kN/m3。板厚采用l00mm，次梁采用b×h=200mm×450mm，主梁采用b×h=250mm×650mm。（二）板的设计．荷载设计值恒荷载分项系数G1.2；因为qk9kN/m24kN/m2，故活荷载分项系数Q1.3。覆土重1.2180.326.91kN/m2板自重1.2250.13.0kN/m2抹面重1.2200.020.48kN/m2恒荷载g10.39kN/m2活荷载q1.379.1kN/m2总荷载gq10.399.119.49kN/m2q 9.1

0.88<3g 10.39考虑梁板整体性对内力的影响，计算折算荷载：g'gq10.399.114.94kN/m222q'q9.14.55kN/m22取1m宽板带进行计算，故计算单元上的荷载为g' 14.94kN/m，q' 4.55kN/m计算简图如下板计算简图2计算跨度：边跨l1lnb1001900mm18002中跨l2lnm3.内力计算l1 5400由于l220002.7，介于2~3之间，可按单向连续板计算内力，长边方向配筋在构造要求的基础上加强。连续板实际为12跨，故利用附表3-2的附表3-2五跨连续梁的内力系数进行计算。跨中弯矩：M1max(0.07814.940.1004.55)1.9025.85kNmM2max(0.03314.940.0794.55)2.0023.41kNmM3max(0.04614.940.0854.55)2.0024.30kNm支座弯矩：MM

maxmax

1.92(0.10514.940.1194.55)2m28.02kN(0.07914.940.1114.55)2.002kNm6.74计算支座边缘处的内力：MM

B,eMBV0b8.0219.4920.26.07kNm222C,eMCV0b6.7419.4920.24.79kNm2223．配筋计算板厚h=l00mm。按《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》CECS138:2002，板中受力钢筋的混凝土保护层厚度取30mm，故as=35mm,h0=100-35=65mm。板正截面承载力计算结果见表1。板的配筋计算截面边跨第一内第二跨中中间支座中间跨中跨中支座MkNm5.85-6.073.41-4.794.30sM1fcbh020。1160.1210.0680.0950.086s0.9380.9350.9650.950.955M2457476259370330ASsh0fymm选用钢筋8@118@1008@1808@1308@150实际配筋面积457503279387335mm2最小配筋量As>As,minAs>As,minAs>As,minAs>As,minAs>As,minAs,minminbh272mm2注：1.表中min取0.2%和45ft%较大值，比较后取min=0.272%。fy对于板：b=1000mm，h=100mm。5．裂缝宽度验算考虑到水池结构的功能和所处环境都有其特殊性，故本例的裂缝宽度验算采用《给水排水工程构筑物结构设计规范》 (GB50069-2002)所规定的最大裂缝宽度限值 (0.25mm)及该规范附录A（本书附录5）的计算方法。第一跨跨中裂缝宽度验算：规范GB50069-2002规定，构件最大裂缝宽度按荷载效应的准永久组合值计算。板4gk10.398.7kN/m2q0.170.7kN/m2，则折算恒载恒载标准值。，活载准永久值1,2qgk'8.70.79.05kN/m2；折算活载qk'0.70.35kN/m2，由荷载准永久组合产生的跨中22最大弯矩为：M1q0.0789.050.10.351.922.67kNm裂缝宽度验算所需的各项参数为：M1q2.671062sq0.87Ash00.87529103.3N/mm65teAs4570.00914Ate0.510001001.10.65ftk1.10.651.780.225<0.4，取0.40.00914103.31.0tesq2最大裂缝宽度：max1.8sq1.5c0.11d11Este1.80.4103.31.5300.1181.02.11051.00.00914=0.05mm<0.25mm满足要求。其他各支座及各跨中截面的最大裂缝宽度，经验算均未超过限值，验算过程从略。．挠度验算给水排水工程水池结构的有关规范对一般贮水池顶盖构件的挠度限值没有明确的规定。在实际的工程设计中，通常根据经验对梁、板的跨高比设定在一定的范围内即可不验算挠度。