某电站板梁柱结构内力及配筋计算_Ver30.doc

金元水电站 引水隧洞进水口板梁柱结构计算 第47页 共48页1 计算总说明21.1目的与要求21.2 设计依据资料21.3 计算原则和假定31.4 参考书目32 计算过程32.1 板B1、B2内力及配筋计算32.1.1 荷载计算32.1.2 板B1内力计算42.1.3 板B2内力计算52.1.4 配筋计算62.2 清污抓斗吊车梁内力及配筋计算72.2.1 梁DL1-1荷载计算72.2.2 梁DL1-1内力计算82.2.3梁DL1-1配筋计算112.3 拦污栅吊车梁内力及配筋计算132.3.1 梁DL2-1荷载计算132.3.2 梁DL2-1内力计算142.3.3 梁DL2-1配筋计算172.4 L1、L2、L3内力及配筋计算182.4.1 梁L2荷载计算182.4.2 梁L2内力计算202.4.3 梁L2配筋计算222.5PJ1及PJ2内力及配筋计算242.5.1PJ1荷载计算242.5.2PJ1 内力计算252.5.3PJ1 配筋计算272.6 事故检修门启闭平台板内力及配筋计算302.6.1 荷载计算302.6.2 内力计算312.6.3 配筋计算322.7 梁L6内力及配筋计算332.7.1 梁L6荷载计算332.7.2 梁L6内力计算342.7.3 梁L6配筋计算372.8PJ3内力及配筋计算382.8.1PJ3荷载计算382.8.2PJ3 内力计算402.8.3PJ3 配筋计算433. 成果分析454.附表、附图及资料474.1互提资料单（203.01-022008）474.2DL1-1移动集中荷载内力计算表474.3DL2-1移动集中荷载内力计算表474.4引水隧洞进水口排架结构布置图（2张）474.5金元-金结-1447金元进水口板梁柱结构计算1 计算总说明1.1目的与要求该项计算属于施工详图的设计阶段，对进水口板梁柱进行结构计算，通过对板梁柱的内力和配筋的计算，确保工程安全运行。1.2 设计依据资料a) 楼面均布荷载标准值：查水工建筑物荷载设计规范，顶部现浇板均布活荷载标准值：。b) 材料：混凝土强度等级采用C25，板的受力钢筋采用I级钢筋，主梁和次梁受力钢筋采用II级钢-筋。板梁的混凝土强度设计值： I级钢筋设计强度设计值： II级钢筋设计强度设计值： 钢筋保护层厚度: 顶部现浇板： 梁： 柱：进水口排架的安全级别为级，结构重要性系数： 正常运行期为持久状况，所以设计状况系数： 永久荷载作用分项系数：可变荷载作用分项系数：结构系数：拦污栅启闭机房顶部现浇板初拟厚度为事故检修门启闭机平台顶部现浇板初拟厚度为引水隧洞进水口结构布置见附图。1.3 计算原则和假定a) 计算结构顶板内力时，认为板与梁的连接关系为四边固定。b) 取斜截面两端固结时的长度为斜截面的计算长度。c) 配筋计算时，取最不利位置进行梁的内力和配筋计算。1.4 参考书目混凝土结构设计规范GB 50010-2002 中国建筑工业出版社水工钢筋混凝土结构学第三版 中国水利水电出版社水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997 中国电力出版社建筑结构设计手册：静力计算 中国工业出版社水工混凝土结构设计手册 中国水利水电出版社结构力学第二版 高等教育出版社2 计算过程2.1 板B1、B2内力及配筋计算2.1.1 荷载计算a) 150mm钢筋混凝土板重（取1米板宽计算）：b) 顶部现浇板雪荷载：式中： -雪荷载作用分项系数； -雪荷载作用标准值 -建筑物顶面积雪分布系数； -基本雪压c) 人群荷载： d) 考虑连续板折算荷载后作用在1米板宽上的荷载总设计值为：2.1.2 板B1内力计算板和梁的连接状态为四边固结，以短边所对应的方向为x方向，以长边对应的方向为y方向建立xoy直角坐标系，如图2.1-1所示，图中: 为平行于方向板中心点弯矩；为平行于方向板中心点弯矩；为固定边中点沿方向弯矩； 为固定边中点沿方向弯矩；由于板的形式为四边固定，其计算跨度为： 式中：-板的净跨度；-左边（下边）支承宽度；-右边（上边）支承宽度。