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水工钢筋砼结构课程设计

水工钢筋混凝土课程设计

姓名：

武亮

学号：

2011101812

班级：

11水利水电工程（本）04

指导老师：

吴帅兵鄢玉英

Ⅰ、水工钢筋砼结构课程设计任务书…………………………-1-

Ⅱ、水工钢筋砼结构课程设计计算书…………………………-4-

㈠、钢筋混凝土单向板肋形楼盖设计………………………-4-一、楼面梁格布置和构件截面尺寸…………………………-4-

二、板的计算…………………………-5-

三、次梁的设计…………………………-7-

四、主梁设计…………………………-10-

五、柱的设计…………………………-16-

㈡、双向板配筋计算………………………-16-

附录1：

配筋图………………………-19-

附录2：

参考资料…………………………-21-

Ⅰ、《水工钢筋砼结构》课程设计任务书

一．单向板肋型结构设计

1、设计资料

某水力发电站生产副厂房为二层结构，层高为4.5m，采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，其平面尺寸为B×L（如图1所示），结构按单向板布置。

结构布置无特殊要求。

楼面用20mm水泥砂浆抹面，（重度为24kN/m3），板底用12mm纸筋石灰抹底（重度为20kN/m3）。

楼面均布活荷载标准值为qk。

其中B、L、qk的取值根据学号最后一位取如表1所示的值。

qk（kN/m2）

L×B（m×m）

4.5

5.0

5.5

31.2×18.9

1

2

3

33.0×19.8

4

5

6

33.6×20.7

7

8

9

34.2×21.6

0

混凝土强度等级为C25，梁柱内受力主筋用HRB335钢筋，其它用HPB235钢筋。

该厂房为2级水工建筑物，结构安全级别为Ⅱ级；按正常运行状况设计，设计状况属持久状况。

按SL191-2008《水工混凝土结构设计规范》设计。

图1楼板尺寸示意图

2、设计内容

（1）选定结构型式，进行结构布置。

（2）以二层为例拟定板（单向板）、次梁、主梁的尺寸，计算内力，配筋并画图。

板的设计：

按弹性理论分析方法计算，板的配筋方式采用分离式。

次梁的设计：

按弹性理论分析方法计算，次梁可以不采用弯起钢筋抗剪。

主梁的设计：

按弹性理论分析方法计算，主梁要考虑采用弯起钢筋抗剪。

板的搁置长度为120mm，梁的搁置长度为240mm，主梁的搁置长度为240mm。

（3）拟定柱的尺寸，计算内力，配筋并画图。

（4）撰写设计计算说明书。

3、设计成果

板的平面配筋图（比例自拟，最终要求A3打印）。

次梁配筋图（比例自拟，最终要求A3打印）。

主梁配筋图与材料图（比例自拟，最终要求A3打印）。

设计计算说明书一份（要求按照《南昌工程学院毕业论文格式要求》排版）。

4、要求

参考现行设计规范，认真、独立、按时完成

二、双向板配筋计算

根据下图所示双向板，活荷载标准值为5kN/m2拟定板的厚度，计算内力并配筋。

Ⅱ、《水工钢筋砼结构》课程设计计算书

㈠、钢筋混凝土单向板肋形楼盖设计

一、楼面梁格布置和构件截面尺寸

楼面梁格布置如图图一-1

图一-1

确定主梁跨度为6.3m,次梁跨度为5.4m,主梁每跨跨内布置两根次梁，板的跨度为2.1m。

估计梁板截面尺寸：

按高跨比条件，要求板厚h≥h/40=2100/40=52.5mm，对工业建筑的楼板要求h≥80mm,取板厚h=80mm。

