混凝土结构设计原理课程设计

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：烟台市区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 =3300mm × 3000mm；纵向跨度 L 1 =6900mm横向跨度L2 =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8.0/6.0/5.0（ kN/ m2）。6、材料：混凝土强度等级为C30，梁受力钢筋采用

2、HRB400 级钢筋，梁箍筋、板中钢筋采用 HRB235 级钢筋。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6.9 m，主梁每跨内布置两根次梁，板的跨度为2.4m， l02/l 01=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h 80mm，取 h=80mm。次梁截面高度应满足 h=l 0/18l 0/12=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

3、高度应满足h=l /15l /10=7200/157200/10=500720mm，取h=650mm。00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/m 2100mm 钢筋混凝土板0.08× 25=2kN/ m220mm 石灰砂浆0.02× 17=0.34 kN/ m2小计2.99kN/m 2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。

4、于是板的永久荷载设计值g=2.99×1.2=3.59 kN/ m21可变荷载设计值q=8.0×1.3=10.4kN/ m2荷载总设计值g q=13.99kN/m 2近似取为 g+q=14.0kN/m 21.2 计算简图次梁截面为 200mm×550mm，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=ln h/2=2400 100 120 80/2=2220mm<1.025l n=2255mm 取 l0=2220mm中间跨 l 0= ln =2400200=2200mm因跨度相差小

5、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：M 1= M B=（ g+q） l20/11=14.0× 2.222/11= 6.27kN· mM C= q)l20/14= ×2.2 2/14= 4.84kN·m(g14.022（ ）20×

6、;·mM =gq l/16=14.02.2 /16=4.24kN这是对端区单向板而言的，对中间区格单向板，其M C=4.84 ×0.8= - 3.87kN· mM 2=0.8×4.24=3.19 kN ·m1.4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8，020=60mm；板宽b=1000mm。C30混凝土，1，c=14.3N/mm20mmh =80=1.0f； HPB235 钢筋， fy=210N/mm 2。则板的配筋计算的过程如下表。板的配筋计算截面1B2C弯矩设计值（ KN.m

7、 ）6.27-6.274.24-4.84M /(20.1220.1220.0820.094s1 fcbh0 )=1-12 s0.1310.1310.0860.099计算配筋（2535.2535.2351.4404.5mm ）轴线 ， Asbh0 1 fc / fy实际配筋1219012190101900190（2 ）AS 595.0AS 595.0AS 413.0AS 413.0mm计算配筋（2mm ）535.2Asbh 0535.20.8× 351.4=281.0.8× 404.5=323.1 fc / f y轴线 162实际配筋1014010140 81408140（2

8、）AS 561.0AS 561.0AS359.0AS 359.0mm计算结果表明，支座截面的 均小于 0.35，符合塑性内力重分布的原理；×8此值大于0.45f t./f y=0.31，同时大于0.2，满足要求。A s/bh=359/(10000)=0.452.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0.2×（ 0.5 -0.08 ） ×25×1.2=2.52KN/m次梁粉刷0.02×（ 0.5

9、 -0.08 ） ×2×17×1.2=0.34KN/m-小计g=10.04KN/m可变荷载设计值q=6.0× 1.3 × 2.4=18.72KN/m荷载总设计值g+q=28.76KN/m2.2 计算简图次梁在转墙上的支承长度为240mm 。主梁截面为300mm×650mm。计算跨度：边跨l 0lna/ 2 =6900 -120 -300/2+240/2=6750mm<1.025ln =1.025 × 6600=6765 ，取l 0 =6750mm中间跨 l0 = ln =6900 300=6600因跨度相差小于10%

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22M1M B(gq)l 0 /11119.13KN.m28.76 6.75 /112/16 28.76 6.62 /16 78.30KN.mM 2(gq)l0（ g228.76 6.62 /14M Cq） l0 /1489.48KN.m3剪力设计值VA0.45(gq)ln10.45 28.76 6.6385.81KNVBl0.60(gq)ln10.60 28.76 6.63114.41KNVBrVC0.55(gq)ln20.55 28.76 6.6104.40