经计算可知沿轴的计算跨度为，板沿轴的计算跨度为, 初拟板的厚度为， 板的长短跨比为，故按双向板计算，查水工钢筋混凝土结构学附录十可知其计算公式为:，式中：-板沿x方向的跨度， ；-板沿y方向的跨度， ；-系数，查水工钢筋混凝土结构学附表十。，查表经插值计算单位板宽的弯矩系数及对应弯矩为： 2.1.3 板B2内力计算板B2四边与梁固结，以短边所对应的方向为x方向，以长边对应的方向为y方向建立xoy直角坐标系，长边支承宽，计算跨度为，短边，长短跨比为，按单向板计算。查水工钢筋混凝土结构学附录六可知弯矩计算公式如下：式中： -弯矩计算系数； -均布荷载值； -计算跨度。查表计算如下：跨中弯矩：，支座弯矩：，2.1.4 配筋计算在配筋计算中，取一米板宽进行计算，混凝土强度等级为C25，受力钢筋为级，估计钢筋直径为12mm，保护层厚度，截面有效高度，钢筋混凝土结构，结构系数。在本次计算中从整体上对板沿某一个方向上取相同的配筋，且只取内力较大的B2板进行计算，以简化计算，B1板参照B2配筋。a) 板下层配筋计算：其对应的配筋率为：选用，其配筋面积为。b) 板上层配筋计算：其对应的配筋率为：选用，配筋面积为2.2 清污抓斗吊车梁内力及配筋计算2.2.1 梁DL1-1荷载计算清污抓斗吊车梁（DL1-1）为三等跨连续梁，单跨净长，截面尺寸为。该梁受板传来的梯形荷载、梁及轨道自重、电动葫芦自重和清污机启闭力共同作用，其中板传来的梯形荷载和梁及轨道自重可间接或直接等效为均布荷载，电动葫芦和清污机启闭力为移动的集中荷载。该梁计算简图如下2.2-1：a) 板传来的梯形荷载板传来的荷载为一梯形荷载，如下图2.2-2所示： 计算支座弯矩时应将板传来的梯形荷载等效转化为均布荷载，查水工钢筋混凝土结构学附录十一可知： b) 梁及轨道自重梁自重：轨道自重：c) 综上所述，DL1-1所受均布荷载总值为：d) 移动集中荷载 DL1-1梁所承受2个集中移动荷载，两个荷载点间距为5000mm，设计荷载值为：。2.2.2 梁DL1-1内力计算a) 移动集中荷载作用下的内力计算如下图2.2-3所示，将每跨10等分，取各跨的2、5、8截面和BCD三个支点作为集中荷载作用面和内力计算面，查水工钢筋混凝土结构学附录八内力影响线系数表列表计算。说明：当位于A2截面时，位于C截面左侧38mm处，相对于单跨长2800mm，38mm偏差足够小，为了简化计算，本节计算中近似认为当位于A2截面时，正好处在C截面。计算公式：式中：、-弯矩系数和剪力系数； -移动集中力。计算过程详见 附表一 DL1-1移动集中荷载内力计算表。b) 均布荷载作用下的内力计算DL1-1均布荷载作用下计算简图如下图2.2-4所示：c) 均布荷载作用下支座剪力计算查水工钢筋混凝土结构学附录六，DL1-1在均布荷载作用下的支座剪力可按如下公式计算：式中： 为剪力系数，查水工钢筋混凝土结构学附录六可知； 为梁的单跨净跨度，此处。