次梁截面尺寸：

h=l/18～l/12=5200/18～5200/12=288.9mm～433.3mm

取h=400mm,b=200mm。

主梁截面尺寸：

h=l/15～l/10=6300/15～6300/10=420mm～630mm

取h=600mm,b=300mm

承重墙厚240mm,估计柱面400mm×400mm。

二、板的计算

1、计算简图

板为9跨连续板，结构尺寸如图二-1，为便于表格计算，计算简图如图二-2按五跨考虑。

图二-1

图二-2

次梁截面为400mm×200mm,板在墙上支承宽度为120mm,

板的计算跨度：

边跨：

因为h

中间跨：

lo=lc=2100mm

2、荷载计算

取宽为1m的板带计算：

恒荷载：

板自重0.08×25×1=2.0KN/m

20mm抹面0.02×24×1=0.48KN/m

12mm抹底0.012×20×1=0.24KN/m

标准值gk=2.72KN/m

设计值g=gk=1.05×2.72=2.86KN/m

活荷载：

标准值qk=5×1=5.0KN/m

设计值q=qk=1.2×5.0=6.0KN/m

考虑次梁对板的转动约束，折算荷载为：

g`=g+q/2=2.86+6.0/2=5.86KN/m

q`=q/2=6.0/2=3.0KN/m

3、内力计算

按弹性方法计算，由于边跨与中间跨相差不到10﹪可采用等跨表格计算。

跨中弯矩：

边跨M1=0.0781×5.86×2.02^2+0.1×3.0×2.02^2=3.09KN·m

中间跨M2=0.0331×5.86×2.1^2+0.0787×3.0×2.1^2=1.90KN·m

M3=0.0462×5.86×2.1^2+0.0855×3.0×2.1^2=2.33KN·m

支座弯矩：

MB=-[0.105×5.86×（2.1/2+2.02/2）^2+0.119×3×（2.1/2+2.02/2）^2]=-4.13KN·m

MC=-[0.079×5.86×2.1^2+0.111×3×2.1^2]=-3.51KN·m

支座边缘弯矩：

MB`=MB-1/2Vob=-[4.13-1/2×（2.1/2×8.86）×0.25]=-2.97KN·m

MC`=MC-1/2Vob=-[3.51-1/2×（2.1/2×8.86）×0.25]=-2.35KN·m

4、截面设计

板厚h=80mm,ho=60mm,混凝土C25，fc=11.9N/mm2,Ⅰ级钢筋fy=210N/mm2,2级水工建筑物K=1.20，配筋计算如表二-1。

表二-1

截面

1

B

2

C

3

边板带

中板带

边板带

中板带

边板带

中板带

弯矩计算值M/×106N·mm

3.09

2.97

1.9

0.8×1.9

2.35

0.8×2.35

2.33

0.8×2.33

弯矩设计值M/×106N·mm

3.71

3.56

2.28

1.82

2.82

2.26

2.8

2.24

αs=KM/（fcbho2）

0.087

0.083

0.053

0.042

0.066

0.053

0.065

0.052

0.091

0.087

0.054

0.043

0.068

0.054

0.067

0.053

As=fcbho/fy

310

295

185

146

232

185

229

182

选用钢筋mm2

边板带

8@160

（314）

8@160

（314）

6/8@

160

