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钢筋混凝土结构设计原理课程设计城市地下空间工程专业混凝土结构设计原理课程设计题 目 学 号 20134660317 学生姓名 张毅 班 级 城工133班 指导教师 贺桂成 起止时间 2016.1.8-2015.1.22 学院名称 核资源工程学院 2016 年 1 月 11日钢筋混凝土结构设计原理课程设计任务书1设计题目某地铁车站两层多跨箱型框架结构设计，顶板采用全埋式现浇钢筋混凝土单向板梁板结构。2 工程概况车站两端为两层多跨箱型框架结构，结构顶板覆土厚度约3m，底板埋深约17m。地层主要有：第四系全新统、人工堆积层（Q4ml）、第四纪全新统浑河高漫滩及古河道（Q42l），第四纪浑河新扇（Q41l+pl）、第四系中更新统冰积层（Q2）。地下水位为-5.0m。各地层主要物理力学参数如表1所示。表1 地层主要物理力学参数表层号地层名称层厚(m)含水量()重度()干重度()压缩模量(MPa)1黄土状土5.721416.113.34.242-1粉质粘土1.024.419.315.57.092-2黄土状土2.919.416.013.45.972-3粉质粘土3.226.718.414.56.452-5中 砂0.624.119.415.66.823-1黄 土821.919.515.98.073-2古 土 壤1.222.619.015.49.243-3粉质粘土3.824.819.814.86.593-44粉 土1.019.920.317.510.13 设计内容结构平面布置：柱网、主梁、次梁及板的布置；板的强度计算：内力按考虑塑性变形内力重分布的方法计算；板的防水设计：防水混凝土设计；次梁强度计算：内力按考虑塑性变形内力重分布的方法计算； 主梁的强度计算：内力按弹性理论计算，考虑荷载不利组合； 绘制施工图：结构平面布置图（1:200）；板的配筋图；次梁配筋图；主梁配筋图及M、V图（1:50）；主、次梁钢筋表及必要说明。 4 设计资料及要求 建筑平面尺寸，如下图1；图1 地下室平面尺寸混凝土柱尺寸为500500mm，或者采钢管混凝土圆形柱直径400mm；地铁车站的安全等级为二级，顶板设计厚度为500mm；混凝土可采用C30或C35；板内钢筋可采用HPB235级、HRB335级热轧钢筋，次梁和主梁钢筋可选HRB400级热轧钢筋；荷载：钢筋混凝土容重为25KN/m3，设计忽略地下水压力的荷载，顶板活荷载见表1，平顶粉刷荷载0.4KN/m3；地铁车站顶板设计考虑人防的要求，地铁车站防护等级为6级；题号分配：每个学生根据学号选择相应的题号，表中长度单位为米，第N题题号见表1所示。表1 城工1301班各题号的设计条件 活载题号L1L2 101214161820226.36.012345676.36.38910111213146.36.6151617181920216.36.6222324252627286.36.929303132333435表2 城工1302班各题号的设计条件 活载题号L1L2 101214161820226.96.012345676.96.38910111213146.96.6151617181920216.96.9222324252627286.97.229303132333435表3 城工1303班各题号的设计条件 活载题号L1L2 101214161820227.26.012345677.26.38910111213147.26.6151617181920217.26.9222324252627287.27.2293031323334354 设计期限：两周（1月8日1月22日） 下达设计任务及结构布置1天； 设计计算和整理计算书7天； 绘制顶板结构施工图5天； 答辩及设计成绩评定1天；5 参考资料1混凝土结构设计规范（GB 500102010）；2建筑结构荷载规范（GB 500092001）；3砌体结构设计规范（GB 500032001）；4钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程（CECS 51：93）；5人民防空工程战术技术要求；6人民防空地下室规范（GB 5003894）；7地下工程防水技术规范（GB 501082001）；8地下防水工程实用技术沈春林编写，机械工业出版社；9钢筋混凝土结构构造手册；10教材：混凝土结构设计原理；11教材：混凝土结构设计；12教材：钢-混凝土组合结构。