西南交大结构课程设计.doc

. ,. 结构设计结构设计 钢筋混凝土伸臂梁结构设计钢筋混凝土伸臂梁结构设计 学院名称： 土木工程学院 年级专业： 指导教师： 潘家鼎 学生姓名： 学生学号： 二一四 年 九 月 二一四 年 十 月 . ,. 目录目录 第一章第一章设计任务书设计任务书.1 1.1 设计题目：某钢筋混凝土伸臂梁设计 .1 1.2 基本要求.1 1.3 设计资料.1 1.4 设计内容.2 1.6 设计要求.2 1.7 参考文献.2 1.8 题目分组.3 第二章第二章荷载计算及承载力计算荷载计算及承载力计算.3 2.1 梁的内力及内力包络图.3 2.1.1 恒载作用.3 2.1.2 活载作用.5 2.1.3 荷载组合.6 2.2 正截面配筋计算.8 2.3 斜截面承载力计算.10 2.3.1 验算截面限制条件.10 2.3.2 确定箍筋和弯起钢筋.10 2.4 梁的挠度验算.11 2.5 梁的裂缝宽度验算.12 2.5.1 跨中裂缝宽度验算.12 2.5.2 支座裂缝宽度验算.13 第三章第三章 配筋图的绘制配筋图的绘制.14 3.1 计算抵抗弯矩.14 3.1.1 跨中截面 D 抵抗弯矩.14 3.1.2 B 截面抵抗弯矩.14 3.2 抵抗弯矩图的绘制.14 3.3 配筋说明 .15 3.3.1 确定架立钢筋.15 3.3.2 确定纵向受力钢筋的截断位置.15 3.3.3 构造腰筋的配置.15 3.4 附图.15 . ,. 第一章第一章 设计任务书设计任务书 1.11.1 设计题目：某钢筋混凝土伸臂梁设计设计题目：某钢筋混凝土伸臂梁设计 1.21.2 基本要求基本要求 本设计为钢筋混凝土矩形截面伸臂梁设计。学生应在指导教师的指导下， 在规定的时间内，综合应用所学理论和专业知识，贯彻理论联系实际的原则， 独立、认真地完成所给钢筋混凝土矩形截面伸臂梁的设计。 1.31.3 设计资料设计资料 某支承在 370mm 厚砖墙上的钢筋混凝土伸臂梁，如图 1 所示。 gk、 gk、 q2k q1k l2l1 185185185185 C B A 图 1-1 梁的跨度、支撑及荷载 图中：l1梁的简支跨计算跨度； l2梁的外伸跨计算跨度； q1k简支跨活荷载标准值； q2k外伸跨活荷载标准值； gk=g1k+g2k梁的永久荷载标准值。 g1k梁上及楼面传来的梁的永久荷载标准值（未包括梁自重）。 g2k梁的自重荷载标准值。 该构件处于正常坏境（环境类别为一类），安全等级为二级，梁上承受的 永久荷载标准值（未包括梁自重）gk1=21kN/m。 设计中建议采用 HRB500 级别的纵向受力钢筋，HPB300 级别的箍筋，梁的 混凝土和截面尺寸可按题目分配表采用。 . ,. 1.41.4 设计内容设计内容 1根据结构设计方法的有关规定，计算梁的内力（M、V），并作出梁的内 力图及内力包络图。 2进行梁的正截面抗弯承载力计算，并选配纵向受力钢筋。 3进行梁的斜截面抗剪承载力计算，选配箍筋和弯起钢筋。 4作梁的材料抵抗弯矩图（作为配筋图的一部分），并根据此图确定梁的 纵向受力钢筋的弯起与截断位置。 5根据有关正常使用要求，进行梁的裂缝宽度及挠度验算； 6根据梁的有关构造要求，作梁的配筋详图，并列出钢筋统计表。 梁的配筋注意满足混规 9.2.1、9.2.2、9.2.3、9.2.4、9.2.6、9.2.7、9.2.8、9.2.9 和 9.2.10 等 条款的要求。 1.61.6 设计要求设计要求 1完成设计计算书一册，计算书应包含设计任务书，设计计算过程。计算 书统一采用 A4 白纸纸张打印，要求内容完整，计算结果正确，叙述简洁，字迹 清楚，图文并茂，并有必要的计算过程。 2绘制 3图幅的梁抵抗弯矩图和配筋图一张，比例自拟。图纸应内容齐 全，尺寸无误，标注规范，字迹工整，布局合理，线条清晰，线型适当。 3完成时间：17 周周五之前上交。 1.71.7 参考文献参考文献 1建筑结构可靠度设计统一标准GB500682001 2混凝土结构设计规范GB500102010 3混凝土结构设计原理教材 注：相比所学教材的规范版本，本设计所采用的主要规范（见上，请各位同学 到网上下载电子版规范）为规范的新版本，设计中应注意在材料等级、计 算公式、构造要求等方面均有一定的差别。 . ,. 1.81.8 题目分组题目分组 本设计按梁的几何尺寸、荷载大小和材料强度等参数进行分组，每位同学 根据自己在教学班的序号，采用相应号码的题号及设计参数设计： 表 1 设计题号及参数表 可变荷载标准值简支跨度悬臂跨度截面尺寸 序号 q1k(kN/m)q2k(kN/m)l1(m)l2(m)bxh(mmmm) 混凝土等级 146405562300650C35 （实则为 146-96=50 号） 第二章第二章 荷载计算及承载力计算荷载计算及承载力计算 原始数据为： ，b=300mm，h=650mmmkNq k 40 1 mkNq k 60 2 ml6 1 ml2 2 查规范得：C35 钢筋混凝土的重度 3 25mkN 梁的自重荷载标准值为： m875. 