（245）　

6/8@

160

（245）　

6/8@

160

（245）　

中板带

8/10@

180

（358）　

8/10@

180

（358）　

6/8@

180

（218）　

6/8@

180

（218）　

6/8@

180

（218）　

①分布钢筋，按规定选用6@200。

②版面附加钢筋，按规定选用6@200，设置与主梁顶部和墙边。

③墙角附加钢筋，按规定选用6@200，双向配置于四个墙角的版面。

三、次梁的设计

1、计算简图

次梁为6跨连续梁按5跨计算，其结构尺寸如图三-1，计算简图如图三-2，次梁在砖墙上的支承宽度为240mm,主梁截面为600mm×300mm,

图三-1

图三-2

次梁的计算跨度：

边跨lo=lc=5200mm

lo=1.05×ln+a=1.05×（5200-120-150）+120=5296.5mm

取lo=5200mm

中间跨：

lo=5200mm

2、荷载计算

恒荷载：

由板传来2.72×2.1=5.71KN/mm

次梁自重0.2×（0.4-0.08）×25=1.6KN/m

次梁粉刷（0.4-0.08）×2×0.012×20=0.15KN/m

标准值gk=7.46KN/m

设计值g=1.05gk=1.05×7.46=7.83KN/m

活荷载：

标准值qk=5×2.1=10.5KN/m

设计值q=1.2qk=1.2×10.5=12.6KN/m

考虑主梁对次梁的转动约束，折算荷载为：

g`=g+q/4=7.83+12.6/4=10.98KN/m

q`=3q/4=3×12.6/4=9.45KN/m

3、内力计算

按弹性方法计算，采用等跨表格计算。

跨中弯矩：

边跨M1=0.0781×10.98×5.2^2+0.1×9.45×5.2^2=48.74KN·m

中间跨M2=0.0331×10.98×5.2^2+0.0787×9.45×5.2^2=29.94KN·m

M3=0.0462×10.98×5.2^2+0.0855×9.45×5.2^2=35.56KN·m

支座弯矩：

MB=-[0.105×10.98×5.2^2+0.119×9.45×5.2^2]=-61.58KN·m

MC=-[0.079×10.98×5.2^2+0.111×9.45×5.2^2]=-51.82KN·m

支座边缘弯矩：

MB`=MB-1/2Vob=-[61.58-1/2×5.2/2×20.43×0.3]=-53.61KN·m

MC`=MC-1/2Vob=-[51.82-1/2×5.2/2×20.43×0.3]=-43.85KN·m

剪力：

计算跨度取净跨度，边跨lo=4930mm,中间跨lo=4900mm。

VA=0.394×10.98×4.93+0.447×9.45×14.93=42.15KN

VBl=-（0.606×10.98×4.93+0.620×9.45×4.93）=-61.69KN

VBr=0.526×10.98×4.9+0.598×9.45×4.9=55.99KN

VCl=-（0.474×10.98×4.9+0.576×9.45×4.9）=-52.17KN

VCr=0.500×10.98×4.9+0.591×9.45×4.9=54.27KN

4、截面设计

正截面承载力计算：

跨中按T形截面计算，支座按矩形截面计算。

截面h=400mm,肋宽200mm,翼缘厚度hf`=80mm,截面有效高度取360mm，混凝土C25，fc=11.9N/mm2,受力钢筋Ⅱ级，fy=300N/mm2,K=1.2。

