水工钢筋混凝土结构课程设计

水工钢筋混凝土结构课程设计

计算书

设计题目：某水电站副厂房楼盖结构设计

题目类型:钢筋混凝土单向板肋形结构一

题号:426__________________________

班级:港口航道与海岸工程07-04班

姓名:______________________

学号：

指导教师:一

日期:2010年6月25日

目录

I课程设计任务书............................................

2计算书正文................................................4

2.1结构布置.............................................................4

2.2初步选择板、梁的截面尺寸..............................................4

2.3单向板的设计..........................................................4

计算简图.........................................................................5

荷载计算.........................................................................6

板的内力计算.....................................................................6

板的配筋计算.....................................................................6

板的模板配筋.....................................................................7

2.4次梁的设计............................................................7

计算简图.........................................................................7

荷载计算.........................................................................8

次梁的内力计算...................................................................8

次梁的配筋计算.................................................................9

次梁的模板配筋.................................................................11

2.5主梁的设计...........................................................12

计算简图........................................................................12

荷载计算........................................................................13

主梁的内力”算..................................................................13

土梁内力包络图...............................................................17

主梁的配筋计算.................................................................18

附加钢筋计算...................................................................19

主梁的模板配筋.................................................................20

3课程设计体会..........................................................20

4致谢..................................................................21

5参考文献................................................................21

6附件.....................................................................22

附件1计算书手稿........................................................22

附件2施工图手稿........................................................22

1课程设计任务书

一、设计资料

1、设计条件

某水电站副厂房属3级水工建筑物，环境条件类别为一类，采用外墙及内柱承重，

柱网布置如图I所示，柱的截面尺寸楼盖采用钢筋混凝土现浇整体式肋形结构。

厂房按正常运行状况设计；楼面面层用20mm厚水泥砂浆抹面，板底及梁用15mm

厚混合砂浆粉底；钢筋除主梁和次梁的主筋采用H级钢筋外，其余均采用I级钢筋；混

凝十强度等级为

水泥砂浆容重yi为20kN/m5：混合砂浆容重理为UkN/nf；钢筋混凝土容重力为

25kN/n?；楼面活荷载标准值次及其余设计参数按学号给出，见表2,并据此填入表1。

表1设计自选参数

题£1X2.25L2X3L1bXh

号(mmXmm)(mmXmm)(jnri^nri)[kN/m2〕

4265700X600030000X17100300X4006

设廿内容

1、结构布置

根据设计任务书提供的设计资料及表1所给有关设计参数进行结构布置.；选定材料

并拟定构件截面尺寸。

2、结构内力计算

根据结构工作状况及结构特点，确定计算简图，并进行荷载计算；计算结构内力，

井根据需要绘制内力包络图。单向板肋形结构的板和次梁按塑性理论计算、主梁按弹性

理论计算，双向板肋形结构的板、次梁和主梁均按弹性理论计算。

3、截面设计

考虑结构设计的平安、经济、便于施工等因素进行截面设计；合理选择受力钢筋，

尹按要求配置构造钢筋；绘制主梁内力包络图及抵抗弯矩图。

4、绘制施工图

绘制楼盖结构平面布置图（1:100^1:200）；绘制板、次梁和主梁模板配筋图，根据

需要绘制钢筋材料表或钢筋抽样图。

三、课程设计分组及要求

1、设计分组

指导老师按行政班分组指导；学生按表1根据学号确定自己的设计题号及设计参数

,并独立完成课程设计任务。

2、时间安排

1）收集资料1天

2）结构布置1天

3）内力计算3天

4）截面设计1天

5）施工图绘制2天

6）计算书整理、修改施工图1天

7）分组辩论1天

3、提交的文件

1）计算书1份

每个学生按照封面、目录、课程设计任务书、计算书正文、课程设计体会、计算书

手写草稿（附件1）、施工图的手绘草图（附件2）的顺序装订成册。除附件外，其余部

分要求提交word文档打印件，并将电子文档按行政班级提交指导老师。

2）施工图1-2张

每个学生提交1-2张2号施工图（CAD绘图）。

注：所有材料装入长沙理工大学专用资料袋。

4、考核方式与成绩评定

按设“成果（包括设““算书和设”图纸）占70%、设”过程（包括设II态度和

创新精神）占10%、设计辩论（答复下列问题情况）占20%的比例以“优秀、良好、中等、

及格和不及格”五个等级评定课程设计成绩。

2计算书正文

2.1结构布置

根据楼盖结构柱网尺寸，进行结构布置，如图2.1所示:

