混凝土课程设计混凝土结构单向板楼盖设计.docx
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混凝土课程设计混凝土结构单向板楼盖设计
3.3内力计算6
3.4正截面抗弯承载力计算7
4.3内力计算9
4.4正截面抗弯承载力计算13
4.5斜截面抗弯承载力计算14
5.3内力计算13
5.4正截面抗弯承载力计算13
5.5斜截面抗弯承载力计算14
6绘制施工图15
6.3板配筋图16
6.4次梁配筋图17
混凝土结构单向板楼盖设计任务书
1.设计资料
设计某多层工业建筑（某仓库）的中间楼盖（采用现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖）纵向尺寸5*A，横向尺寸3*B。
柱尺寸为400*400。
如下图所示：
图1建筑平面
（1）设计资料
楼面做法：
水磨石面层（γ=0.65kN/m2），20mm厚水泥砂浆（γ=20kN/m3），钢筋混凝土现浇板（γ=25kN/m3），板底、梁底及两侧用20mm厚石灰砂浆粉刷（γ=17kN/m3）,环境类别一类，墙厚240mm
楼面均布荷载：
活荷载标准值6.5kN/m2、柱间距A1=6000mm,B3=7200mm。
。
材料：
混凝土强度等级为C30，主梁和次梁的纵向受力钢筋采用HRB400钢筋，其余钢筋建议选用HRB400钢筋。
（2）设计任务
1、结构平面布置图：
柱网、主梁、次梁及板的布置，初设构件截面尺寸（板厚、主梁、次梁等选择）
2、板的配筋计算（按塑性内力重分布计算）
3、次梁配筋计算（按塑性内力重分布计算）
4、主梁配筋计算（按弹性理论计算）
5、绘制结构施工图
（1）结构平面布置图（1：
200）
（2）板的配筋图（1：
50）
（3）次梁的配筋图（1：
50；1：
25）
（4）主梁的配筋图（1：
40；1：
20）及弯矩M、剪力V的包络图。
2.楼盖的平面结构布置
主梁沿横向布置，次梁沿纵向布置。
主梁的跨度为7.2m，次梁的跨度为6.0m，主梁每跨内布置两根次梁，板的跨度为7.2/3=2.4m，lo2/lo1=6.0/2.4=2.5<3，因此按单向板设计。
按跨高比条件，要求板厚h≧2400/30=80mm，对工业建筑的楼盖板，要求h≧70mm，所以取板厚80mm。
次梁截面高度应满足h=l0/18~l0/12=6000/18~6000/12=333~500，考虑到楼面可变荷载比较大，取h=450mm，截面宽度b=（1/3~1/2）h=150~225，取截面宽度b=200mm。
主梁截面高度应满足h=l0/15~l0/10=7200/15~7200/10=480~720，取h=650mm，截面宽度b=（1/3~1/2）h=216.67~325，且需满足b≧250,故取b=300mm。
楼盖结构平面布置如图：
图2结构平面布置图
3.板的设计
（1）荷载
板的永久荷载标准值
水磨石面层0.65kN/m2
80mm钢筋混凝土板0.08×25=2.0kN/m2
20mm石灰砂浆粉刷0.02×17=0.34kN/m2
20mm水泥砂浆0.02×20=0.4kN/m2
小计3.39kN/m2
板的可变荷载标准值6.5kN/m2
永久荷载分项系数取1.2，因楼板可变荷载标准值大于4kN/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=3.39×1.2=3.71kN/m2
可变荷载设计值q=6.5×1.3=7.8kN/m2
荷载总设计值g+q=11.88kN/m2
（2）计算简图
按塑性内力重分布设计。
次梁截面为200×450mm，板的计算跨度：
边跨l01=ln=2400-240/2-200/2=2180mm
中间跨l02=ln=2400-200=2200mm，
因跨度相差小于10%，可按等跨连续板计算。
取1m宽板带作为计算单元，计算简图：
图3板的计算简图
（3）弯矩设计值
不考虑板拱作用截面弯矩的折减。
由书上表11-1可查得，板的弯矩系数αm分别为：
边支座
边跨中
离端第二支座
中跨中
中间支座
1/16
1/14
-1/11
1/16
-1/14
表1
故：
MA=-（g+q）l012/16=-11.88×2.182/16=-3.53kN·m
M1=（g+q）l012/14=11.88×2.182/14=4.03kN·m
MB=-（g+q）l012/11=-11.88×2.182/11=-5.13kN·m
MC=-（g+q）l022/14=-11.88×2.202/14=-4.11kN·m
M2=M3=（g+q）l022/16=11.88×2.202/16=3.59kN·m
（4）正截面受弯承载力计算
环境类别一级，C30混凝土，板的最小保护层厚度c=15mm，假定纵向钢筋直径d=10mm，板厚80mm，则截面有效高度h0=h-c-d/2=80-15-10/2=60mm，板宽b=1000mm。