翼缘宽度bf`=l/3=5200/3=1733.3mm

bf`=b+Sn=200+2100=2300mm

取小值bf`=1733.3mm

fc×bf`×hf`×（ho-hf`/2）=11.9×1733.3×80×（360-80/2）=528KN·m

>K×Mmax=1.2×48.74=58.5KN·m

属于第一类T形截面

配筋计算如表三-1。

表三-1

截面

1

B

2

C

3

弯矩计算值M/×106N·mm

48.74

53.61

29.94

43.85

35.56

弯矩设计值M/×106N·mm

58.488

64.332

35.928

52.62

42.672

bhofc/

bf`hofc/

106N·mm

2673.2

308.4

2673.2

308.4

2673.2

αs=KM/（fchob）

/αs=KM/（fchobf`）

0.0219

0.2086

0.0134

0.1706

0.0160

0.0221

0.2366

0.0135

0.1883

0.0161

As=fcξbho/fy/

As=fcξbf`ho/fy

547.0

675.7

334.1

537.8

398.5

选用钢筋mm2

3Φ16

（603）

2Φ18+

1Φ16

（710.1）

3Φ12

（339）

2Φ16+

1Φ14

（555.9）

2Φ16

（402）

斜截面承载力计算

hw/b=（360-80）/200=1.4<4.0

0.25fcbho=0.25×11.9×200×360=214.2KN>K×Mmax=61.69×1.2=74.03KN

截面尺寸满足要求

0.7ftbho=0.7×1.27×200×360=64.0KN>KVA=50.58KN

>KVCl=62.60KN

Asv/s=（KV-0.7ftbho）/1.25fyvho=（74.03-64.0）/（1.25×210×360）=0.106

S=57/0.106=537.7mm,s=250mm≤Smax=300mm

ρsv=Asv/bs=57/（200×250）=0.11%>ρsv,min=0.1%

Asv/s=（KV-0.7ftbho）/1.25fyvho=（67.19-64.0）/（1.25×210×360）=0.034

S=57/0.034=1676.5mm,s=250mm≤Smax=300mm

ρsv=Asv/bs=57/（200×250）=0.11%>ρsv,min=0.1%

Asv/s=（KV-0.7ftbho）/1.25fyvho=（65.12-64.0）/（1.25×210×360）=0.012

S=57/0.012=4750mm,s=250mm≤Smax=300mm

ρsv=Asv/bs=57/（200×250）=0.11%>ρsv,min=0.1%

斜截面抗剪配筋都选用双肢箍筋φ6@250。

四、主梁设计

1、计算简图

主梁共三跨，其结构尺寸如图，支承长度为240mm,中间的两支承柱为400mm×400mm。

图四-1

图四-2

主梁的计算跨度：

b=400mm>0.05lc=0.05×6300=315mm

边跨lo=1.05ln=1.05×5980=6279mm

中间跨：

lo=1.05ln=1.05×5900=6195mm

2、荷载计算

恒荷载：

次梁传来的集中荷载Gk=7.46×5.2=38.79KN

主梁自重gk1=0.3×（0.6-0.08）×25=3.9KN/m

主梁粉刷gk2=（0.6-0.08）×2×0.19=0.57KN/m

标准值Gk=38.79KNgk=4.47KN/m

设计值G=1.05Gk=1.05×38.79=40.73KN

g=1.05gk=1.05×4.47=4.69KN

活荷载：

标准值Qk=5×2.4×5.2=54.6KN

设计值Q=1.20Qk=1.20×54.6=65.52KN

3、内力计算

集中荷载作用下截面弯矩和支座剪力如表四-1，均布荷载作用下的弯矩和剪力如表四-2。

表四-

弯矩/KN·m

剪力/KN

1

2

3

B

4

5

VA

VBl

VBr

56.62

43.92

31.16

-63.56

12.14

12.14

30.47

-50.99

40.73

106.43

96.20

85.97

-51.14

-51.14

-51.14

57.26

0

-15.34

-25.57

-35.80

70.63

70.63

-8.26

-8.26

-119.33

-84.26

79.28

max

163.05

140.12

117.13

-114.7

82.77

82.77

87.73

-59.25

120.01

min

41.28

18.35

-4.64

-182.89

-39

-39

22.21

-135.77

40.73

表四-2

弯矩/KN·m

剪力/KN

1

2

3

B

4

5

VA

VBl

VBr

均布荷载

13.50

13.50

6.3

-179.99

0.90

4.5

11.42

-6.93

3.72

最不利内力设计组合如表四-3。

表四-3

弯矩/KN·m

剪力/KN

1

2

3

B

4

5

VA

VBl

VBr

集

中

荷

载

max

163.05

140.12

117.13

-114.7

82.77

82.77

87.73

-59.25

120.01

min

41.28

18.35

-4.64

-182.89

-39

-39

