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1、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：XX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：宽高=3300mm3000mm；纵向跨度=6900mm横向跨度=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8.0/6.0/5.0kN/ 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
2、筋。3、 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,l02/l01=6.9/2.4=2.875但是大于,故可按单向板设计。按跨高比条件,要求板厚h2400/40=60mm,对工业建筑的楼盖板,要求h80mm,取h=80mm。次梁截面高度应满足h=l0/18l0/12=6900/186900/12=385575mm。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=l0/15l0/10=7200/157200/10=500720mm,取h=650
3、mm。截面宽度取为b=300mm。四、计算书的计算过程1.板的设计如附图1轴线、的板属于端区格单元板；轴线的板属于中间区格单元板。1.1 荷载板的永久荷载标准值：水磨石面层 0.65kN/m2 100mm钢筋混凝土板 0.0825=2kN/ m2 20mm石灰砂浆0.0217=0.34 kN/ m2小计2.99kN/m2板的可变荷载标准值8.0kN/ m2永久荷载分项系数取1.2,因楼面可变荷载标准值大于4.0 kN/ 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=2.991.2=3.59 kN/ m2可变荷载设计值 q=8.01.3=10.4kN/ m2荷载总设计值 gq
4、=13.99kN/m2近似取为g+q=14.0kN/m21.2 计算简图次梁截面为200mm550mm,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l0=lnh/2=240010012080/2=2220mm1.025ln=2255mm取l0=2220mm中间跨l0= ln =2400200=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。1.3 弯矩设计值由表11-1可
5、查得,板的弯矩系数m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+ql20/11=14.02.222/11= 6.27kNmMC= l20/14=14.02.22/14= 4.84kNmM2=gql20/16=14.02.22/16=4.24kNm这是对端区单向板而言的,对中间区格单向板,其MC=4.840.8=-3.87kNmM2=0.84.24=3.19kNm1.4 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=8020=60mm；板宽b=1000mm。C30
6、混凝土,1=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 1 B 2 C 弯矩设计值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 轴线, 计算配筋 535.2 535.2 351.4 404.5实际配筋 1219012190101900190 轴线计算配筋 535.2 535.20.8351.4=281.10.8404.5=323.6 实际配筋 101401014081408140计算结果表明,支座截面的
7、均小于0.35,符合塑性内力重分布的原理；As/bh=359/=0.45此值大于0.45ft./fy=0.31,同时大于0.2,满足要求。 2.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 2.592.4=7.18KN/m 次梁自重 0.20.5-0.08251.2=2.52KN/m 次梁粉刷 0.020.5-0.082171.2=0.34KN/m- 小计 g=10.04KN/m可变荷载设计值 q=6.01.32.4=18.72KN/m荷载总设计值 g+q=28.76KN/m 2.2
8、计算简图次梁在转墙上的支承长度为240mm。主梁截面为300mm650mm。计算跨度：边跨=6900-120-300/2+240/2=6750mm1.025=1.0256600=6765,取=6750mm 中间跨 =6900300=6600 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 剪力设计值3.4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=7200/3=2400mm；又,故取=2400mm。截面纵向钢筋均布置一排。环境