456 . 03 . 025 2 kNg k 梁上及楼面传来的梁的永久荷载标准值为：mkNg k 21 1 则梁的永久荷载标准值为：m875.25875 . 4 21 21 kNggg kkk 2.12.1 梁的内力及内力包络图梁的内力及内力包络图 2.1.12.1.1 恒载作用恒载作用 简支跨和外伸跨均作用最大值 1 C BA g . ,. 图 2-1 永久荷载的标准值为： mkNgk875.25 mlgM kB kN75.512875.25 2 1 - 2 1 - 22 2 mlglgM kkD kN5625.902875.25 4 1 -6875.25 8 1 4 1 8 1 222 2 2 1 kN138 6 )62 2 1 (2875.256875.25 2 1 ) 2 1 ( 2 1 2 1 122 2 1 l lllglg F kk B kN69138)26(875.25)( 21 BkA FllgF kN69 AAQ FFkN75.512875.25 2 lgF kBQ右 kN25.861382875.25- 2 BkBQ FlgF 左 简支跨作用最大值，外伸跨作用最小值 2 与组合时，由于荷载效应由活载控制，则简支跨恒载系数取 1.2，外伸跨 恒载系数取 1.0，即 简支跨恒载设计值为： 2 1.21.2 25.87531.05 k ggkN m 外伸跨恒载设计值为： 2 1.01.0 25.87525.875 k ggkN m g g AB C 图 2-2 22 2 11 -1.0 25.875 251.75kN 22 B Mg lm mlgglMDkN85.1132875.250 . 1 4 1 -6875.252 . 1 8 1 4 1 8 1 222 2 2 1 kN525.153 6 2 2 62875.250 . 16875.252 . 1 2 1 ) 2 ( 2 1 2 1 2 12 2 1 ）（ l l llggl FB 12 31.05 625.875 2 153.52584.525kN AB Fglg lF kN525.84 AAQ FFkN75.512875.250 . 1 2 lgFBQ右 . ,. kN775.101525.1532875.250 . 1- 2 BBQ FlgF 左 2.1.22.1.2 活载作用活载作用 简支跨作用活载 q1，外伸跨无活载。 3 q1 C BA 图 2-3 0 B M 22 11 11 40 6180kN 88 Dk Mq lm 11 40 6 120kN 22 k AB q l FF 120kN AQA FF 0 右BQ F120kN BBQ FF 左 简支跨无活载，外伸跨作用活载 q2。 4 q2 C BA 图 2-4 22 22 11 -55 2110kN 22 Bk Mq lm 2 1 -55 255kN 4 D Mm 22 22 1 11 -55 2 22 18.333kN() 6 k A q l F l 22 55 2-18.333128.333kN BkA Fq lF（） -18.333kN AQA FF 22 55 2110kN kBQ Fq l 右 22- 55 2 128.33318.333kN kBBQ Fq l F 左 简支跨作用活载 q1，外伸跨作用活载 q2。 5 . ,. q2 q1 C BA 图 2-5 22 22 11 -55 2110kN 22 Bk Mq lm 2222 1122 1111 40 6 -55 2125kN 8484 Dkk Mq lq lm 22 2 11221 1 112 ()40 655 26 2222 248.333kN 6 kk B l q lq l l F l （） 1122 40 655 2248.333101.667kN AkkB Fq lq lF 101.667kN AQA FF 22 55 2110kN kBQ Fq l 右 22- 55 2248.333138.333kN kBBQ Fq l F 左 整理如下表格： 表 2-1（单位：kNm） 工 况 简图 B M D M A F AQ F B F BQ F 右BQ F 左 1 C BA g -51.7590.5625696913851.75-86.25 恒 载 2g g AB C -51.75113.8584.52584.525153.52551.75-101.775 3 q1 C BA 01801201201200-120 4 q2 C BA -110-55-18.333-18.333128.333110-18.333 活 载 5 q2 q1 C BA -110125101.667101.667248.333110-138.333 2.1.32.1.3 荷载组合荷载组合 1.