6 计算书格式要求严格按科研论文的排版格式；正字字体：小四，宋体；图表中所有文字：五号，宋体。任务下达：贺桂成2016年1月8日目录钢筋混凝土结构设计原理课程设计任务书2钢筋混凝土设计原理课程设计71工程概况72设计参数说明73结构平面布置73.1结构平面布置的原则73.2 构件尺寸设计74板的设计94.1荷载的计算94.2计算简图及跨度94.3弯距设计值计算104.4截面配筋计算104.5板截面受剪承载力验算125次梁计算135.1 次梁配筋的构造要求135.2荷载计算155.3计算简图155.4内力计算165.5截面配筋计算166主梁设计186.1荷载计算186.2计算简图及跨度196.3内力计算196.4内力包络图216.5配筋计算216.6附加横向钢筋236.7主梁纵筋的弯起和截断236.8 附加横向钢筋237防水设计247.1 防水混疑土设计247.2 卷材防水层258人防设计268.1 地下室人防设计要求26参考资料26钢筋混凝土设计原理课程设计1工程概况设计地铁车站顶板离地面为黄土状土，土层含水量：21.4%，土层厚度3m，地下水位为-5.0m，地下水对钢筋混凝土结构具有弱溶解性，综合评价其腐蚀等级为：中等腐蚀，土的重度为16.1g/cm3，即土的密度为16.1kN/m32设计参数说明混凝土柱尺寸为500500mm，或者采钢管混凝土圆形柱直径400mm； 地铁车站的安全等级为二级，顶板设计厚度为500mm；混凝土可采用C30或C35；板内钢筋可采用HPB235级、HRB335级热轧钢筋，次梁和主梁钢筋可选HRB400级热轧钢筋，钢筋混凝土容重为25KN/m3，设计忽略地下水压力的荷载，顶板活荷载20KN/m3，平顶粉刷荷载0.4KN/m3；地铁车站顶板设计考虑人防的要求，地铁车站防护等级为6级C35等级混凝土：， HRB335级热轧钢筋：HRB400级热轧钢筋：13结构平面布置3.1结构平面布置的原则在进行结构平面布置时，应遵守下述布置原则：（1） 梁格的布置要考虑生产工艺、使用要求和支承结构的合理性。（2） 柱网与梁格尺寸除应满足生产工艺和使用要求外，还应使结构具有尽能好的经济效果。（3） 梁格应尽可能布置得规整、统一，板的厚度和梁的截面尺寸尽量统一减少梁板跨度的变化，以简化计算，方便施工。（4）避免集中荷载直接作用于板上。3.2 构件尺寸设计根据设计参数说明，板厚hb=500mm（80mm满足刚度要求，可不验算挠度）；参照设计规范，对于一般的建筑结构中，取次梁截面高度 ，另外，次梁截面宽度取b=h/3h/2；主梁截面高度，但在地下建筑中，取值稍有偏于安全，取次梁c,c;取主梁z，z。根据设计要求，建筑结构平面布置图如图1-1 图1-1 结构平面布置图4板的设计4.1荷载的计算取宽为1m板带作为计算单元土层荷载 16.13=48.3kN/m3 钢筋混凝土自重 250.5=12.5 kN/m3 平顶粉刷荷载 0.4kN/m3 恒荷载标准值 61.2kN/m3活荷载标准值 20kN/m3总荷载设计值按可变荷载效应控制的组合 gq=(1.261.2+1.420)1.0=101.44kN/m gq=(1.3561.2+0.71.420) 1.0=102.22 kN/m由上可知，所以板内力计算时取 gq=102.22kN/m 4.2计算简图及跨度参照设计规范，梁板的跨度计算，根据下表1-2：表1-2梁板的跨度计算支承情况计算跨度梁板两端与梁柱整体连接净跨净跨两端支承在砖墙上1.05一端与梁整体连接，另一端承在砖墙上1.025注：表中为梁的支承宽度，为板的搁置长度，为板厚。次梁截面高度h=800mm,b=450mm。