对于初学者来说，也可参照《混凝土结构设计规范》对一般楼、屋盖构件的挠度限值进行验算。《混凝土结构设计规范》规定一般楼、屋盖受弯构件按荷载效应标准组合并考虑荷载长期l作用影响计算的最大挠度，当 l 7m时，应不超过 （l为构件的计算跨度）。本例即按此200进行验算。等截面等跨的多跨连续梁板的最大挠度一般产生在第一跨内。故本例的梁板均只验算第一跨，且均取跨中点挠度进行验算。虽然实际的最大挠度均产生在略偏近于端支座一侧，但取跨中点挠度进行控制所带来的误差甚小，可以忽略不计。5第一跨正弯矩区段的刚度计算：按荷载标准组合计算的第一跨跨中最大弯矩为：M1k0.078（10.397）0.171.921.2222（0.07812.2 0.1 3.5）1.9式中12.2kN/m为折算恒载标准值；3.5kN/m为折算活载标准值。计算短期刚度所需的参数：skMk4.7106181.9N/mm20.87Ash00.8745765teAs4570.00914<0.01Ate0.51000100取：te0.01,As4570.0071bh0200651.10.65ftk1.10.651.780.4640.01181.9tesk则第一跨正弯矩区段的短期刚度为：EsAsh022.1105457652B1s0.26E2.11051.151.150.4640.20.007161042.83.851011Nmm2考虑荷载长期作用影响的刚度为：B1M1kB1sM1q11M1k2.674.713.8510112.461011Nmm22.04.7支座负弯矩区段的刚度计算：在计算第一跨的挠度时所采用的活荷载分布状态应该是使第一跨跨中产生最大正弯矩的活荷载分布状态，此时 B支座的负弯矩也应按这种活荷载分布状态进行计算。如果用 MBk'、MBq'分别表示在这种活荷载分布状态下 B支座的荷载效应标准组合值和荷载效应准永久组合值，则：62MBk'0.10512.20.0533.51.925.58kNm22MBq'0.1059.050.0530.3.51.923.68kNm2在B支座边缘截面相应的弯矩分别为：MB',e,k5.5812.23.51.90.24.09kNm22MB',e,q3.6812.20.351.90.22.79kNm22计算短期刚度所需的参数：Mk。62sk40910143.8N/mm0.87Ash00.8750365teAs5030.01006>0.1Ate0.51000100取：0.01006,As503tebh02000.0077650.65ftk1.10.651.780.31.10.01006143.8tesk则B支座处负弯矩区段的短期刚度为：BBsEsAsh022.11055036521.150.26E1.150.30.262.11050.00772.81045.011011Nmm2考虑荷载长期作用影响的刚度为：BBMBkBBsMBqB1MBk3.685.585.1610113.021011Nmm22.015.58可见BB与B1很接近，满足0.5B1<BB<2B1，按规范可取整跨刚度均为B1计算挠度。这样的简化使挠度计算大为方便。第一跨跨中挠度验算：从附录3-2附表3-2(4)可查得五跨连续梁第一跨跨中挠度的计算系数，计算挠度时计算跨度取相邻两跨的平均值，即 1.95m，则第一跨的跨中挠度为：7f0.644gkl40.973qkl40.64412.2195040.9733.519504100B1100B11002.4610111002.461011=6.62mm<l19509.75mm200200符合要求。7．板的配筋板的配筋如图3所示，分布钢筋采用8@250，每米板宽的分布钢筋截面面积为201mm2，大于15As1550375.45mm2。同时大于该方向截面面积的0.15%，即：10010010001000.15%150mm2（三）次梁的设计1．荷载计算板传来恒荷载设计值10.39220.78kN/m梁自重设计值1.2250.20.4512.1kN/m恒荷载g22.88kN/m活荷载q=1.3×7×2=18.2kN/m总荷载g+q=22.88+18.2=41.08kN/mq/g18.2/22.880.795<3考虑主梁扭转刚度的影响，调整后的折算荷载为g'gq22.8818.227.43kN/m44q'3q318.213.65kN/m442．计算简图8主梁截面尺寸为 b×h=250×650mm计算跨度：边跨l1ab0.20.25ln5.17524.5m222中跨l2lnb5.150.255.4m3．