9、类别一级,C30混凝土,梁的最小保护层厚度c=25mm。纵向钢筋=500-35=465mm。C30混凝土,；纵向钢筋采用HRB400钢,=360N/,箍筋采用HPB235钢,。正截面承载力计算过程如表。经判别跨内截面均属于第一类T形截面。 截面 1 B 2 C弯矩设计值KN.m 119.13 -119.13 78.30 -89.48或=0.017=0.215=0.011=0.145 0.017 0.2450.35 0.011 0.1570.35或 731.4 856.4 501.6 580.0选配钢筋 218+118316+118弯214+116弯216+116弯计算结果表明,支座界面的均小于
10、0.35,符合塑性内力重分布的原则；,此值大于0.451.43/360=0.18%,同时大于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：440-80=360mm,因360/200=1.8114.41KN 截面尺寸满足要求。计算所需腹筋：采用6双肢箍筋,计算支座B左侧截面。由Vcs=0.7ftbh0+1.25fyvAsvh0/S得S=1.25fyvAsvh0/=1.2521056.6440/114.41-0.71.43200440=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
11、=200mm。代入 Vcs0,纵筋可不用弯起sv,min=0.241.43/210=0.163%sv=56.6/200160=0.177%0.163%满足要求。4.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 10.046.9=69.28KN0.32.4251.2+0.0222.4171.2=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=5.01.32.46.9=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
12、承在400mm400mm的混凝土柱上。其计算跨度边跨 =7200-200-120=6880mm,因=172mm 弯矩、剪力包络图 弯矩包络图：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：-0.267831087.25=在第1跨内以支座弯矩KN.m的连线为基线,作G=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：G+Q+=83+1087.25-=373.31KN/mG+Q+=83+1087.25-=285.04KN.m 在第2跨内以支座弯矩=-264.81KN.m,=-264.81KN.m的连线为基线,作G=83.KN
13、,Q=0的简支弯矩图,得集中荷载作用点处的弯矩值：= 837.2-264.81=65.61KN.m 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=0,=404.18KN.m的连线为基线,作G=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：G+Q+=83+1087.25-G+Q+=83+1087.25-=192.13KN.m 在第2跨内：-0.267831087.25=230.35KN.m。以支座弯矩=404.18KN.m,=230.385KN.m的连线为基线,作G=83KN,Q=108KN的简支梁弯矩图,得=7.25-2
14、30.35+=7.25-230.35+第2跨有可变荷载,第1、3跨没有可变荷载=-0.267831087.25=第2跨两集中荷载作用点处的弯矩为：=7.25-264.81=196.77KN.m与前面计算的=196.64接近第1、3跨两集中荷载作用点处的弯矩分别为：=837.25-=837.25-弯矩包络图如图：附图 弯矩及剪力包络图 第1跨=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个集中荷载后
15、为-55.75+83+108=135.25KN。第2跨=214.98KN；过第1个集中荷载后为214.98-83=131.98KN。当可变荷载仅作用在第2跨时=1.083+1.0108=191KN；过第1个集中荷载后为191-83-108=0。.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80/615=0.130.1,翼缘计算宽度按=6.6m中较小确定,取=2.3m,取=650-35=615mm。判别T形截面类型=1.014.3230080615-/=1539.3,故属于第一类T形截面。B支座边的弯矩设计值=-=404.18+1910.30/2=375.53KN.m
16、。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 1 B 2弯矩设计值KN.m 373.12 -404.18 196.64-65.61或=0.030=0.280=0.016=0.0400.9850.8320.9920.9801710.92326.6895.3302.4选配钢筋220+322弯=1768320+325弯=2613220+120弯=941214=3082斜截面受剪承载力验算截面尺寸：=580-80=500mm,因/b=500/3001.67,截面尺寸符合要求。计算所需腹筋：采用8200双肢箍筋,=0.7=0.71.432