根据结构的平面布置，板的实际支承情况，板的计算跨度为：边跨 ： 故边跨取。中间跨 由于边跨与中间跨的跨度差，故可按等跨连续板计算内力。板的计算简图如下：图 1-2及图1-3： 图 1-2 板的跨度计算示意图简图图1-3 板的计算简图ABC12317001550155096.32KNm4.3弯距设计值计算各板控制截面的弯矩设计值按下式计算：根据上面的公式计算得：4.4截面配筋计算板截面有效高度。因中间板带的内区格四周与梁整体连接，故、和值可降低20%，从而取值为四周的0.8倍。最少配钢筋率为=0.45 =0.236%，板截面配筋计算过程见下表1-3。表1-3 板截面配筋计算截面1B2，3C板带中板带板带中板带弯矩系数跨度1.701.551.551.5533.00-21.0414.4611.57-16.53-13.22=0.0430.00270.00190.00150.00210.00170.00440.00270.1取0.10.00190.00150.00210.1取0.10.00170.1取0.116737857257378537850.024%0.541%0.0102%0.235%取0.235%0.0081%由其斜截面受剪承载力符合，则板不需要配箍筋和弯起钢筋。 5次梁计算5.1 次梁配筋的构造要求（1） 截面尺寸：次梁的跨度l = 4 m6 m，梁高h=(1/181/12)，梁宽b =(1/31/2)h，应满足表1-7的规定。纵向钢筋的配筋率一般为0.6%1.5%。（2） 次梁在砌体墙上的支承长度a240 mm。（3）钢筋的直径：梁的纵向受力钢筋及架立钢筋的直径不宜小于表1-5的规定。对钢筋直径的要求出于混凝土结构截面受力的需要。混凝土结构中，受力钢筋的尺寸应与截面高度及跨度有一定的比例，过于纤细的钢筋难以起到应有的承载受力和构造的作用。表1-5 梁内纵向钢筋的最小直径 注：为梁高，为梁的跨度。(4) 钢筋的间距：钢筋混凝土结构中钢筋能够与混凝土协同工作，是由于它们之间存在着粘结锚固作用。因此，受力钢筋周围应有一定厚度的混凝土层握裹。对于构件边缘的钢筋，表现为保护层厚度；而对于构件内部的钢筋，则表现为钢筋的间距。钢筋间距还应考虑施工时浇筑混凝土操作的方便。梁纵向钢筋的净间距不应小于表1-6的规定。表1-6 梁内纵向钢筋的最小净距注：（1）净间距为相邻钢筋外边缘之间的最小距离。 （2）当梁的下部钢筋配置多于2层时，两层以上水平方向中距应比下边两层的中距增大一倍。(5) 梁侧的纵向构造钢筋：由于混凝土收缩量的增大，近年在梁的侧面产生收缩裂缝的现象时有发生。裂缝一般呈枣核状，两头尖而中间宽，向上伸至板底，向下至于梁底纵筋处，截面较高的梁，情况更为严重。(6) 当连续次梁的跨度相等或相差不超过20%，且活载与恒载之比q/g3时，梁内纵向钢筋的弯起及截断可按图1-5进行。图1-5 等跨连续次梁的钢筋布置 规范规定：当梁的腹板高度hw450 mm时，在梁的两个侧面沿高度配置纵向构造钢筋(腰筋)，每侧纵向构造钢筋(不包括梁上、下部受力钢筋及架立钢筋)的截面面积不应小于腹板截面面积w 的0.1%，且其间距不宜大于200 mm。此处，腹板高度hw ，矩形截面为有效高度；对T形截面，取有效高度减去翼缘高度；对I形截面，取腹板净高。(7) 对钢筋混凝土薄腹梁或需作疲劳验算的钢筋混凝土梁，应在下部二分之一梁高的腹板内沿两侧配置直径为8 mm14 mm、间距为100 mm150 mm的纵向构造钢筋，并应按下密上疏的方式布置。在上部二分之一梁高的腹板内，纵向构造钢筋上述第(5)条的规定配置。如图1-5所示，中间支座负钢筋的弯起，第一排的上弯点距支座边缘为50 mm；第二排、第三排上弯点距支座边缘分别为h和2h。支座处上部受力钢筋总面积为As，则第一批截断的钢筋面积不得超过As/2，延伸长度从支座边缘起不小于/5+20d(d为截断钢筋的直径)；第二批截断的钢筋面积不得超过As/4，延伸长度不小于/3。所余下的纵筋面积不小于As/4，且不少于两根，可用来承担部分负弯矩并兼作架立钢筋，其伸入边支座的锚固长度不得小于。