C30混凝土，α1=1.0，fc=14.3N/m2，HRB400钢筋，fy=360kN/mm2。
板配筋计算的过程如下表：
截面
A
1
B
2
C
弯矩设计值（kN·m）
-3.53
4.03
-5.13
3.59
-4.11
αs=M/（α1fcbh02）
0.068
0.078
0.100
0.070
0.079
0.068≦0.35
0.080
0.105
0.073
0.082
计算配筋（mm2）
AS=ξbh0α1fc/fy
185.9
190.67
250.25
173.98
197.82
实际配筋
6/8@200
6/8@200
8@200
6/8@220
6/8@200
实配面积（mm2）
AS=196
AS=196
AS=251
AS=179
AS=196
表2
计算结果表明，支座截面的ξ均小于0.35，符合塑性内力重分布的原则，AS/bh=179/（1000×80）=0.23%，此值大于0.45ft/fy=0.45×1.43/360=0.18%,同时大于0.2%，满足最小配筋率的要求。
4.次梁设计
根据本车间楼盖的实际使用情况，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。
（1）荷载设计值
永久荷载设计值
板传来永久荷载4.068×2.4=9。
76kN/m
次梁自重0.2×（0.45-0.08）×25×1.2=2.22kN/m
次梁粉刷0.02×（0.45-0.08）×2×17×1.2=0.302kN/m
小计g=12.28kN/m
可变荷载设计值q=7.8×2.4=18.72kN/m
荷载总设计值g+q=12.28+18.72=31kN/m
（2）计算简图
按塑性内力重分布设计。
主梁截面为300mm×650mm。
计算跨度：
边跨l01=ln=7200-240/2-300/2=6930mm
中间跨l02=ln=7200-300=6900mm
因跨度相差小于10%，可按等跨连续梁计算。
次梁的计算简图如图：
图4次梁计算简图
内力计算
由书上表11-1、表11-3可分别查得弯矩系数和剪力系数。
边支座
边跨中
离端第二支座
中跨中
中间支座
1/16
1/14
-1/11
1/16
-1/14
A支座内侧
离端第二支座
中间支座
0.50
0.55
0.55
表3
（3）弯矩设计值：
MA=-（g+q）lo12/24=-31×6.932/24=-62.03kN·m
M1=（g+q）lo12/14=31×6.932/14=106.34kN·m
MB=-（g+q）lo12/11=-31×6.932/11=-135.34kN·m
MC=-（g+q）lo22/14=-31×6.92/14=-105.42kN·m
M2=M3=（g+q）lo22/16=31×6.92/16=92.24kN·m
剪力设计值：
VA=0.50（q+g）ln1=0.50×31×6.93=107.42kN
VBl=0.55（q+g）ln1=0.55×31×6.93=118.16kN
VBr=Vc=0.55（q+g）ln2=0.55×31×6.9=117.65kN
承载力设计
（4）正截面受弯承载力
正截面受弯承载力计算时，跨内按T形截面计算，翼缘宽度取bf’=l/3=6000/3=2200mm,Bf’=b+sn=200+2200=2400mm,b+12h’f=200+1×80=1160mm三者的较小值，故取bf’=1160mm。
除支座B截面纵向钢筋按两排布置外，其余截面均布置一排。
环境类别一级，C30混凝土，梁的最小保护层厚度c=20mm。
假定箍筋直径10mm，纵向钢筋直径20mm，则一排纵向钢筋ho=500-20-10-20/2=460mm,二排纵向钢筋h0=460-25=435mm。
C30混凝土，α1=1.0，βc=1，fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2,纵向钢筋采用HRB400钢筋，fy=360N/mm2,fyv=360N/mm2。
正截面承载力计算过程列与表中，经判别跨内截面均属于第一类T型截面。
截面
A
1
B
2
C
弯矩设计值（kN·m）
-62.03
106.34
-135.34
92.24
-105.42
αs=M/（α1fcbh02）或αs=M/（α1fcb’fh02）
0.102
0.030
0.223
0.026
0.174
0.107
0.030
0.255
0.026
0.192
AS=ξα1fcbh0/fy或AS=ξα1fcb’fh0/fy
391.03
635.87
931.88
551.09
701.00
选配钢筋
2
16
4
14
2
16+
2
18
5
12
2
14+
2
16
实配面积（mm2）
AS=402
AS=615
AS=911
AS=565
AS=710
表4