查表知： d) 均布荷载作用下各截面弯矩计算查水工钢筋混凝土结构学附录九，DL1-1在均布荷载作用下的弯矩可按如下公式计算：式中：弯矩包络图计算系数，查水工钢筋混凝土结构学附录九可知; 梁的单跨计算跨度，此处为了与集中荷载作用下的弯矩值组合，本次计算只取A2、A5、A8、B、B2、B5共6个截面进行计算，计算过程及结果如下： e) 最不利内力组合将各截面由移动集中荷载的最不利内力值与由均布荷载产生的内力值相叠加，得出各截面内力设计值列表如下：表2.2-1 DL1-1最不利内力设计值组合表荷载类型计算截面的弯矩设计值（）支座截面剪力设计值（）A2A5A8BB2B5VAVB左VB右由集中荷载产生最大值105.7225.182.217.672.3123.5188.748.4235.9最小值-10.6-26.5-42.3-53.8-52.9-51.6-18.9-248.8-31.5均布荷载产生5.476.840-9.12-1.822.2815.21-22.8119.01叠加后内力值最大值111.17231.9482.28.4870.5125.8203.925.59254.9最小值-5.13-19.66-43.2-62.92-54.7-49.3-3.69-271.61-12.5f) 内力计算结果分析 根据表2.2-1分析知梁支座最大弯矩，跨中最大弯矩，最大剪力。以支座最大弯矩进行梁上层配筋计算，以跨中最大弯矩进行梁下层配筋计算，以最大剪力进行斜截面复核。2.2.3梁DL1-1配筋计算在配筋计算中，混凝土强度等级为C25， ，受力钢筋为级，；其它钢筋为级钢筋。保护层厚度, 钢筋混凝土结构，结构系数。因本结构为整体现浇，故按T形截面进行计算。a) 判别T形截面类型：查水工钢筋混凝土结构学可知，此处T形梁翼缘计算宽度为所以：，属于第一种情况T形梁，按宽度为933.3mm的矩形梁计算。b) DL1-1下层配筋计算，满足要求选用，其配筋面积为c) DL1-1上层配筋计算，满足要求选用，其配筋面积为d) DL1-1斜截面抗剪配筋计算1) 截面尺寸验算故截面尺寸满足抗剪要求。2) 计算抗剪钢筋，需由计算确定抗剪腹筋。因为梁宽为400mm，初选四肢箍筋，满足抗剪要求，实配箍筋四肢，。2.3 拦污栅吊车梁内力及配筋计算2.3.1 梁DL2-1荷载计算拦污栅吊车梁（DL2-1）为三等跨连续梁，单跨净长，截面尺寸为。该梁受板传来的梯形荷载、梁及轨道自重、电动葫芦自重和清污机启闭力共同作用，其中板传来的梯形荷载和梁及轨道自重可间接或直接等效为均布荷载，电动葫芦和清污机启闭力为移动的集中荷载。该梁计算简图如下2.2-1：a) 板传来的梯形荷载板传来的荷载为一梯形荷载，该荷载大小可参照2.2.1部分计算结果，即等效为均布荷载后DL2-1承受的总均布荷载为： b) 移动集中荷载 DL2-1梁所承受2个集中移动荷载，两个荷载作用点间距为3200mm，设计荷载值为：2.3.2 梁DL2-1内力计算a) 移动集中荷载作用下的内力计算如下图2.2-3所示，将每跨10等分，取各跨的2、5、8截面和BCD三个支点作为集中荷载作用面和内力计算面，查水工钢筋混凝土结构学附录八内力影响线系数表列表计算。计算公式：式中 ： 弯矩系数； 剪力系数； 移动集中荷载。计算过程详见 附表二 DL2-1移动集中荷载内力计算表。b) 均布荷载作用下的内力计算DL1-1均布荷载作用下计算简图如下图2.3-4所示：c) 均布荷载作用下支座剪力计算查水工钢筋混凝土结构学附录六，DL2-1在均布荷载作用下的支座剪力可按如下公式计算：式中： 为剪力系数，查水工钢筋混凝土结构学附录六可知； 为梁的单跨净跨度，此处。