位于次梁下部的纵向钢筋除弯起的外，应全部伸入支座，不得在跨间截断。下部纵筋伸入边支座和中间支座的锚固长度详见混凝土结构设计。连续次梁因截面上、下均配置受力钢筋，所以一般均沿梁全长配置封闭式箍筋，第一根箍筋可距支座边50 mm处开始布置，同时在简支端的支座范围内，一般宜布置一根箍筋。根据设计平面布置图，有主梁mm，。次梁的跨度计算示意1-6图1-6 次梁的跨度计算示意图 5.2荷载计算 取次梁为1m长作为计算单元 板传来的恒荷载 次梁自重 次梁三面粉刷 恒荷载标准值 137.35活荷载标准值 总荷载设计值 按可变荷载效应控制的组合所以，次梁内力计算时取201.2KN/m。 5.3计算简图次梁按考虑塑性重分布计算内力，结合图1-6故由表4可得次梁的计算跨度为： 中间跨 边跨 故边跨取。与中跨的计算跨度相差，故可按等跨连续梁计算内力，计算简图如1-7 图1-7 次梁计算简图5.4内力计算次梁各控制截面的弯矩设计值和剪力设计值分别按，计算。弯矩设计值剪力设计值5.5截面配筋计算 次梁跨中截面按T型梁截面进行正截面受弯承载力计算，翼缘计算宽度，边跨及中间跨均按较小的值采用:=跨中及支座截面均按一排钢筋考虑，故取h0=1200-35=1165mm，翼缘厚度。此值大于跨中弯矩设计值,，故各跨跨中截面均属于第一类T型截面，支座按矩形截面计算，次梁正截面受弯承载力计算结果见表1-7。截面1B23C868.3-868.3564.5-645.1或22334502233450或53699.210821.6853699.210821.680.0160.0800.0110.0600.0170.0840.0110.0622535.892525.041640.811863.72实配钢筋428（直）110（弯）428（直）110（弯）422（直）114（弯）422（直）122（弯）实配钢筋面积2541.52541.51673.91900.1次梁斜截面受剪承载力计算如表1-8 ，按规定，考虑到塑性内力重分布时，箍筋数量应增大20%，故计算时将乘以1.2；配箍筋率 ，各截面均满足要求，表1-8 次梁斜截面受剪承载力计算截面606.6688.1741.42188.74V2188.74V2188.74V576.15V576.15V576.150.105%0.158%0.114%0.168%0.114%721.41768.39780.27291291291弯起钢筋实际面积122As=380.1122As=380.1122As=380.1验算是否需要第二批弯起钢筋：钢筋弯起点到支座边缘距离为：800-35-35+50=780mm，则第一排弯起钢筋弯起点处的剪力设计值V1=496.2-0.78190.1=347.922V1461.25V1461.25V490.57V392.46V392.46V选用箍筋双肢12150双肢12100双肢12100745.72775.19775.191816.552191.42191.4实配弯起钢筋236236236实配钢筋面积2036203620366.6附加横向钢筋由次梁传递给主梁的全部集中荷载设计值为 KN由式（2.3.15）得主梁内支承次梁处附加横向钢筋截面面积为 则一侧所需附加吊筋的截面面积为，选728(4301)6.7主梁纵筋的弯起和截断按同比例在同一坐标图上绘出弯矩包络图和抵抗弯矩图。绘制抵抗弯矩图时，应注意弯起点钢筋的位置：弯起点离受弯承载力充分利用点的距离应不小于h0/2；弯起钢筋之间的距离不应超过箍筋的最大允许间距。由于边跨跨中只允许弯起236的钢筋，为满足受剪承载力和上述构造要求，在B支座处设置了专用于受剪压筋，其上弯起点距支座边缘的距离为50mm。根据每根钢筋的弯起承载力水平直线和弯矩包络图的交点，确定支座上部受力钢筋（抵抗支座负弯矩）的理论截断点至理论截断点的距离应大于20d，且至充分利用点的距离应大于（因），本设计中大部分纵筋由后者控制钢筋截断点，其中锚固长度按确定，取40d（d为纵筋直径）。但由所确定的截断点仍位于负弯矩受拉区内，故从其充分利用截面伸出的长度应按确定，另外钢筋的搭接长度取200mm。