内力计算按附表3-2的附表3-2(2) 的三跨连续梁内力系数表计算跨中及支座弯矩以及各支座左右截面的剪力。跨中弯矩：M1max(0.0827.430.10113.65)5.42104.19kNmM2max(0.02527.430.07513.65)5.4249.85kNm支座弯矩：MBmax（-0.127.430.11713.65）5.42-126k.56Nm支座边缘处弯矩：MB,eMBmax-V0b2（27.43）5.40.25-126.5613.65112.70kNm22支座右侧剪力：VAmax0.427.435.40.4513.655.492.42kNA支座右边缘剪力VA,e92.42(27.4313.65)0.2288.31kNB支座左侧剪力VB左max0.627.435.40.61713.655.4134.35kN9支座左边缘剪力VB左，e(27.4313.65)0.25152129.22kN2支座右侧剪力VB右max0.528.7345.40.61717.555.4117.03kNB支座右边缘剪力VB右，max（28.734）0.25111.90kN132.8-17.552正截面承载力计算梁跨中按T型截面计算。其翼缘宽b'f取下面两项中的较小者：b'fl5.41.8m33b'fbsn0.21.82m故取bm。按《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》：钢筋的混'f1.8CECS1382002凝土保护层厚度为35mm，故对跨中T形截面，取as45mm，有效高度h045045405mm（按一排钢筋考虑）。支座处按矩形截面计算，其有效高度为h045070380mm（按二排钢筋考虑）。判别各跨T形截面的类型：M1fcb'fh'f(h0h'f)21.011.91800（100）100405-2760.4kNmM1max故第一，二跨跨中均属于第一类T形截面。次梁正截面承载力计算结果见表。截面1B2弯矩（kN?m）104.19-112.7049.85h0(mm)405380405截面类型第一类T形矩形第一类T形sM/1fcbh020.33sM/1fcb'fh020.02970.0142s0.9850.7920.993AsM/Sh0fy(mm2)8711248413选用钢筋51221441241641210实际配筋面积8731256452最小配筋量AS,minminbh0.2%200450ASAS,minASAS,minASAS,min2180mm表中第一跨跨中正弯矩区段钢筋 5 12 2 14必须排成两排，则as将增大为70mm，h0减少为380mm。经重新验算承载力不够，将跨中钢筋修改为512414（As1180mm2）斜截面承载力计算次梁剪力全部由箍筋承担时，斜截面承载力计算结果见表截面V（kN）0.25fcbh0(kN)0.7fcbh0(kN)箍筋肢数，直径ASV nASV11.25fynAsv1h0(mm)V0.7ftbh0实际陪箍间距（mm）是否需配弯筋

AB左B右88.31134.35117.03226.1>V226.1>V226.1>V67.6<V67.6<V67.6<V2?122?122?12226.2226.2226.2486 163 227200 200 200否 否 否由表可看出，当配置 212@200的箍筋时，支座 A,B截面均能满足抗剪承载力要求，不必配置弯起钢筋。6.裂缝宽度验算次梁实际恒载标准值gk22.88/1.2kNm，19.1/活荷载准永久值qq720.11.4kN/m，则次梁按荷载准永久组合计算时的折算恒载值为：g'q19.11.41/419.45kN/m折算活载值为：q'1.434kN/mq1.0511第一跨跨中的裂缝宽度验算：由荷载准永久组合值引起的跨中最大弯矩为：M1q0.0819.450.1011.055.4248.47kNm则，M1,q48.471062sq0.87Ash00.873801180124.2N/mmteAs11800.0262Ate0.52004501.10.65ftk1.10.651.780.744124.2tesq0.0262d4As4118013.0mmu512414max1.8sq1.5c0.11d11Este1.80.744124.21.53513.00.72.01050.110.0262=0.0623mm<0.25mm满足要求。