求简支跨（AB 跨）跨中最大正弯矩按+组合，活载控制，恒载系数 . ,. 1.2，简支跨恒载系数取 1.2，外伸跨恒载系数取 1.0，即 23 1.4-51.75+0=-51.75kN BBB MMMm 23 1.4113.85+1.4 180=365.85kN DDD MMMm 2.求简支跨（AB 跨）跨中最小正弯矩按+组合，恒载控制，恒载系数 1.35，活载系数 1.40.7，即 14 1.351.4 0.7=1.35 ( 51.75)+0.98 ( 110)177.6625kN BBB MMMm 14 1.351.4 0.7=1.35 90.5625+0.98 ( 55)68.3594kN DDD MMMm 3.求支座 B 的最大负弯矩按+组合,活载控制，恒载系数 1.2，活载系数 1.4，即 15 1.21.41.2 ( 51.75)+1.4 ( 110)216.1kN BBB MMMm 15 1.21.41.2 90.5625+1.4 125=283.675kN DDD MMMm 4.求支座 A 的最大剪力按+组合，活载控制，恒载系数 1.2，活载系数 1.4，即 23 1.484.525+1.4 120=252.525kN AQAQAQ FFF 5.求支座 B 的最大剪力按+组合，活载控制，恒载系数 1.2，简支跨恒 载系数取 1.2，外伸跨恒载系数取 1.0，即 15 1.21.41.2 51.75+1.4 110=216.1kN BQBQBQ FFF 右右右 15 1.21.41.2 ( 86.25)+1.4 ( 138.333)=-297.1662kN BQBQBQ FFF 左左左 弯矩包络图与剪力弯矩图如下： . ,. 图 2-6 图 2-7 2.22.2 正截面配筋计算正截面配筋计算 材料强度为：因为混凝土强度等级为 C35C50，故 ，查混规有：0 . 1 1 ，；已知纵筋为 HRB500，其。 2 7 . 16mmNfc 2 57 . 1 mmNft 2 435mmNfy . ,. 1.1. 简支跨中弯矩最大处截面： （1）计算受压区高度x 由于跨中弯矩值较大，假设纵向钢筋按两排布置，取，则60 s amm 0 65060590hmm 6 22 10 365.85 10 0.2098 1 16.7 300 590 s c M f bh 0.482（满足非超筋条件）11 20.238 s 受压区高度为： 0 0.238 590140.42xhmm （2）计算纵向受拉钢筋截面面积并配筋 由基本公式得： 1ysc f Af bx 2 1 1.0 16.7 300 140.42 1617.25 435 c s y f bx Amm f 可根据计算所需钢筋面积选配：7 20（） 2 2199 s Amm （3）最小配筋率验算 %2 . 0%)10045 . 0 %,2 . 0max( min y t f f （满足非少筋条件） min 0 2199 1.24%0.2% 300 590 s A bh 2.2. B 支座处 （1）计算受压区高度x B 支座处的弯矩值较小为 230.1kNm，故假设纵向钢筋按一排放置，取 ，则40 s amm 0 65040610hmm 6 22 10 216.1 10 0.12 1 16.7 300 610 s c M f bh 0.482（满足非超筋条件）128. 0211 s 则受压区高度为： 0 0.128 61078.08xhmm . ,. （2）计算纵向受力钢筋截面面积并配筋 由基本公式得： 1ysc f Af bx 2 1 1.0 16.7 300 78.08 899.27 435 c s y f bx Amm f 可根据计算所需钢筋面积选配：4 20（） 2 1256 s Amm （3）最小配筋率验算 %2 . 0%)10045 . 0 %,2 . 0max( min y t f f （满足非少筋条件） min 0 1256 0.686%0.2% 300 610 s A bh 2.32.3 斜截面承载力计算斜截面承载力计算 2.3.12.3.1 验算截面限制条件验算截面限制条件 上限值验算： 截面的腹板高度为：；混凝土强度等级（C35）不超过 C50，取 0 590 w hhmm 。1.0 c 因为4，属于一般梁，则 590 1.97 300 w h b 0 0.250.25 1 16.7 300 590738.98 cc f bhkN 297.17VkN 0 0.25738.98 cc f bhkN 下限值验算 0 297.170.70.7 1.57 300 590194.52 t VkNf bhkN 故需按计算配置箍筋。 