6.8 附加横向钢筋1、在梁下部或截面高度范围内有集中荷载作用时，应在该处设置附加横向钢筋(吊筋、箍筋)承担。附加横向钢筋应布置在长度的范围内； 2、当构件的内折角处于受拉区时，应增设箍筋。该箍筋应能承受未在受压区锚固的纵向受拉钢筋As1的合力，且在任何情况下不应小于全部纵向钢筋As合力的35%。 7防水设计 防空地下室设计应做好室外地面的排水处理，避免在上部地面建筑周围积水。防空地下室的防水设计不应低于地下工程防水技术规范(GB 50108)规定的防水等级的二级标准。上部建筑范围内的防空地下室顶板应采用防水混凝土，当有条件时宜附加一种柔性防水层。7.1 防水混疑土设计1、一般规定（1）防水混凝土应通过调整配合比，掺加外加剂、掺合料配制而成，抗渗等级不得小于S6。（2） 防水混凝土的施工配合比应通过试验确定，抗渗等级应比设计要求提高一级(0.2MPa)。2、设 计（1） 防水混凝土的设计抗渗等级，应符合设计规范的规定。（2） 防水混凝土的环境温度，不得高于80；处于侵蚀性介质中防水混凝土的耐侵蚀系数，不应小于0.8。（3） 防水混凝土结构底板的混凝土垫层，强度等级不应小于C15，厚度不应小于100mm，在软弱土层中不应小于150mm。（4） 防水混凝土结构， 结构厚度不应小于250mm；裂缝宽度不得大于0.2mm，并不得贯通；迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。3、材 料（1）防水混凝土使用的水泥，水泥的强度等级不应低于32.5MPa；在不受侵蚀性介质和冻融作用时，采用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥，使用矿渣硅酸盐水泥必须掺用高效减水剂；在受侵蚀性介质作用时，应按介质的性质选用相应的水泥；在受冻融作用时，应优先选用普通硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。（2）防水混凝土所用的砂、石，石子最大粒径不宜大于40mm，泵送时其最大粒径应为输送管径的14；吸水率不应大于1.5；不得使用碱活性骨料。其他要求应符合普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法（JGJ 5392)的规定；拌制混凝土所用的水，应符合混凝土拌合用水标准(JGJ 6389)的规定。（3） 防水混凝土可根据工程需要掺入减水剂、膨胀剂、防水剂、密实剂、引气剂、复合型外加剂等外加剂，其品种和掺量应经试验确定。所有外加剂应符合国家或行业标准一等品及以上的质量要求。（4） 每立方米防水混凝土中各类材料的总碱量(Na2O当量)不得大于3kg，灰砂比宜为1：1.51：2.5；水灰比不得大于0.55；普通防水混凝土坍落度不宜大于50mm。防水混凝土采用预拌混凝土时，入泵坍落度宜控制在12020mm，入泵前坍落度每小时损失值不应大于30mm，坍落度总损失值不应大于 60mm；掺加引气剂或引气型减水剂时，混凝土含气量应控制在35； 防水混凝土采用预拌混凝土时，缓凝时间宜为68h。（5） 使用减水剂时,减水剂宜预溶成一定浓度的溶液。（6） 防水混凝土拌合物必须采用机械搅拌，搅拌时间不应小于2min。掺外加剂时，应根据外加剂的技术要求确定搅拌时间。防水混凝土拌合物在运输后如出现离析，必须进行二次搅拌。当坍落度损失后不能满足施工要求时，应加入原水灰比的水泥浆或二次掺加减水剂进行搅拌，严禁直接加水。（7） 防水混凝土必须采用高频机械振捣密实，振捣时间宜为1030s，以混凝土泛浆和不冒气泡为准，应避免漏振、欠振和超振。渗加引气剂或引气型减水剂时，应采用高频插入式振捣器振捣。7.2 卷材防水层1、 一般规定（1）卷材防水层适用于受侵蚀性介质作用或受振动作用的地下工程。（2）卷材防水层应铺设在混凝土结构主体的迎水面上。（3） 卷材防水层用于建筑物地下室应铺设在结构主体底板垫层至墙体顶端的基面上，在外围形成封闭的防水层。2、 设 计（1）卷