计算结果表明，支座截面的ξ均小于0.35，符合塑性内力重分布的原则，AS/（bh）=402/（200×500）=0.40%，此值大于0.45ft/fy=0.45×1.43/360=0.18%，同时大于0.2%，满足最小配筋率的要求。
（5）斜截面受剪
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：
hw=h0-hf’=435-80=355mm，因hw/b=355/200=1.8<4,截面尺寸按下式验算:
0.25×1.0×14.3×200×435=311.03kN>Vmax=118.16kN
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
可得到箍筋间距
调幅后受剪承载力应加强，梁局部范围内将计算的箍筋面积增加20%或箍筋间距减小20%。
现调整箍筋间距，s=0.8×285=228mm，截面高度在300~500的梁，最大箍筋间距200mm，最后取箍筋间距s=200mm。
为方便施工，沿梁长不变。
验算配箍筋率下限值：
弯矩调幅时要求的配筋率下限为：
0.3ft/fyv=0.3×1.43/360=0.12%,实际配筋率
，满足要求。
5.主梁设计（按弹性理论设计）
（1）荷载设计值
为简化计算，将主梁自重等效为集中荷载。
次梁传来的永久荷载12.28×6.0=73.68kN
主梁自重（含粉刷）（（0.65-0.08）×0.3×2.4×25+2×（0.65-0.08）×2.4×0.34）×1.2=12.87kN
永久荷载设计值G=73.68+12.87=86.55kN
可变荷载设计值Q=18.72×6.0=112.32kN
（2）设计简图
因主梁的线刚度与柱线刚度之比大于5，竖向荷载下主梁内力近似按连续梁计算，按弹性理论设计，计算跨度取支撑中心线之间的距离，lo=7200mm。
主梁的计算简图如下图，利用附表6-2计算内力。
图5主梁计算简图
（3）内力设计值及包络图
1）弯矩设计值
弯矩
，式中系数k1k2由附表6-2相应栏内查得。
M1,max=0.244×86.55×7.2+0.289×112.32×7.2=385.77kN·m
MB,max=-0.267×86.55×7.2-0.311×112.32×7.2=-417.89kN·m
M2,max=0.067×86.55×7.2+0.200×112.32×7.2=203.49kN·m
2）剪力设计值
剪力V=k3G+k4Q
式中系数k3k4从附表6-2相应栏内查得。
VA,max=0.733×86.55+0.866×112.32=160.71kN
VBl,max=-1.267×86.55-1.311×112.32=-256.91kN
VBr,max=1.000×86.55+1.222×112.32=223.81kN
3）弯矩包络图
第1、3跨内有可变荷载，第2跨没有可变荷载
由附表6-2可知，支座B或C的弯矩值为：
MB=MC=-0.267×86.55×7.2-0.133×112.32×7.2=-273.94kN·m
在第一跨内：
以支座弯矩MA=0，MB=-273.94kN·m的连线为基线，作G=86.55kN，Q=112.32kN的简支梁弯矩图，得第1个集中荷载和第2个集中荷载作用点弯矩值分别为：
=1/3×（86.55+112.32）×7.2-273.94/3=385.97kN·m（与前面计算的M2x=385.77kN·m接近）
1/3×（86.55+112.32）×7.2-2×273.94/3=294.66kN·m
在第2跨内：
以支座弯矩MB=-273.94kN·m，MC=-273.94kN·m的连线为基线，作G=86.55kN，Q=0的简支弯矩图，得到集中荷载作用点处的弯矩值：
1/3×86.55×7.2-273.94=-66.22kN·m。
第1、2跨内有可变荷载，第3跨没有可变荷载
在第一跨内：
以支座弯矩MA=0，MB=-417.89kN·m的连线为基线，作G=86.55kN，Q=112.32kN的简支梁弯矩图，得第1个集中荷载和第2个集中荷载作用点弯矩值分别为：
1/3×（86.55+112.32）×7.2-417.89/3=390.58kN·m
1/3×（86.55+112.32）×7.2-2×417.89/3=228.15kN·m
在第2跨内：
Mc=-0.267×86.55×7.2-0.089×112.32×7.2=-238.36kN·m，以支座弯矩Mb=-417.89kN·m,Mc=-238.36kN·m的连线为基线，作G=86.55kN，Q=112.32kN的简支梁弯矩图，得第1个集中荷载和第2个集中荷载作用点弯矩值分别为：
第2跨有可变荷载，第1、3跨没有可变荷载
MB=MC=-0.267×86.55×7.2-0.133×112.32×7.2=-273.94kN·m
第2跨两集中荷载作用点处的弯矩为：
1/3×（86.55+112.32）×7.2-273.99=203.35kN·m（与前面计算的M2x=203.35kN·m接近）
第1、3跨两集中荷载作用点处的弯矩分别为：