支座裂缝宽度验算：由荷载准永久组合引起的 B支座最大弯矩为：MBq0.119.450.1171.055.4260.30kNmMB,e,qMB,qV0b60.319.451.055.40.2553.38kNm222则，Mq53.381062sq0.87Ash00.87380128.55N/mm1256teAs12560.0279Ate0.5200450d4As4125614.28mmu4124161.10.65ftk1.10.651.780.777128.55tesk0.0279次梁负弯矩钢筋的混凝土保护层厚度为板的保护层厚加板的负弯矩钢筋直径，即，12c30838mm最大裂缝宽度：max1.8sq1.5c0.11d11Este1.80.777128.551.5380.1114.280.72.01050.02790.073mm0.25mm满足要求。第2跨跨中经过验算最大裂缝宽度亦未超过限值。验算过程从略。挠度验算按荷载标准组合计算时，次梁的折算恒载为：g'19.1724kN/mk22.6折算活载为：qk'723410.5kN/m第1跨正弯矩区段的刚度计算按荷载标准组合计算的跨中最大弯矩为：M1k0.0822.60.10110.55.4283.65kNm由裂缝验算已知荷载准永久组合引起的第1跨踞中弯矩：M1q48.47kNm计算短期刚度所需要的参数：skMk83.65106214.43N/mm20.87Ash00.873801180teAs11800.0262Ate0.52004501.10.65ftk1.10.651.780.8940.0262214.43teskAs11800.0155bh0200380'hf'bf'b1800200761.6fbh0200380在f'的计算公式中，如果h'f2h0则应取hf'2h0，次梁跨中截面的13h'f100mm0.2h00.238076mm，故取h'f76mm计算。第1跨正弯矩区段的短期刚度为：B1sEsAsh022.0105118038026E2.01050.01551.150.23.5'f1.150.8940.262.810413.51.612.5281013Nmm2考虑荷载长期作用影响的刚度为：B1M1kB1sM1q11M1k48.4783.652.52810131.61013Nmm22.0183.65支座负弯矩区段的刚度计算：相应于M1k的荷载标准组合引起的 B支座负弯矩为：M'0.122.60.0510.52kNmBk5.481.2支座边缘处负弯矩为：M'B，e,q（22.610.5）5.40.25m36.742-70.03kN2计算短期刚度所需的参数：M'B,e,k70.031062sk0.87ASh00.871256380168.65N/mmteAs12560.5bh(bfb)hf0.5200450(1800200)1000.006130.01取：te0.01,As12560.0165bh02003801.1-0.65ftk1.780.4141.10.65tesk0.01168.65短期刚度按具有受拉翼缘的倒T行截面计算，受拉翼缘体现在te中。14BBsEsAsh021.150.26E2.0105151438021.150.3390.22.01050.016561041013Nmm22.82.6对翼缘位于受拉区的倒T行截面，荷载长期作用影响系数θ应增大20%，则考虑荷载长期作用影响的刚度为：BBM'BkBBsM'Bq(1.21)M'Bk81.22.6101358..25(1.22.01)81.21.31013Nmm2可见BB与B1非常接近，完全符合0.5B1<BB<2B1的条件，可按整垮刚度均为吧B1的等截面梁计算挠度。0.677g'kl40.990q'kl4f100B1100B10.67722.6540040.99010.5540041001.610131001.61013l540013.7mm27mm200200．次梁配筋图根据以上计算，最后实际确定的纵向受拉钢筋为：第一跨跨中采用3Φ14+2Φ12，支座采用3Φ14+2Φ16；第二跨跨中采用3Φ12。箍筋采用?8@2000。B支座处设置鸭筋1Φ14，鸭筋并不为支座抗剪而设置，只为弯起的2Φ14作为支座负钢筋而保证构造弯起位置。钢筋的弯起和切断根据图8-15确定。根据第一章式(1-11)确定的受力钢筋锚固长度Za=38d（后面的主梁亦同）。次梁配筋图见图8-230（四）主梁的设计1．