11、KN3.4 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'l / 3=7200/3=2400mm ；又 bf'b sn200 22002400mm，故取度取 bfb'f =2400mm 。截面纵向钢筋均布置一排。环境类别一级，C30 混凝土，梁的最小保护层厚度c=25mm。纵向钢筋h=500 -035=465mm 。C30 混凝土，11.0， c 1, f c22；纵向钢筋采用14.3N / mm , ft1.43N / mmHRB400 钢， f y =360N/mm2，箍筋采用HPB235 钢， f yv

12、210N / mm 2。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1B2C弯矩设计值119.13-119.1378.30-89.48（KN.m ）2sM /( 1 fcbh0 )或'2s M /( 1 fcbf h0 ) 1 1 2 sAsbh0 fc / f y 或As'bf h0 1 fc / f y选配钢筋（ mm 2 ）119.13 106119.13 10678.3066465244021089.48 10114.32400114.320014.32400465214.32004652=0.017=0.215=0.011=0.1450.017

13、0.245<0.350.0110.157<0.35731.4856.4501.6580.0218+118(弯) 316+1 18 （弯） 214+1 16（216+1 16 （弯）弯）As603As763As857.5As509计算结果表明，支座界面的均小于 0.35 ，符合塑性内力重分布的原则；4As /(bh)509/(200500)0.51% ，此值大于 0.45ft / f y0.45 × 1.43/360=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

14、：hw h0 hf'440 - 80=360mm ，因 hw / b360/200=1.8<4,，截面尺寸按下式验算：0.25 c fcbh00.25 1 14.32004640314.60 103 N>Vmax 114.41KN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 V cs=0.7f tbh0+（ 1.25fyv A svh0） /S 得（）（） （3/(vBl0.7ftbh0)=1.25×114.41×10 -S= 1.25f yvA svh0210 × 56.6 × 440/0.7×

15、; 1.43 × 200 × 440）=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=200mm。代入V cs0，纵筋可不用弯起sv，min= 0.24ft =0.24× 1.43/210=0.163%f yvsv=56.6/ （ 200× 160） =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10.04 ×6.9=69.28KN主梁自重（含粉刷）（.65 -0.08 ×0.3 ×2.4 &

16、#215;25×1.2+0.02 ×(0-.065.08)× 2× 2.4 × 17× 1.2=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=5.0× 1.3 × 2.4 × 6.9=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 ；中间支承在400mm× 400mm的混凝土柱上。其计算跨度边跨ln =7200 -200 -120=6880mm ，因 0.025ln =172

17、mm<a/2=185mm，取l 0 =1.025 ln +b/2=1.025 × 6880+400/2=7252mm ，近似取 l 0 =7250mm5中跨l0 =7200mm主梁的计算简图如附图 2“图 3 主梁的计算简图”4.3 内力设计值及包络图1）弯矩设计值弯矩：M= k1Gl0k2Ql0式中系数 k1、 k2 可由附表查得。M1,max0.244× 83× 7.25+0.289 × 108 × 7.25=373.12KN.mM B,max0.267 × 83× 7.25-0.311 × 108 &#

18、215; 7.25=-160.67 -243.51= -404.18KN.mM ，.067 × 83× 7.2+0.200× 83× 7.2=40.04+156.60=196.64KN.m2 max2）剪力设计值剪力V= k3Gk4 Q式中系数均差附表可得。V0.733830.86610860.84+93.53=154.37KNA， maxVBl,max-1.267 × 83-1.311 × 108= 246.75V1.0 × 83+1.222 × 108=83+131.98=214.98KNBr,max3) 弯矩

19、、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：M BM C -0.267×83×7.25-0.133 ×108×7.25= 264.81KN.m在第 1跨内以支座弯矩，264.81的连线为基线，作MA0MBKN.mG=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：1 （ G+Q ） l0 + M B = 1 （ 83+108 ） ×7.25- 264.81=373.31KN/m33331 （ G+Q ） l0 +M B= 1（

20、 83+108 ） ×7.25- 2264.81=285.04KN.m3333在第 2 跨内以支座弯矩 M B =-264.81KN.m ， M C =-264.81KN.m的连线为基线，作G=83.KN ， Q=0 的简支弯矩图，得集中荷载作用点处的弯矩值：1 Gl 0MB=1×83× 7.2-264.81= 65.61KN.m33第1、2跨有可变荷载，第 3 跨没有可变荷载6第 1 跨内：在第1 跨内以支座弯矩 M A =0， M B =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