2.2初步选择板、梁的截面尺寸

主、次梁的截面尺寸计算如下表所示：

表2.1次、主梁的截面尺寸

构件取值

L(mm)高度h计算值(mm)宽度b计算值(mm)

名称b*h(min*inm)

(1/14〜(1/3〜

主梁6000428~750233〜350350X700

1/8)L1/2)h

(1/18〜(1/3〜

次梁b/00317〜47b⑸〜22b220X43U

1/12)L1/2)h

板的厚度按构造要求h=80mm=—=2000/40=50mm,楼板厚度不少于60mm,密肋

40

板厚度不少于50mm,工业建筑板厚度不少于70,本设计楼板可选用80mm厚的楼板。

2.3单向板的设计

按照塑性内力重分布理论进行计算板的内力，对多跨连续板沿板的长边方向取1米

宽的板带作为板的计算单元。

2.3.1计算简图

图2.2计算跨度示意图

板在稣虫的底蜀乒原炉有"九坳挑%/蜘孙管吁中间支座宽度即为次梁宽度:

b=220mm；板厚：h=80mm。计算跨度按图2.3进行计算，其中，

边跨：

h

Lv.i=/n+2-=2000-120-b/2+h/2=2000-120-110+40=181Onun,

ui=7n+-2=2000-120-b/2+a/2=2000-120-110+60=1830mm

两式较小值为loi=181Omm

中间跨：

/0=/„=2000-b=2000-220=1780mm

由于［(1810-1780)/1780：X100%=0.1.7%(10%,故可按等跨连续板计算内力;

且多于五跨连续板按五跨计算内力，小于五跨或等于五跨的连续板按实际跨数计算内

力。按图2.1布置板共跨度多于五跨，故按五跨计算内力，其计算简图见图2.3。

荷载计算

板的荷载计算可列表计算，见下表2.2

表2,2板的荷载计算表

荷载标准值荷载设计值说明：

荷载种类荷载分项系数

(kN/m)(kN/m)1.分

20nm厚水泥砂浆面层0.41.050.42项系

永久荷载80nm厚现浇板自重21.052.1数取

15nm厚柯芭抹灰0.2551.050.27值依

小计(g)2.655—2.79据《水

可变荷载(q)61.27.2工混

总荷载(g+q)8.655—9.99凝土

结构设计标准》,九二1.05,八二1.2。

2.荷载标准值的计算:

20mm厚水泥砂浆面层:20*0.02*1=0.4kN/m

80inn颤浇板自重：2的.08*1=2kM/m

15nm厚极17*0.015*1=0.255kN/m

板的内力计算

板考虑塑性内力重分布后，各跨中及支座截面的弯矩系数。值按图2.4采用,

各跨中及支座截面的弯矩按式M=a(g+q套计算。

图2.4单向板内力系数

板一般均能满足斜截面抗剪承载力要求，所以只进行正截面承载力计算。计算B支

座负弯矩时，计算跨度取相邻两跨的较大值。板的弯矩计算见表2.3：

表2.3板的弯矩计算表

截面边跨中MB支座M中间跨中斑、M中间支座M

跨度5)1.8101.8101.7801.780

内力系数a1/11-1/111/16-1/14

弯矩值(kN-m)

2.98-2.981.98-2.26

M=a(g+c/)/o

2.3.4板的配筋计算

板单宽b取为1000mm,一类环境保护层厚度c=2(),

对于薄板a=c+5=25mm,ho=h-a=80-25=55mm(,

各截面配筋计算过程见下表，中间区格中间板的四周与梁整体连接，由于拱效应,

弯矩有所降低,故鹿、.M及低应降低20%,计算结果可以填在表2.4内。

表2.4板正截面承载力计算

中间跨中“2，中间支座A/。

边跨跨B支座

截面

中M

MB中间区

边区格中间区格边区格

格

M(kNXm)2.98-2.981.981.58-2.26-1.81

1,2ydM

x=/h-/?()--———

V向7.257.254.703.725.404.28

(mm)

xW0.35%=19.25

满足满足满足满足满足满足

(mm)

As=----ImiYir)331331215170247196

fy

选配钢筋<i>8@1404>8@1404>802004>8@2504>8@200e8@200

实配4359359251201251251

说明:Pminbho=0.2%*1000*55=HOniiif,实际配筋面积均满足要求。

其中：ya=1.2,fc=l2N/mtn2,fy=2ION/nun2

板的模板配筋

板的配筋一般采用别离式，板的配筋图见A1图。

2.4次梁的设计

次梁按考虑塑性内力重分布进行设计

计算简图

次梁在墙上的支承长度a不小于240mni,现取a=240：中间支座宽度即为主梁宽

度(b=400).

