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=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8.0/6.0/5.0（kN/ 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

2、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6.9m，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=7200/15720

3、0/10=500720mm，取h=650mm。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 0.08×25=2kN/ m2 20mm石灰砂浆0.02×17=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=2.99×1.2=3.59 kN/

4、m2可变荷载设计值 q=8.0×1.3=10.4kN/ m2荷载总设计值 gq=13.99kN/m2近似取为g+q=14.0kN/m21.2 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=lnh/2=240010012080/2=2220mm<1.025ln=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

5、,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：M1= MB=（g+q）l20/11=14.0×2.222/11= 6.27kN·mMC= (gq)l20/14=14.0×2.22/14= 4.84kN·mM2=（gq）l20/16=14.0×2.22/16=4.24kN·m这是对端区单向板而言的，对中间区格单向板，其MC=4.84×0.8=-3.8

6、7kN·mM2=0.8×4.24=3.19kN·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80mm，h0=8020=60mm；板宽b=1000mm。C30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（） 53

7、5.2 535.2 351.4 404.5实际配筋 （）1219012190101900190 轴线计算配筋（） 535.2 535.20.8×351.4=281.10.8×404.5=323.6 实际配筋 （）101401014081408140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；As/bh=359/(1000×80)=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

8、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×（0.5-0.08）×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/m 2.2 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=6900-120-300/2+240/2=6750mm<

9、;1.025=1.025×6600=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HRB

10、400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 0.245<0.35 0.011 0.157<0.35或 731.4 856.4 501.6 580.0选配钢筋（） 218+118(弯)316+118（弯）214+116（弯）216+116（弯）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；，此值大于0.45×1.43/360=

11、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=1.8<4,，截面尺寸按下式验算：N>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Vcs=0.7ftbh0+（1.25fyvAsvh0）/S得S=（1.25fyvAsvh0）/(vBl0.7ftbh0)=（1.25×210×56.6×440）/（114.41×-0.7×1.43×20

12、0×440）=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 Vcs0，纵筋可不用弯起sv，min=0.24×1.43/210=0.163%sv=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×0.3×2.4×25×1.2+0.02×(0.65-0.08)×2×2.4×

13、;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 =7200-200-120=6880mm，因=172mm<a/2=185mm，取 =1.025+b/2=1.025×6880+400/2=7252mm，近似取=7250mm中跨 =7200mm主梁的计算简图

14、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= 式中系数可由附表查得。0.244×83×7.25+0.289×108×-0.267×83××108×0.067×83×7.2+0.200×83× 2）剪力设计值 剪力 V=式中系数均差附表可得。60.84+93.53=154.37KN-1.267×83-1.311×108=246.751.0×83+1.222×108=83+131.98=214.98K

15、N3) 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：-0.267×83××108×7.25=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+108）×7.25-=373.31KN/m（G+Q）+=（83+108）×7.25-=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，Q=0的简支弯

16、矩图，得集中荷载作用点处的弯矩值：=× 83×7.2-264.81=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+108）×7.25-（G+Q）+=（83+108）×7.25-=192.13KN.m 在第2跨内：-0.267×83××108×7.25=230.35KN.m。以支座弯矩=404.18KN.m，=2

17、30.385KN.m的连线为基线，作G=83KN，Q=108KN的简支梁弯矩图，得=(83+108)×7.25-230.35+=(83+108)×7.25-230.35+第2跨有可变荷载，第1、3跨没有可变荷载=-0.267×83××108×7.25=第2跨两集中荷载作用点处的弯矩为：=(83+108)×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：=×83×7.25-×=×83×7.25-×

18、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=1.0×83+1.0×108=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

19、力计算1）正截面受弯承载力跨内按T形截面计算，因80/615=0.13>0.1，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=1.0×14.3×2300×80×（615-）/=1539.3>，故属于第一类T形截面。B支座边的弯矩设计值=-=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-

20、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<4,截面尺寸按下式验算：0.25=0.25×1×14.3×300×580=622.05×KN>，截面尺寸符合要求。计算所需腹筋：采用8200双肢箍筋，=0.7=0.7×1.43

21、×210×580+1.25×210××580=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=2×150+3×200=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，=254.5mm，则：=2×360×25

22、4.5×0.707+6×2×210×50.3=129550.68+126765=256.3×>，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4

23、、 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：1.2×7.43+1.3×8.0=19.32KN 梯段板的荷载 荷载种类荷载标准值（KN/m） 恒荷载水磨石面层（0.3+0.15）×0.65/0.3=0.98三角形踏步0.5×0.3×0.15×25/0.3=1.88混凝土斜板0.15×25/0.894=4.19板底抹灰0.02×17/0.894=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=19.32

24、15;4.22/10=34.08KN·M。板的有效高度=150 mm-30mm=120mm。=34.08×106/(1.0×14.3×1000×1202)=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。6. 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）恒荷载水磨石面层0.6570mm厚混凝土板0.08×25=2.00板底抹灰0.02×17=0.34小计 2.99活荷载8.0总荷载设计值p1

25、.2×2.99+1.3×8.0=13.99KN（2）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=0.1×13.99×=4.33KN.m。板的有效高度=80-20=60mm。=0.084，计算=0.956=359.5，选配8140，=359（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。(3) 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（KN·M）恒荷载梁自重0.2×(0.35-0.07)×25=1.4梁侧粉刷0.2×(0.35-0.07)×2×17=0.19平台板传来4.33×1.8/2=3.90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=1.05=1.05×（3.6-0.24）=3.53