21、载作用点处弯矩值分别为：1 （ G+Q ） l0 + M B = 1 （ 83+108 ） ×7.25- 404.18 33331 （ G+Q ） l0 + M B= 1 （ 83+108 ） ×7.25- 2404.18=192.13KN.m3333在第2跨内：M C230.35KN.m。以支座弯矩-0.267 × 83× 7.25-0.089 × 108× 7.25=M B = 404.18KN.m， M C = 230.385KN.m的连线为基线，作G=83KN ， Q=108KN的简支梁弯矩图，得1Q） l02(MB MC)=

22、1(83+108) × 7.25-230.35+2(-（GM C3333404.18+230.35)=115.35KN.m1Q） l0M C2(M BMC)=1(83+108) × 7.25-230.35+1(-（G3333第 2 跨有可变荷载，第1 、3 跨没有可变荷载M BM C = -0.267 × 83× 7.25-0.133 × 108× 7.25=第 2 跨两集中荷载作用点处的弯矩为：1Q） l0M B =1(83+108) × 7.25-264.81=196.77KN.m （与前面计算的（G33M 2，max

23、=196.64 接近）第 1、 3 跨两集中荷载作用点处的弯矩分别为：1Gl01 1=1× 264.81=112.31KN.m3M B× 83× 7.25-3 3 31Gl02 1=× 83× 7.25-2× 264.81=24.04KN.m3M B33 3弯矩包络图如图： 附图 弯矩及剪力包络图第1跨VA,max =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 。VBl,max = 246.75KN ；过第 1个集

24、中荷载后为 -246.75+83+108=55.75KN ；过第 2 个集中荷载后为 -55.75+83+108=135.25KN 。第 2跨VBr,max =214.98KN ；过第 1 个集中荷载后为 214.98 -83=131.98KN。7当可变荷载仅作用在第2 跨时；过第1个集中荷载后为191 -83 -108=0。.VBr =1.0 × 83+1.0 × 108=191KN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bh f'/ h0 80/615=0.13>0.1，翼缘计算宽度按l / 3 6.9/ 3 2.3

25、m和 bsn =6.6m中较小确定，取 b' f =2.3m ，取 h0 =650 -35=615mm。判别 T 形截面类型1'f'hf'=1.0 × 14.3 × 2300 × 80615× -60）/ 6M，故属c f(h0)10f b h2（2=1539.3>1于第一类 T 形截面。B 支座边的弯矩设计值M B = M Bmsx -V0b / 2 = 404.18+191 × 0.30/2= 375.53KN.m。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

26、截面受弯承载力的计算如表。截面1弯矩设计值373.12（ KN.m ）2373.12 106M /(2 =0s1 fcbh0 )114.32300615或.030sM /( 1 fcbf' h02 )B2-404.18196.64-65.61404.186196.64665.61610101014.3 3002=14.3 23006152615258014.3 3000.280=0.016=0.040s(1 1 20.9850.8320.9920.980s ) / 2As M /( s f yh0 ) 1710.92326.6895.3302.4选配钢筋2 20+322（弯） 3 20

27、+325 （弯） 2 20+120（弯） 2 14（ mm2）s =1768s =2613s =941As =308AAA2）斜截面受剪承载力验算截面尺寸：8hw = h0 hf'=580 -80=500mm，因 hw /b=500/3001.67<4,截面尺寸按下式验算：0.25c fcbh0 =0.25 × 1× 14.3 × 300× 580=622.05 ×3KN>max ，截面尺寸符合要求。10V计算所需腹筋：采用 8200双肢箍筋，Asv100.6Vcs =0.7 ft bh0 1.25 f yvsh0 =0.7

28、 ×1.43 ×210×580+1.25×210×× 580=250.76K200N， A,maxBr ,maxBl,max 均小于Vcs ，即无需设弯起钢筋。V,V,V验算最小配箍率：svAsv =100.6 =0.17%>0.24 ft=0.24 ×1.43 =0.163% ，满足要求。bs300200f yv210次梁两侧附加横向钢筋的计算：次梁传来的集中力Fl =69.28+108=178KN， h1 =650 -500=150mm ，附加箍筋布置范围s= 2h13b =2× 150+3×

29、200=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， Asb =254.5mm，则：2 f y Asb sinmnfyv Asv1 =2×360×254.5 ×0.707+6×2×210×50.3=129550.68+126765=256.3×103> fl ，满足要求。因主梁腹板高度大于450mm ，需在梁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