1/3×86.55×7.2-1/3×273.94=116.41kN·m
1/3×86.55×7.2-2/3×273.94=25.09kN·m
弯矩包络图如图所示。
（4）承载力计算
1）正截面受弯承载力
跨内按T形截面计算，因跨内设有间距小于主梁间距的次梁，翼缘计算宽度按l/3=7.2/3=2.4m和b+sn=6+0.3—0.4=6.1m中较小值确定，取bf’=2.4m。
主梁混凝土保护层厚度的要求以及跨内截面有效高度的计算方法同次梁，支座截面因存在板、次梁、主梁上部钢筋的交叉重叠10mm、次梁有效高度的计算方法有所不同。
板混凝土保护层厚度15mm、板上部纵筋直径18mm。
假定主梁上部纵筋直径25mm，则一排钢筋时，h0=650-15-10-18-25/2=595mm，二排钢筋时，h0=595-25=570mm。
纵向受力钢筋除B支座截面为2排外，其余均为1排。
跨内截面经判别都属于第一类T形截面。
B支座边的弯矩设计值MB=MBmax-V0b/2=-417.89-（86.55+112.32）0.40/2=-457.66kN·m。
正截面受弯承载力的计算过程列于如下表：
截面
1
B
2
弯矩设计值（kN·m）
385.77
-457.66
203.4
-66.22
αs=M/（α1fcbh02）或αs=M/（α1fcbf'’h02）
0.030
0.328
0.016
0.045
0.98
0.79
0.936
0.97
1792.54
2638.10
936.00
310.87
选配钢筋
2
25+
4
16
3
22+
4
22
3
20
2
14
实配面积（mm2）
As=1786
As=2660
As=942
As=304
表5
主梁纵向钢筋的弯起和切断按弯矩包络图确定。
2）斜截面受剪承载力
验算截面尺寸：
hw=h0-hf’=570-80=490mm，因hw/b=490/300=1.63<4，截面尺寸按下式验算
0.25×1.0×14.3×300×570=611.33kN>Vmax=256.91kN
截面尺寸满足要求。
计算所需腹筋：
采用10@200
（2）
=0.7×1.43×300×570+360×157/200×570=332.25kN>Vmax=256.91kN，不需要配置弯起钢筋。
验算最小配筋率：
，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F=73.68+112.32=186kN，h1=650-500=150mm,附加箍筋布置范围s=2h1+3b=2×150+3×200=900mm。
取附加箍筋10@200
（2），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。
由
6×2×360×78.5=339.12kN>Fl确定满足要求。
因主梁的腹板高度大于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%，且其间距不大于200mm。
现每侧配置214,则308/（300×570）=0.18%>0.1%，满足要求。
6.绘制施工图
楼盖施工图包括施工说明、结构平面布置图、板布置图、次梁和主梁配筋图。
（1）施工说明
1.本工程设计使用年限50年，结构安全等级为二级，环境类别为一类。
2.采用以下规范：
《混凝土结构设计规范》《建筑结构荷载规范》
3.荷载取值：
楼面可变荷载标准值6.5kN/m2
4.混凝土强度等级C30，梁内钢筋采用HRB400，板内采用HRB400
5.板纵向钢筋的混凝土保护层厚度15mm，梁最外层钢筋的混凝土保护层厚度20mm。
（2）结构平面布置图（1:
200）
结构平面图上有表示梁、板、柱、墙等所有结构构件的平面位置、截面尺寸、水平构件的竖向位置以及编号，构件编号由代号和序号组成，相同的构件用同一个序号表示。
图中柱、主梁、次梁、板的代号分别为“Z”“KL”“L”“B”表示，主次梁跨数写在括号里。
图6结构平面布置图
（3）板配筋图（1:
50）
板配筋采用分离式，板面钢筋从支座边伸出a=ln/4=2200/4=550。
（4）次梁配筋图（1:
20、1:
10）
次梁支座截面上部钢筋的第一批切断点要求离支座边ln/5+20d=6000/5+20×18=1560mm，现取1600mm；切断面积要求小于总面积的二分之一，B支座切断2/14,402/1005=0.28<0.5，C支座切断2/16,201.1/710=0.28<0.5，均满足要求：
B支座第二批切断2/16，离支座边ln/3=6000/2000，剩余2/16做架立筋。
端支座上部钢筋伸入主梁长度la=（0.14×360/1.43）=564mm。
下部纵向钢筋在中间支座的锚固长度las>12d=12×18=216mm。
次梁配筋如下图：
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