荷载计算次梁传来恒荷载设计值22.88×5.4=123.55kN主梁自重设计值1.2×0.25×(0.65-0.l)×2×25=8.25kN恒荷载G=131.8kN15次梁传来的活荷载设计值 Q=18.2 ×5.4=98.28kN．计算简图柱截面尺寸300mm×300mm计算跨度l=lc=6m计算简图如附图 8-24所示。．内力计算弯矩设计值及包络图，根据公式(8-3)，M=Kll×131.8×6+K2×98.28×61G+K2Q=K1=790.8K1+589.68K2具体计算见表8-4，弯矩包络图见图 8-25序号 1a 1b B 2a 2b C16计算简图截面①②③④⑤①+②①+③①+④①+⑤

K1M1aK1或M1bK1或MBK1或M2aK1或M2bK1或Mc或K2K2K2K2K2K20.2188.0.14112.-0.2-2260.0761.70.1187.-0.-153822386.281819110.2168.0.23139.-0.1-84.-0.1-74,-0.1-65-0.-568667843327.911.5095-0.-28.-0.0-56-0.1-84.0.20121.0.22130-0.-56048395433652.90950.2133.0.1170.2-0.3-1890.1060.70.19114-0.-28263921.334.4048-0.-18.-0.0-37.-0.0-560.17102.0.1165.-0.-1603296319546152868.6356.8252.1-310.5-13.222.3-207159.956.3-310.5183.2218.7-207321.5182.5-415.5122.4202.2-179169.375.2-282.2164.3153.3-319.6剪力设计值及包络图，根据公式VK3GK4Q131.8K398.28K4具体计算见表22，剪力包络图见图88序号AB左B右C左计算简图K3或K4VAK3或K4VB左K3或K4VB右K3或K4VC左截面①0.71494.1-1.286-169.61.095144.4-0.905-119.3②0.85784.2-1.143-112.30.0484.70.0484.717③-0.14-14.1-0.143-14.11.048103-0.952-93.63④0.67966.7-1.321-129.81.274125.2-0.726-71.4⑤-0.09-9.3-0.095-9.30.81079.6-1.190-1175①+②178.3-281.8149-114.6①+③80-183.6247.3-212.9①+④160.8-299.3269.5-190.7①+⑤84.8-178.8223.9-236.3正截面承载力计算各跨跨中按T形截面计算。其翼缘宽度 b'f取下面两项中的较小者：b' f=l 6 2m3 3b' f=b+sn=0.3+5.7=6m取b'f=2m。第1跨中的截面有效高度按两排钢筋考虑，则，h 0=650 70=580mm第2跨跨中弯矩远小于第 1跨，故第2跨按第一排钢筋考虑，则 h0=650 45=605mm。，C支座按矩形截面计算，按两排钢筋考虑：h 0=650 90=560mm形截面类型的判别弯矩为M1fcb'fh'f(h0h'f)=1.011.92000100（580-100）1261.4kN·m22>M1和M2，故第1，2跨跨中均属于第一类T形截面。各支座截面的配筋应按支座边缘处的弯矩计算。在B支座边缘处，MB,eMBV0b2=439.8(131.898.28)60.3312kN·m2218在C支座边缘处，MC,eMCV0b2342(131.898.28)60.3216kN·m22计算结果见表8-6。主梁正截面计算截面弯矩（kN·m）h0(mm)截面类型sM/1fcbh02sM/1fcb'fh02sAsM/21fch0fy（mm）