30、配置 214,308/ （ 300×570） =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 150mm×300mm ，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G =1.2 ；活荷载分项系数Q =1.3 。总荷载设计值： 1.2× 7.43+1.3× 8.0=19.32KN梯段板的荷载荷载种类荷载标准值（ KN/m）水磨石面层（ 0.3+0.15 ）9恒荷载三角形

31、踏步混凝土斜板板底抹灰小计活荷载(2) 截面设计× 0.65/0.3=0.980.5× 0.3× 0.15×25/0.3=1.880.15×25/0.894=4.190.02×17/0.894=0.387.438.0板水平计算跨度ln =4200mm, 弯矩设计值 M=P ln 2/10=19.32 ×4.22/10=34.08KN · M 。板的有效高度0 =150 mm-30mm=120mm。hsM=34.08× 106/(1.0× 14.3×1000×1202)=0.1

32、6621 fcbh0s 0.（51 1 2 s）=0.909AsM=34.08 106=1487.8 mm2s f yh00.909 210 120选配 1275， As =1508 mm2分布筋每级踏步1 根 8。5.2 平台板的设计设平台厚度h 80mm,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（ KN ·M ）恒水磨石面层0.65荷70mm 厚混凝土板0.08×25=2.00载板底抹灰0.02×17=0.34小计2.99活荷载8.0总荷载设计值 p 1.2× 2.99+1.3×8.0=

33、13.99KN（ 2）截面设计平台板的计算跨度 l0 =1.6+0.2-0.2/2+0.12/2=1.76m。弯矩设计值M=12。板的有效高度。pl2=0.1 ×13.99 ×=4.33KN.mh0 =80 -20=60mm01.761010s251.01 fcbh060214.3 1000AsM=4.33 106=359.5 mm2 ，选配 8140， As =359 mm2s f yh00.956 21060（ 3） 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200mm×350mm。（ 1）荷载计算平台梁荷载计算列于表中。平

34、台梁的荷载荷载种类荷载标准值（ KN ·M ）梁自重0.2×(0.35-0.07)× 25=1.4恒梁侧粉刷0.2×(0.35-0.07)× 2× 17=0.19荷平台板传来4.33×1.8/2=3.90载梯段板传来7.43×4.5/2=16.72小计21.21活荷载8.0×(4.5/2+1.8/2)=20.20总荷载设计值 p=1.2 ×22.21+1.3 ×25.20=59.41KN/m（ 2）截面设计计算跨度（3.6 -0.24）=3.53m。l 0 =1.05 l n =1.0

35、5 ×弯矩设计值M= 1pl3.53/8=95.54KN.m02 =59.41 ×28剪力设计值V= 1 pln =59.41 × 3.36/2=99.81KN2截面按倒 L形计算， bf' =b+5 h f'=200+5× 80=600mm ，梁的有效高度 h0=350 -35=315mm 。经判别属第一类 T 形截面s =95.54106=0.11，计算得s（12s）=0.942214.36000.5 11.0315AM=95.54 106mm2，选配 20，A=9412=894.63mmss f yh00.942360 315s选配

36、 8200的箍筋，则斜截面受剪承载力V=0.7 fbh1.25 f yvAsvh100.60=0.7 ×1.43 ×200×315+1.25×210×× 315=104.65KN>csts020099.81KN满足要求。11（ 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） : (0.08250.02 200.0217)1.23.288施工或检修集中荷载1.4*1.01.4kN板的计算

37、跨度 l 0l a ，则板固端弯距为M 0.5ql02 Fl 00.5 3.28821.4 1.24.0474kN.m1.22正截面受弯承载力计算sM4.0474 1060.044,得 rs.9775f cbh014.3 1000 802雨篷板根部板厚 h100mm, 设f cAsbh0143.7mm2f y选用 6 / 8200 ，实际的 As196143.7mm2 符合要求。分布钢筋采用6 2006.2 雨篷梁计算梁截面尺寸为 b370mm.h400mm, 设 as35mm, 则 h040035365mm1. 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1.2*0.06*0.060.4*0.37 * 25 4.548kN / m1.20.02(0.30.4)170.286kN / m1.2(0.37190.0217)3.3/ 3 9.73kN / m3.288 1.23.94