22.21

-135.77

40.73

均布荷载

13.50

13.50

6.3

-179.99

0.90

4.5

11.42

-6.93

3.72

最不利内力

max

176.55

153.62

123.43

-294.69

83.67

87.27

99.15

-66.18

123.73

min

54.78

31.85

1.66

-362.88

-39.9

-34.5

33.63

-142.7

44.45

弯矩包络图

剪力包络图

4、配筋计算

纵向配筋计算：

ho=h-75=600-75=525mm

第一跨跨中：

M1max=176.55KN·m

bf`=ho/3=6195/3=2065mm

fc×bf`×hf`×（ho-hf`/2）=11.9×2065×80×（525-80/2）=953.5KN·m

>K×Mmax=211.86KN·m

属于第一类T形截面

αs=KM/（fchobf`）=211.86×10^6/（11.90×2065×525^2）=0.0313

=0.0318

As=fcξbf`ho/fy=11.9×0.0318×2065×525/300=1367.5mm2

选用4Φ20+2Φ10（As=1413mm2）

第二跨跨中：

M2max=87.27KN·m经计算可得As=628mm2,所以选用2Φ20（As=628mm2）

支座B：

MBmin=-362.88KN·m

MB=︱MBmin︱-0.025ln︱VBr︱=362.88-0.025×5.9×123.73=344.63KN·m

支座为倒T形截面，按300mm×600mm的矩形截面计算，a=75mm,ho=525mm,求得As=3753.5mm2。

由第一跨弯起2Φ20和第二跨弯起2Φ20，另外加直钢筋4Φ28，则总As=3719mm2与3753mm2相差在5%内。

横向配筋计算

支座B左：

VBl=142.7KN

hw/b=（525-80）/300=1.48<4

0.25fcbho=0.25×11.9×300×525=468.56KN>KVBl=1.2×142.7=171.24KN

截面尺寸符合要求

设沿梁全长配置10@250双肢箍筋，s=250mm≤Smax=300mm,ρsv=0.21%>ρsv,min=0.15%

Vc+Vsv=0.7ftbho+1.25fyvAsvho/s=0.7×1.27×300×525+1.25×210×157/250×525

=226.56KN>KVBl=171.24KN

不需要弯曲钢筋，考虑到主梁受弯，仍配弯起钢筋2Φ20。

支座A：

VA=99.15KN

KVA=1.2×99.15=118.98KN

按计算不需要配弯起钢筋，支座A可能产生负弯矩，仍配弯起钢筋2Φ20。

五、柱的设计

fc=11.9N/mm2,fy`=300N/mm2,K=1.20，NGk=66.95KN,NQk=163.8KN

柱承受的的轴向压力设计值

N=1.05NGk+1.20NQk=1.05×66.95+1.20×163.8=266.86KN

柱截面为正方形，边长b=400mm,lo=0.7l=0.7×4500=3150mm

lo/b=3150/400=7.88<8,不考虑纵向弯曲的影响，

As`=（KN-fcA）/fy`=（1.2×266.86×1000-11.9×400×400）/300<0

按最小配筋率配筋

ρ`min=0.60%=As`/As=As`/（400×400）As`=960mm2

选用4Φ18（As=1017mm2），排列于柱子四角。

箍筋选用8@250。

配筋图如图五-1

图五-1

㈡、双向板配筋计算

板厚取100mm，h=l/45=4000/50=80mm<100mm，所以板厚满足条件。

1、荷载计算

恒载：

12mm石灰抹底20×0.012=0.24KN/m2

100mm厚钢筋混凝土板自重25×0.10=2.5KN/m2

20mm厚水泥砂浆抹灰自重24×0.02=0.48KN/m2

标准值3.22KN/m2

设计值g=1.05×3.22=3.38KN/m2

活载：

标准值5.0KN/m2

设计值q=1.2×5.0=6.0KN/m2

g`=g+q/2=6.38KN/m2q`=

q/2=+-3.0KN/m2g+q=3.38+6.0=9.38KN/m2

2、板内力及配筋计算

对A区格lx=ln=6.0m,ly=4.0m,ly/lx=0.67,

跨中弯矩：

M1=（K1g`l²+K2q`l²）=11.98KN·m

M2=（K3g`l²+K4q`l²）5.38KN·m

M1v=M1+vM2=12.88KN·mM1v=M1+vM2=7.38KN·m

支座弯矩:

M1`=K1`（g+q）l²=-34.58KN·m,M1``=K1``（g+q）l²=0

M2`=K1`（g+q）l²=0M2``=K1``（g+q）l²=-26.14KN·m

同理可得B区格，截面弯矩计算表（M的单位为KN·m）如表1

表1

截面

A区

B区

lx

6.0

6.0

ly

4.0

3.87

Ly/lx

0.67

0.645

M1

0.0447×6.38×6.0×6.0+0.0159××3.0×6.0×6.0=11.98

0.0336×6.38×6.0×6.0+0.076×3.0×6.0×6.0=16.61

M2

0.0102×6.38×6.0×6.0+0.0281××3.0×6.0×6.0=5.38

0.0074×6.38×6.0×6.0+0.0268×3.0×6.0×6.0=4.59

M1v

M1+1/6M2=12.88

M1+1/6M2=17.38

M2v

M2+1