查表知： d) 均布荷载作用下各截面弯矩计算查水工钢筋混凝土结构学附录九，DL2-1在均布荷载作用下的弯矩可按如下公式计算：式中：弯矩包络图计算系数，查水工钢筋混凝土结构学附录九可知; 梁的计单跨算跨度，此处为了与集中荷载作用下的弯矩值组合，本次计算只取A2、A5、A8、B、B2、B5共6个截面进行计算，计算过程及结果如下： e) 最不利内力组合将各截面由移动集中荷载的最不利内力值与由均布荷载产生的内力值相叠加，得出各截面内力设计值列表如下：表2.3-1 DL2-1最不利内力设计值组合表荷载类型计算截面的弯矩设计值（）支座截面剪力设计值（）A2A5A8BB2B5VAVB左VB右由集中荷载产生最大值94.6121.465.317.672.3102168.948.4232.9最小值-7.8-19.3-45-108.7-40.6-26.5-13.8-248.8-31.5均布荷载产生5.476.840-9.12-1.822.2815.21-22.81-19.01叠加后内力值最大值100.07128.2465.38.4870.48104.28184.1125.59213.89最小值-2.33-12.46-45.0-117.82-42.42-24.22-1.41271.61-48.41f) 内力计算结果分析 根据表2.3-1分析知梁支座最大弯矩，跨中最大弯矩，最大剪力。以支座最大弯矩进行梁上层配筋计算，以跨中最大弯矩进行梁下层配筋计算，以最大剪力进行斜截面复核。2.3.3 梁DL2-1配筋计算在配筋计算中，混凝土强度等级为C25， ，受力钢筋为级，；其它钢筋为级钢筋。保护层厚度, 钢筋混凝土结构，结构系数。因本结构为整体现浇，故按T形截面进行计算。a) 判别T形截面类型：查水工钢筋混凝土结构学可知，此处T形梁翼缘计算宽度为所以：，属于第一种情况T形梁，按计算宽度为933.3mm的矩形梁计算。b) DL2-1下层配筋计算，满足要求选用，其配筋面积为c) DL2-1上层配筋计算，满足要求选用，配筋面积为d) DL2-1斜截面抗剪配筋计算因支座最大剪力相同，DL2-1斜截面抗剪配筋计算可参照DL1-1梁抗剪钢筋计算选用。2.4 L1、L2、L3内力及配筋计算经分析可知，L1、L2、L3中承受荷载最大的为梁L2，为简化计算并简便施工，本节只取L2进行内力和钢筋计算，L1、L3的配筋选用参考L2。2.4.1 梁L2荷载计算L2梁为单跨梁，截面尺寸。梁承受荷载包括梁自重、两侧板传来的三角形荷载和吊车梁传来的集中荷载，其计算简图如下：a) 板传来的荷载板传来的三角形荷载在计算时按水工钢筋混凝土结构学附录十一所列公式转化为等效均布荷载。，；，；，为简化计算过程，板传来的均布荷载取三段中的最大值。b) 梁的自重梁自重综上所述，梁承受的均布荷载设计总值为：c) 集中荷载分析可知，L2梁所承受的集中荷载即为DL1和DL2的最大支座剪力，即 等效简化后L2梁的荷载计算简图如下所示：2.4.2 梁L2内力计算a) 均布荷载下L2内力计算查水工钢筋混凝土结构设计手册表16-2对L2在均布荷载作用下的内力进行计算：支座反力：支座剪力：C点剪力：D点剪力： 固端弯矩： 跨中最大弯矩： CD中点弯矩：b) 集中荷载作用下L2内力计算查水工钢筋混凝土结构设计手册表16-2对L2在集中荷载作用下的内力进行计算：A点支座反力： B点支座反力： 支座A剪力： C点剪力： D点剪力： 支座B剪力： 支座A固端弯矩：支座B固端弯矩：C点弯矩： D点弯矩： CD中点弯矩： c) 叠加后L2的内力设计值A点支座反力： B点支座反力： A点支座剪力： C点剪力: D点剪力: B点剪力： A点支座固端弯矩： B点支座固端弯矩： CD中点弯矩： 2.4.3 梁L2配筋计算分析内力计算结果可知，L2梁承受最大剪力为，支座最大负弯矩为，跨中最大弯矩为。配筋计算中以跨中最大弯矩为设计值计算L2下层配筋，以支座最大负弯矩为设计值计算L2上层配筋，以最大剪力为设计值计算斜截面抗剪钢筋及箍筋。在配筋计算中，混凝土强度等级为C25，受力钢筋为级，；其它钢筋为级钢筋。保护层厚度, 钢筋混凝土结构，结构系数。因本结构为整体现浇，故按T形截面进行计算。