1B2C356.8-381218.7-285.1580560605560第一类T形矩形第一类T形矩形0.4080.3060.04460.02510.9770.7140.9870.8112099317612212093选用钢筋51832052232431822051832022213325613912213实际配筋面积（mm）最小配筋量As>As,minAs>As,minAs>As,minAs>As,min2As,min325mm注：As,minminbh0.0022506503252mm斜截面承载力计算主梁所需要的箍筋计算见表8-7。主梁箍筋计算截面AB左B右C左，右V(kN)178.3-299.3269.5-236.30.25fcbh0(kN)431.3>V416.5>V416.5>V416.5>V0.7ftbh0(kN)129<V124.4<V124.4<V124.4<V箍筋肢数，直径28282828AsVnAsV1100.6100.6100.6100.6191.25fynAsV1h031185102132sV0.7ftbh02（mm）实际配箍间距1501501501502（mm）是否需配弯筋否是是是由第四章可知，允许的箍筋最大间距为smax=250mm，表8-7所用s<smax。箍筋配筋率svAsv100.60.0027>0.24ft0.241.271.45103。bs250150fyv210由表8-7可以看出，当配置28@150的箍筋时，对支座A斜截面受剪均能满足要求，但对支座B的左侧及右侧和C支座的左，右侧均应设置弯起钢筋。支座左侧弯起钢筋的面积为：V 0.7ftbh0 1.25fyvnAsV1h0Asb s0.8fybsin45299300-124460-1.25 210 100.6 560=1500.8 300 0.070=274mm 2取124Asb452.42mm支座右侧弯起钢筋的面积为：V 0.7ftbh0 1.25fyvnAsV1h0Asb s0.8fybsin45269500-124460-1.25210100.6560=0.83001500.070=274mm2取120Asb314.22mm支座左侧右侧弯起钢筋的面积为：20V0.7ftbh01.25fyvnAsV1h0Asbs0.8fybsin45236300-124460-1.25 210 100.6 560=1500.83000.070=78.1mm2取110Asb78.52mm6.裂缝宽度验算主梁的恒荷载标准值GKG131.8109.8KN1.21.2活荷载标准值QKQ98.2875.6KN1.31.3活荷载准永久值QqqQK0.175.67.56KN第一跨跨中裂缝宽度验算由荷载准永久组合引起的跨中最大弯矩为：M1q (0.238 GK 0.286 Qq) l=（0.238109.80.2867.56）6=169.8kN·m则M1q169.81062sq0.87h0AS=5802213152.1N/mm0.87te22130.0270.52506501.1-0.65ftk1.10.651.780.818tesk0.027152.1d4AS4221318.78mm(518320)max1.8sq(1.5c0.11d)(11)vEste=1.80.818152.15（1.5350.1118.78）0.72.0100.027=0.101mm<0.25mm满足要求。支座裂缝宽度验算由荷载准永久组合引起的 B支座最大负弯矩为：MBq (0.286 GK 0.321Qq) l21=-（0.286109.80.3217.56）6=-202.98kN ·m支座的最大负弯矩为：MB,e,qMB,q-V02-202.98（109.087.56）60.3-150.1KNmb22则，sq150.110694.6N/mm2MB,e,q0.87h0As0.875603256t,e32560.04012506500.50.65ftk1.1-0.651.780.7951.1-0.040194.6t,es,k4As4325622.78mmd（522324）uc3081654mm主梁支座负钢筋的保护层高度c应为板的保护层厚度30mm加板内负钢筋直径8mm再加次梁负弯矩钢筋直径16mm，即：C=30+8+16=54mm。最大裂缝宽度为：Wmax1.8sq0.11d）（11）v（1.5cEste1.894.6（5422.78）0.70.0680.25mm2.0100.0401满足要求。挠度验算同样仅验算第一跨中点挠度，由荷载标准组合引起的跨中最大弯矩为:M1k（0.238109.8 0.28675.6）6 28.65kNm从裂缝验算已知由荷载标准组合引起的跨中最大弯矩为 :M1,q 169.8kNm由同一荷载标准组合引起的B支座相应负弯矩为：/(0.286109.8）-25.3kNmMB,K0.14375.66支座边负弯矩为：MB/,e,k-253.3（109.875.6）60.3-169.87kNm22由与跨中弯矩相同的荷载准永久组合引起的 B支座负弯矩为：/（109