17、10580+1.25210580=250.76KN,均小于,即无需设弯起钢筋。验算最小配箍率：=0.17%0.24=0.24=0.163%,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=69.28+108=178KN,=650-500=150mm,附加箍筋布置范围s=2150+3200=900mm。取附加箍筋8200双肢,则在长度s内可布置附加箍筋的排数,m=900/200+1=6排,次梁两侧各布置3排。另加吊筋118,=254.5mm,则：=2360254.50.707+6221050.3=129550.68+126765=256.3,满足要求。因主梁腹板高度大于450mm,需在梁
18、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214,308/300570=0.18%0.1%,满足要求。5. 楼梯设计 5.1楼梯板的设计取板厚h=150mm。踏板尺寸150mm300mm,板的斜倾角tan=150/300=0.5, cos=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=1.2；活荷载分项系数=1.3。总荷载设计值：1.27.43+1.38.0=19.32KN 梯段板的荷载 荷载种类荷载标准值KN/m 恒荷载水磨石面层0.3+0.150.65/0.3
19、=0.98三角形踏步0.50.30.1525/0.3=1.88混凝土斜板0.1525/0.894=4.19板底抹灰0.0217/0.894=0.38小计 7.43 活荷载 8.0(2) 截面设计板水平计算跨度=4200mm,弯矩设计值M=P/10=19.324.22/10=34.08KNM。板的有效高度=150 mm-30mm=120mm。=34.08106/=0.166=0.909=1487.8选配1275,=1508分布筋每级踏步1根8。5.2平台板的设计设平台厚度h80mm,取1m宽板带计算。(1) 荷载计算平台板的荷载计算列于表中。 平台板的荷载荷载种类荷载标准值KNM恒荷载水磨石面层
20、0.6570mm厚混凝土板0.0825=2.00板底抹灰0.0217=0.34小计 2.99活荷载8.0总荷载设计值p1.22.99+1.38.0=13.99KN2截面设计平台板的计算跨度=1.6+0.2-0.2/2+0.12/2=1.76m。弯矩设计值M=0.113.99=4.33KN.m。板的有效高度=80-20=60mm。=0.084,计算=0.956=359.5,选配8140,=3593 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200mm350mm。（1） 荷载计算平台梁荷载计算列于表中。 平台梁的荷载荷载种类荷载标准值KNM恒荷载梁自重0.225
21、=1.4梁侧粉刷0.2217=0.19平台板传来4.331.8/2=3.90梯段板传来7.434.5/2=16.72小计21.21活荷载8.0=20.20总荷载设计值p=1.222.21+1.325.20=59.41KN/m 2截面设计计算跨度=1.05=1.053.6-0.24=3.53m。弯矩设计值 M=59.41剪力设计值 V=59.413.36/2=99.81KN截面按倒L形计算,=b+5=200+580=600mm,梁的有效高度=350-35=315mm。经判别属第一类T形截面=0.11,计算得=0.942=894.6,选配320,=941选配8200的箍筋,则斜截面受剪承载力=0.
22、71.43200315+1.25210315=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6.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:施工或检修集中荷载板的计算跨度,则板固端弯距为2正截面受弯承载力计算雨篷板根部板厚设选用,实际的符合要求。分布钢筋采用6.2雨篷梁计算梁截面尺寸为设则 1. 荷载及内力计算梁自重20mm厚梁粉刷重梁上砖砌体重雨篷板传来的均布荷载雨篷传来的集中荷载 1.4kN雨篷梁的计算跨度取弯矩：剪力：雨篷板均布荷载恒荷载对雨篷梁产生的力矩为
23、：kN.m/m雨篷板集中荷载对雨篷梁产生的力矩为：2截面承载力计算：由于雨篷梁承受弯,剪,扭共同作用的构件,故先验算其截面尺寸及是否需按计算配置抗扭钢筋：所以截面尺寸符合要求。只需按照构造要求配置钢筋受弯所需的纵向钢筋：弯剪扭构件受扭纵向受力钢筋的最小配筋率应取：且钢筋的间距不应大于200mm和截面的宽度。所以取两根14的三级钢,按构造配箍筋：弯剪扭所以间距S300mm 6.3雨篷抗倾覆验算 1. 倾覆力矩由图可知,雨篷总长度为4300mm。荷载设计值对计算倾覆点O产生的倾覆力矩按式计算,其中取：。 2,抗倾覆力矩:雨篷梁包括粉刷自重标准值：雨蓬梁上砌体自重标准值：恒荷载标准值总和：雨篷的抗倾覆力矩设计值为：所以满足要求。6.4 雨篷设计及配筋图 如附图雨篷配筋图13 / 13