a) 判别T型梁种类所以：，属于第一种情况T形梁，按宽度为1583.33mm的矩形梁计算。b) 梁L2下层配筋计算，满足要求选用+，其配筋面积为。c) 梁L2上层配筋计算，满足要求下层钢筋弯起2根，并加配2根，配筋为，配筋面积为。d) 梁L2斜截面抗剪钢筋计算截面尺寸验算故截面尺寸满足抗剪要求。计算抗剪钢筋，需由计算确定抗剪腹筋。因为梁宽为400mm，根据构造要求试在全梁配置四肢箍筋，故四肢箍筋满足抗剪要求，实际配筋，。2.5 PJ1及PJ2内力及配筋计算2.5.1 PJ1荷载计算排架PJ1为无侧移双层刚架结构，承受的荷载包括结构自重、楼板传来的荷载和梁L1、L2传递的集中荷载。e) 楼板传来的梯形荷载楼板传来的梯形荷载可等效转化为均布荷载，参照图2.2-2可知：f) PJ1L1自重g) 梁L2传递来的集中荷载梁L2传递来的集中荷载大小即为2.4.1所计算的支座A、B反力，其中支座A反力作用在PJ1L1上，支座B反力作用在PJ1L2上，此处为简化计算，取较大的作用力，只计算PJ1L1的内力及配筋，PJ1L2及PJ2参照PJ1L1。梁L2传递来的集中荷载为：综上所述，PJ1所受荷载设计值为：均布荷载：集中荷载：PJ1计算简图如下图2.5-1所示：2.5.2 PJ1 内力计算PJ1为一无侧移对称刚架结构，可取结构的一半用力矩分配法计算结构内力，如图2.5-2所示。a) 计算固端弯矩b) 计算排架梁和柱的截面惯性矩排架梁：排架柱（相对于排架方向）：连系梁：c) 计算排架柱和梁的分配系数节点A： 节点C：d) 按无侧移刚架进行弯矩分配e) 根据弯矩分配计算结果做弯矩图f) 剪力、轴力和跨中弯矩计算2.5.3 PJ1 配筋计算分析内力计算结果可知，PJ3梁承受最大剪力为，支座最大负弯矩为，跨中最大弯矩为。配筋计算中以跨中最大弯矩为设计值计算PJ1下层配筋，以支座最大负弯矩为设计值计算PJ1上层配筋，以最大剪力为设计值计算斜截面抗剪钢筋及箍筋。在配筋计算中，混凝土强度等级为C25， ，受力钢筋为级，；其它钢筋为级钢筋。保护层厚度, 钢筋混凝土结构，结构系数。a) 排架梁下层配筋计算，满足要求。选用，配筋面积为。b) 排架梁上层配筋计算，满足要求。选配5根，配筋面积 。c) 排架梁斜截面抗剪钢筋计算a) 截面尺寸验算故截面尺寸满足抗剪要求。b) 计算抗剪钢筋，可按构造要求在全梁配置四肢箍筋，故四肢箍筋满足抗剪要求，实际配筋，。d) 排架柱承载力配筋计算，需考虑纵向弯曲影响，取。，取：，故按大偏心受压构件计算。，为简化施工，按对称钢筋配置。，故应按计算配筋。各选，配筋面积。承载力复核：，所以：，所以截面承载力复核满足要求。2.6 事故检修门启闭平台板内力及配筋计算2.6.1 荷载计算事故检修门启闭平台为卷扬式启闭机工作平台，楼板主要承受自重及人群活荷载。为简化计算，本节仅取跨度最大的一块板进行计算。a) 楼板自重（1m板宽）b) 楼板活荷载查水工建筑物荷载设计规范（DL 5077-1997），此处活荷载取值，作用在每米板宽的活荷载均值为：c) 考虑连续板折算荷载，作用在1米板宽上的荷载总设计值为：2.6.2 内力计算以短边所对应的方向为x方向，以长边对应的方向为y方向建立xoy直角坐标系，如图2.6-1所示，图中: 为平行于方向板中心点弯矩；为平行于方向板中心点弯矩；为固定边中点沿方向弯矩； 为固定边中点沿方向弯矩； 由于板的形式为四边固定，其计算跨度为： 沿轴的计算跨度为，板沿轴的计算跨度为, 初拟板的厚度为，计算长短跨比为：，按双向板计算，取1m宽板为计算单元，查水工钢筋混凝土结构学附录十可知其计算公式为:，式中：板沿x方向的跨度， ；板沿y方向的跨度， ；系数，查水工钢筋混凝土结构学附表十。