2.3.22.3.2 确定箍筋和弯起钢筋确定箍筋和弯起钢筋 全梁箍筋选为 HPB300 双肢 8200，弯起钢筋利用梁底纵 HRB500，则 ，弯起角 45。 2 270 yv fN mm 2 435mmNfy . ,. 验算最小配筋率： （满足要求）%140 . 0 24 . 0 %17 . 0 200300 3 . 502 min 1 yvtsv sv sv ff bs nA 验算仅配有箍筋的梁的斜截面抗剪承载力： 0 0 590 0.70.7 1.57 300 590100.6 270247.94297.17 300 cstsvyv h Vf bhA fkNVkN s 故需要配置弯起钢筋。 3 2 (297.17247.94) 10 322.32 0.8sin0.8 270 sin45 cs sb ysb VV Amm f 故实际从梁底弯起 2 20，满足要求。 2 628 sv Amm 2.42.4 梁的挠度验算梁的挠度验算 1.1. 由混凝土的强度等级为 C35 可知：， 24 1015 . 3 mmNEc , 2 20 . 2 mmNftk ，故钢筋与混凝土的弹性模量之比为： 25 100 . 2mmNEs 35 . 6 1015 . 3 102 4 5 c s E E E 2.2. 混凝土保护层原度为 30mm 且，故有效高度及配筋率为： 2 2199 s Amm 0 h 0 650(3020 10)590 s hhamm 0 2199 0.012 300 590 s A bh 3.3. 混凝土有效受拉区面积和有效配筋率： 2 975006503005 . 05 . 0mmbhAte 2199 0.023 97500 s te te A A 4.4. 梁跨中弯矩标准值： 2222 212 1111 25.875 6 -25.875 290.56kN 8484 Dkk Mg lg lm . ,. 23 1.01.090.56 180270.56 KDD MMMkN m 5.5. 梁跨中弯矩准永久值： 23 90.560.4 180162.56 qDqD MMMkN m 6.6. 荷载效应准永久作用下的纵向受拉钢筋应力： 6 2 0 270.56 10 239.7 0.870.87 590 2199 K sq s M N mm h A 7.7. 应变不均匀系数： 0.650.65 2.2 1.11.10.84 0.023 239.7 tk tesq f 8.8. 受压翼缘加强系数： f 0 (bb)h 0 ff f bh 9.9. 梁的短期刚度： 252 132 0 2 102199 590 9.43 10 6 1.15 0.840.26 6.35 0.012 1.150.2 1 3.5 ss s E f E A h BN mm 10.10. 梁的刚度: 由于挠度增大系数：0 . 2 13132 270.56 9.43 105.89 10 (1)162.56 (2 1)270.56 k s qk M BBN mm MM 则梁跨中挠度： 262 1 13 55270.56 106000 17.23 48485.89 10 k M l fmm B mml24250 0 同理，悬臂端亦满足相同的挠度要求。 2.52.5 梁的裂缝宽度验算梁的裂缝宽度验算 2.5.12.5.1 跨中裂缝宽度验算跨中裂缝宽度验算 由混规可知 C35：， 2 20 . 2 mmNftk 25 100 . 2mmNEs . ,. 其他数据由前面计算可得： 270.56 K MkN m , ，0.023 te 20 eq dmm30 s cmm , 0.83 2 239.7 sq N mm 故裂缝宽度为： max 5 239.720 1.9(1.90.08)1.9 0.83(1.9 300.08) 2 100.023 0.2390.3() sqeq s ste d wc E mmmm 由于环境类别为一类 即跨中裂缝宽度满足要求。 2.5.22.5.2 支座裂缝宽度验算支座裂缝宽度验算 22 22 11 -25.875 251.75kN 22 Bk Mg lm 24 1.01.051.75 110161.75 KBB MMMkN m 1256 0.013 97500 s te te A A 6 2 0 161.75 10 242.7 0.870.87 610 1256 BK sq s M N mm h A 0.650.65 2.2 1.11.10.647 0.013 242.7 tk tesq f max 5 242.720 1.9(1.90.08)1.9 0.647(1.9 300.08) 2 100.013 0.2690.3 sqeq s ste d wc E mmmm 即支座裂缝宽度满足要求。 . ,. 第第 3 3 章章配筋图的绘制配筋图的绘制 3.13.1 计算抵抗弯矩计算抵抗弯矩 3.