计算跨度按图2.2进行计算，其中：

边跨：

/0|=/„+0.025/,,=5700-120-350/2+0.025X(5700-120-350/2)=5540mm

/01=1,,+-=5700-120-350/2+240/2=5525mm

两式相比取较小值Loi=5525mm

中间跨：/0=/fl=5700-b=5700-350=5350mm

由于[(5525-5350)/5350]X100%=3.27%<10%,,故可按等跨连续梁计算内

力。

次梁的计算简图见下列图2.5。

g+q=22.38kN.m

图2.5次梁的计算简图

荷载计算

按考虑内力重分布设计，根据厂房的实际情况，楼盖的次梁和主梁的活荷载一律不

考虑梁附属面积的荷载折减。永久荷载包括：板传来的恒荷载、次梁自重和次梁底及两

侧的粉刷重量；可变荷载仅考虑板传来的楼面活荷载，可按表5进行计算。

表2.5次梁的荷载计算表

荷载标准值荷载设计值

荷载种类荷载分项系数

(kN/m)(kN/m)

板传来的恒荷载5.311.055.58

永久

次梁自重2.041.052.14

荷载

次缴筱两侧的粉刷自重0.251.050.26

小计(g)7.6一7.98

可变荷载(q)121.214.4

总荷载(g+q)19.6—22.38

说明：1.分项系数取值依据《水工混凝土结构设计标准》，九二1.05,

2.荷载标准值的计算：

板传兴的恒荷载：2.655*2=5.31kN/m

次梁自重：25*0.22*(0.45-0.08)=2.04kN/m

次梁底^两侧的粉刷自重：17粗).015：0.22+(().45~0.08)*2]=0.25kN/m

可变荷载：6*2=12

次梁的内力计算

次梁考虑塑性内力重分布，各跨中及支座械面的弯矩系数。即值按表2.6采用，各

跨中及支座截面的弯矩按式M=ainp(g+//：计算。

表2.6次梁的弯矩计算表

截面位置边跨中MB支座M中间跨中和

a型1/11-1/111/16

计算跨度/o(m)5.5255.5255.350

M=a(^+(2)7()2(kN.m)62.11-62.1140.04

次梁各支座截面的剪力系数%。值按表2.7采用，剪力按式丫=%办(8+//〃计算。

表2.7次梁的剪力il算表

截面位置边支座QA内支座内支座Q；

Qvb0.450.600.55

净跨度JM5.4055.4055.350

V=%（g+4）/“（kN）54.4372.5865.86

2.4.4次梁的配筋计算

正截面受弯承载力计算

支座承受负弯矩，翼缘位于受拉区，按矩形截面进行设计；而跨中翼缘位于受压区,

按T形截面计算，翼缘计算宽度按教材表3-3进行计算。正截面承载力计算过程可列于

表2.8。

确定”:

按单层钢筋布置,那么a=c+10,由附录4表1的c=30,得a=30+10=40mm,

/J0=450-a=450-d0=410mm

/i///?0=80/410=0.195>0.1故仅按计算跨度Lo和梁净距Sn考虑。

边跨：

校计算跨度Lo考虑：/?/=10/3=5.525/3=1.84m

按梁净距Sn：〃J=b+Sn=O.22+(2-0.12-0.22/2)=1.99m

取较小值即%'=L84m

中间跨：

核计算跨度L0考虑：与'40/3=5.35/3=1.78m

按梁净距Sn：勺/=b+Sn=0.22+(2-0.22)=2m

取较小值即％'=1.78m

判别T形截面类型：

边跨：

/?/

fcb/h/Ch0---)/rd=9.6*1840*80*(410-80/2)/I.2=436kN*m>42.13kN・m

2

中间跨:

/?/

--―)/rd=9.6*1780*80*(410-80/2)/1.2=422kN・m>27.16kN・m

2

故各跨中截面均属于属于笫一类T形截面。

次梁正截面承载力计算：

表2.8次梁正截面受弯承载力计算

截面位置边跨中MB支座感中间跨中现

弯矩设计值MkN.m）62.11-62.1140.04

截面类型一类T形矩形一类T形

0.0250.2090.016

3.0250.2370.016

小（mm‘）603684374

选配钢筋3中162中222<t>16

实际配筋面积（画2）603760402

说明：P°inbho=O.2%*220*410=180.4mnf,实际配筋面积均满足要求。

其中：?二上"，J=A7网啰或A产也喧（mm）

/协。-fyfy

斜截面受剪承载力计算

包括复核截面尺寸、腹筋计算和最小配箍率验算。

斜截面承载力计算过程可列于表2.9。

表2.9次梁斜截面受弯承载力计算

截面位置边支座a内支座0'内支座a

剪力设计r（kN）54.4372.5865.86

rdV65.3287.1079.03

0.25X9.6X220X410/1000=216.48KN>rdVmax,

0.25fz编

截面尺寸满足要求

0.7X1.1X220X410/1000-69.45KN<rdVmax

0.lf,b^

需配置弯筋

弯起钢筋无

箍筋用量08@200,双肢

Asv(mm')101

p-Asv/bs101/(220X200)X100%=0.23%>0.15%

Vcs=Vc+l.25(fyv69.45+(1.25X210X101/200)X410/1000=123.8

Asv/s)hoKN

Vcs>rdV满足满足满足

2.4.5次梁的模板配筋

次梁的配筋图见A1图

2.5主梁的设计

主梁内力计算按弹性理论设计，视为较支在柱顶上的连续梁。

计算简图

图2.6：主梁的有关尺寸及支承情况

主梁在墙上的支承长度a不小于370mm,现取a=370.中间支座宽度即为柱横截面高

度，即取b=400mm0计算跨度按图2.6进行计算,其中：

边跨：

取/01=/”+0.05]“=6000-120-400/2+0.05(6000-120-400/2)=5964mm

L.=/,+-=6000-120-400/2+370/2=5865mm

〃2

取两式较小值L01=5740nm

中间跨：

/()=lc=6000=6000mm

由于[(6000—5865〕/6000]XWO%-Z.2b%<10%说明可以按等跨连续梁计算内力。

主梁的计算简图见图2.7。

荷载计算

主梁的自重和主梁底及两侧的粉刷自重为均布荷载，但此荷载值与次梁传来的集中荷

载值相比很小，为简化计算，采取就近集中的方法，把主梁自重集中到集中荷载作用点,

将主梁视为承受集中荷载的连续梁来计算。主梁承受的永久荷载包括•：次梁传来的恒荷

载、主梁自重和主梁底及两侧的粉刷重量；主梁承受的可变荷载仅考虑次梁传来的可变

布载。可按表2.10进行计算：

表2.10主梁的荷载计算表

荷载种类荷载标准值(kN)荷载分项系数荷载设计值(kN)

次梁传来的恒荷载43.321.0545.49

永久

主梁自重10.851.0511.39

荷载

主梁底及两侧的粉刷0.821.050.86

小计⑹54.99—57.74

(。)68.41.282.08

总荷载(G坳123.39—139.82

说明：1.分项系数取值依据《水工混凝土结构设计标准》，九二1.05,

2.荷载标准值的计算：

次梁传来的恒荷载：7.6*5.7=43.32kN/m

主梁自重：25*0.35*[0.7-0.08)*2=10.85kN/m

主梁底及两侧的粉刷：17*0.015*[0.35+(0.7~0.08)*2]*29.82kN/m

可变荷载：12*5.7=68.4kN/m

主梁的内力计算

集中荷载作用下石跨连续梁的弯矩及前力系数可由教材附录八的表格杳得，各跨中

及支座截面的弯矩按式\1=。lGL+a2QL；各支座截面剪力按式V=B1G+B2Q.其中,aK

61分别为永久荷载作用下的弯矩及剪力系数：a2、B2分别为可变荷载作用下的弯矩

及剪力系数。

按弹性理论计算内力时，需要考虑可变荷载的最不利布置方式，因此应将永久荷载

和可变荷载作用下的内力单独计算，然后对控制截面内力进行组合，计算各截面及支座

的最大内力或最小内力。

主梁各截面及支座的弯矩及剪力系数由附录八杳得后，可计算出相应的弯矩及剪力,

见表10,为便于绘制主梁内力包络图，应将每种荷载作用形式下的内力图绘制出来，荷

载组合时再将每种组合方式下内力图绘制出来，合并到同•坐标系下即得内力包络图。

值得注意的是主梁的结构对称且荷教对称，只需画出一跨半的内力包络图即可。

内力组合按表2.11和表2.12进行计算

表10主梁内力计算表

项

示意图内力计算

次

截面aM(kN•m)bV(kN)

Ml0.199167.42

LUL

LL.LLJ.1.M20.110737.49

1Q“,U>—i“

1Mb-0.2694-93.33

M30.041814.48

.A八M40.030510.57

.•J«■、

①Me-0.2036-70.54

—M50.086930.11

Va0.703940.64

VbL-1.272-73.4

VBR1.067261.62

VCL-0.938-54.2

VCR0.986556.96

截面aM(kPJ•m)bV(kN)