，查表经插值计算单位板宽的弯矩系数及对应弯矩为： 2.6.3 配筋计算在配筋计算中，取1米板宽进行计算，混凝土强度等级为C25，受力钢筋为级，估计钢筋直径为，保护层厚度，截面有效高度，钢筋混凝土结构系数。在本次计算中从整体上对板沿某一个方向上取相同的配筋，以简化计算和施工。a) 板沿x方向下层配筋计算：其对应的配筋率为：故按最小配筋率选配钢筋，配筋面积为：选用，其配筋面积为。b) 板沿x方向上层配筋计算：其对应的配筋率为：选用，配筋面积为c) 分析以上计算，y方向上配筋均可选用，配筋面积为。2.7 梁L6内力及配筋计算2.7.1 梁L6荷载计算梁L6为2根单跨梁，承受的荷载主要包括启闭机平台板传递来的梯形荷载、梁自重以及启闭机作用在梁上的集中荷载。为了简化计算过程，本算稿只取承受集中荷载较大的一根梁进行计算。梁L6的荷载计算示意图如下：a) 梁自重b) 板传来的梯形荷载板传来的梯形荷载在计算时可按水工钢筋混凝土结构学附录十一所列公式转化为等效均布荷载。c) 梁L6承受均布荷载总值：d) 集中荷载 L6梁所承受2个集中荷载，两个荷载作用点间距为2780mm，设计荷载值为：2.7.2 梁L6内力计算梁L6的荷载计算简图如下图2.7-2， a) 均布荷载作用下内力计算查水工混凝土结构设计手册续表16-2对均布荷载下L6梁内力计算如下：端点A和端点B反力：端点A和端点B剪力：C点剪力：D点剪力：端点A和端点B弯矩：跨中最大弯矩：CD中点弯矩：D点弯矩：b) 集中荷载作用下内力计算查水工钢筋混凝土结构设计手册表16-2对L6在集中荷载作用下的内力进行计算：A点支座反力：B点支座反力： 支座A剪力： C点剪力： D点剪力： 支座B剪力：支座A固端弯矩：支座B固端弯矩：C点弯矩：D点弯矩：CD中点弯矩：D点弯矩：c) 叠加后L2的内力设计值A点支座反力：B点支座反力：A点支座剪力：C点剪力: D点剪力: B点剪力：A点支座固端弯矩：B点支座固端弯矩：CD中点弯矩：跨中最大弯矩： 2.7.3 梁L6配筋计算分析内力计算结果可知，L6梁承受最大剪力为576.15，支座最大负弯矩为-318.41，跨中最大弯矩为391.6。配筋计算中以跨中最大弯矩为设计值计算L6下层配筋，以支座最大负弯矩为设计值计算L6上层配筋，以最大剪力为设计值计算斜截面抗剪钢筋及箍筋。在配筋计算中，混凝土强度等级为C25， ，受力钢筋为级，；其它钢筋为级钢筋。保护层厚度, 钢筋混凝土结构，结构系数。因本结构为整体现浇，故按T形截面进行计算。a) 判别T型梁种类所以：，属于第一种情况T形梁，取计算宽度为1393.33mm。b) 梁L2下层配筋计算，满足要求。，满足要求。选用，其配筋面积为。c)梁L2上层配筋计算，满足要求。选用，配筋面积为 。d) 梁L2斜截面抗剪钢筋计算a) 截面尺寸验算故截面尺寸满足抗剪要求。计算抗剪钢筋，需由计算确定抗剪腹筋。因为梁宽为400mm，根据构造要求试在全梁配置四肢箍筋，故四肢箍筋满足抗剪要求，实际配筋，。2.8 PJ3内力及配筋计算2.8.1 PJ3荷载计算排架PJ3为无侧移双层刚架结构，承受的荷载包括结构自重、楼板传来的荷载和梁L5、L6传递的集中荷载。a) 楼板传来的三角形荷载楼板传来的三角形荷载可等效转化为相同的均布荷载：b) PJ3L2自重c) 梁L6传递集中荷载梁L6传递来的集中荷载大小即为2.7.2所计算的支座A、B反力，其中支座A反力作用在PJ3L1上，支座B反力作用在PJ3L2上，此处为保证可靠性并简化计算，取最大的作用力且认为PJ3承受L6传递的2个集中力相等，只计算PJ3L2的内力及配筋，PJ3L1参照PJ3L2。梁L6传递来的集中荷载为：d) 综上所述，PJ3