,1Ml0.244117.46

1iA-

.*ra。nM20.198895.7

Mb-0.1347-66.34

M3-0.1236-60.87

厂.二M4-0.1373-67.61

②Me-0.101-49.74

M50.187992.54

VA0.838668.83

■I<・・VbL-1.135-93.1

VBR-0.033-2.73

VCL-0.085-6.99

VCR0.986580.97

Ml-0.0449-21.61

1M2-0.088143.38

i

③•二.二1_A___AMb-0.1347-66.34

•t

\I30.165481.46

\I10.167882.64

•••J・

Me-0.1026-50.53

M5-0.101-49.74

\H-0.135-11.1

VbL-0.137-11.2

VBR1.033984.86

VCL-0.973-79.9

VCR0（）

Ml0.186889.93

1IIM20.086241.5

1H皿）

1AsI•A)・A•，△AA-0.3063-150.9

M30.066332.65

A,M40.116557.37

.Me-0.056-27.58

④

M5-0.0742-36.54

Va0.66754.75

VbL-1.308-107

..3\.

VBR1.2515102.7

VCI.-0.755-62

VCR-0.059-4.81

Ml-0.0295-11.2

71|」|丁,|・・A।

\M2-0.0574-28.26

Mb-0.0887-43.68

M30.134766.34

一八M40.060429.75

b•t••\Me-0.285-149.4

⑤

M50.081640.19

Va-0.089-7.28

•••VbL-0.091-7.43

VBR0.803765.97

VCL-1.202-98.6

VCR1.2195100.1

Ml-0.0439-21.13

1--IH

M2-0.0861-42.4

_J_

Ail.AlAAA

1•Mb-0.1316-64.81

M30.163480.47

r■M40.160679.09

⑥-----Me-0.1148-56.54

\I5-0.0937-46.14

Va-0.132-10.8

VbL-0.134-11

♦・•.•

VBR1.018583.6

VCL-0.987-81

VCR-0.059-4.81

Ml0.2399115.49

M20.190791.8

△

1A9，A卜AA<Mb-0.147-72.39

*•(

M3-0.1154-56.83

--------------------------M4-0.1087-57.53

Me-0.0537-26.45

M50.15978.3

Va0.826367.82

_______________

VbL-1.147-94.2

VBR0.09467.76

VCL0.09467.76

VCR0.753661.86

表2.11主梁弯矩组合

项次超.恢册他赫

184.88133.19-159.67-46.39-57.04-120.28122.65

45.81-5.89-159.6795.9493.21-121.07-19.63

157.3578.99-244.1847.1367.94-98.12-6.43

(DK5)53.229.23-137.0180.8240.32-210.9070.30

©K§)46.29-4.91-158.1494.9589.66-127.08-16.29

182.91129.29-165.72-42.35-46.96-96.99108.41

（组合GX2)(sy@©+0

林184.88133.19-137.0195.9493.21-96.99122.65

.Mn组合dx§)®Kg)(JXg)

Min45.81-5.89-244.18-46.39-57.04-210.90-19.63

表2.12主梁剪力组合

项次以vxvdYd

109.47-166.5658.89-61.16137.93

29.58-84.64146.48-134.0256.96

95.39-180.81164.34-116.1652.15

33.36-80.85127.59-152.81157.06

29.82-84.39145.22-135.1752.15

108.46-167.5769.38-46.41118.82

Mmx组合(D^)GXZ)(D+®

Vnxix109.4733.97164.34-46.41157.06

匕而组合GX3)QXZ)®+^)

匕出29.82-180.81-18.23-135.17-22.89

2.5.4主梁的内力包络图

弯矩包络图：

剪力包络图：

2.5.5主梁的配筋计算

,1正截面受弯承载力计算

支座承受负弯矩，翼缘位于受拉区，按矩形截面进行设计；而跨中翼缘位于受压

区，按T形截面计算，翼缘计算宽度按教材表3-3进行计算。正截面承载力计算过程

可列于表2.13。

对于主梁，进行便平安设计

跨中按T形截面进行计算，其翼缘宽度为：/?/=l/3=6000/3=2000mm

判断其截面类型：取a=c+10=30+10=40（按单层布置）

h.=700-a=660mm

///

触--^-）/rd=9.6*2003*80*（660-80/2）/l.2kN-m=793.6kN•m

大于最大弯矩值，故按第一类T型截面计算。

支座处按矩形截面计算，区其受力较大，按双层布置