水工钢筋混凝土结构课程设计样本.doc

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

学生姓名：
学 号：
专业班级：
指导教师：
二○一五年一月九日

目 录

1.课程设计目的…………………………………………………3
2.课程设计题目描述和要求……………………………………3
3.课程设计报告内容……………………………………………4
3.1楼面梁格布置和构件截面尺寸……………………………4
3.2板的设计……………………………………………………5
3.3次梁的设计…………………………………………………10
3.4主梁的设计…………………………………………………15
4.结论……………………………………………………………23
参考书目…………………………………………………………23

1. 课程设计目的
钢筋混凝土结构课程设计是水工钢筋混凝土结构教学计划中一个重要的实践性教学环节，对培养和提高学生的水工结构设计基本技能，启发学生对实际结构工作情况的认识和巩固所学的理论知识具有重要作用。
1)．经过课程设计训练，了解水工钢筋混凝土结构设计的一般程序和内容，为毕业设计以及今后从事实际水工结构设计工作奠定初步基础。
2)．复习巩固加深所学的钢筋混凝土基本构件中受弯构件和钢筋混凝土梁板结构设计等章节的理论知识。
3)．掌握钢筋混凝土肋梁楼盖的一般设计方法，诸如：
①进一步理解单向板肋梁楼盖的结构布置、荷载传递途径和计算简图；
②掌握弹性理论和塑性理论的设计方法；
③掌握内力包络图和抵抗弯矩图的绘制方法；
④了解构造设计的重要性，掌握现浇梁板的有关构造要求；
⑤掌握现浇钢筋混凝土结构施工图的表示方法和制图规定；
4)．学习结构施工图的绘制和结构计算书的编制方法，培养查阅技术规范和工程手册的能力，合理确定设计参数。
2. 课程设计题目描述和要求
某水力发电厂副厂房楼盖，采用钢筋混凝土梁板，其平面尺寸如图1所示。

图1 水力发电厂副厂房楼盖平面图

1)墙体厚度370mm，结构横向长L1＝33.6 m，结构纵向长L2＝27.6 m，楼梯位于该层平面的外部，本设计不予考虑。楼盖采用整体式单向板肋形结构。板伸入墙内120mm，次梁伸入墙内240mm，主梁伸入墙内370mm，柱的截面尺寸为400mm×400mm。
2)作用在楼面上的活载标准值＝6.6 kN/m。
3)该建筑位于非地震区。
4)建筑物安全级别为二级。
5)结构环境类别为一类。
6)建筑材料等级：混凝土采用C25，板内受力钢筋与分布钢筋、梁中架立筋、腰筋等构造钢筋及箍筋采用Ⅰ级；梁内受力纵筋采用Ⅱ级钢筋。
7)荷载：钢筋混凝土现浇板容重为25。楼面铺20mm厚水泥砂浆面层(容重为21)；楼盖底采用13mm厚纸浆灰抹底（容重为17）。

3. 课程设计报告内容

3.1 楼面梁格布置和构件截面尺寸
确定主梁的跨度为6.9m，次梁的跨度为5.6m，主梁每跨内布置两根次梁，板的跨度为2.3m。
确定板与梁的尺寸：
板的中间跨l=2300mm，边跨l=2300mm。 根据构造要求，板厚, 但考虑荷载较大，取h=80mm。
次梁跨度l=5600mm, 其截面高度应满足， 取h=450mm。 宽度应满足，取b=200mm。
主梁中间跨l=6900mm, 边跨l=6900mm,其截面高度应满足， 取h=700mm。 宽度应满足, 取b=300mm。
柱的截面尺寸b×h=400mm×400mm。

楼盖平面结构示意图如图2所示。

楼盖平面结构示意图如图2所示
3.2 板的设计
该厂房为二级水工建筑物，结构安全级别为Ⅱ级，结构安全系数K=1.20
3.2.1计算简图
取1m板宽作为计算单元，板的长跨与短跨比，可按单向板设计。次梁截面尺寸b×h=200mm×450 mm。，板在墙上的支承长度为a=120mm，按弹性理论方法设计，板的计算跨度确定：
边跨： ln =2300-120-100=2080mm
lc=2300mm
ln +b/2+a/2=2260mm
ln+b/2+h/2=2240mm
则： lo=2240mm

中间跨：ln =2100mm
故lo=ln+b=2300mm
板的实际荷载图如图3所示，计算简图如图4所示

图3 板的实际荷载图

图4 板的计算简图

3.2.2荷载计算
恒荷载：
20mm厚水泥砂浆面层 0.02×21×1= 0.42 kN/m
13mm厚纸浆灰 0.013×17×1=0.221 kN/m
80mm钢筋混凝土板 0.08×25×1=2.0 kN/m

标准值：
设计值：
活荷载：
标准值：
设计值：
总计：
折算荷载为

3.2.3内力计算
按弹性方法计算：； 由于边跨与中间跨相差不到10%，可采用等跨表格系数计算内力。查教材附录6得弯矩系数、，弯矩计算值为。
（1） 跨中弯矩
一跨中最大弯矩：活载作用在1,3,1跨中时
=0.07816.732.242.24+0.100x3.96x2.24x2.24=4.62knm
二跨中的最大弯矩：活载作用在2,2跨中
=0.0331x6.73x2.3x2.3+0.0787x3.96x2.3x2.3=2.83knm
三跨中最大弯矩：活载作用在1,3,1跨中时：
=0.0462x6.73x2.3x2.3+0.0855x3.96x2.3x2.3=3.44knm
(2)支座弯矩
=-0.105x6.73x-0.119x3.96x= - 6.07knm
=-0.079x6.73x2.3x2.3-0.111x3.96x2.3x2.3= —5.14knm
(3)支座边缘处弯矩
=6.07-1/2x0.2x0.5x2.24x（3.96+2.73）=4.84knm
=7.21-1/2x0.2x0.5x2.3x（3.96+2.73）=3.91knm

3.2.4配筋计算
混凝土保护层厚度c=20mm(一类环境)，a=c+5=20+5=25mm。

考虑到板的内拱作用，其跨内截面2、3和支座截面C的弯矩值可折减20% ，即乘以系数0.8。
配筋计算见表1，板的配筋采用弯起式。

表1 板的正截面配筋计算表

3.2.5构造钢筋

在板的配筋图中，除按计算配置受力钢筋外，尚应设置下列构造钢筋：
（1）分布钢筋：考虑到现浇板中存在温度、收缩应力，造成开裂现象严重，新规范中分布钢筋数量有所提高，分布钢筋与受力钢筋截面面积之比不小于15％，同时满足分布钢筋截面面积不小于板截面面积0.15％()的规定，且不少于6@250。
，按规定选用φ8@200。（As=251）即采用直径为8mm的HPB235级钢筋,间距为200mm。分布钢筋长度为5600mm，总根数为828根。
（2）板边构造钢筋：因为现浇混凝土板周边嵌固在砌体墙中，其上部与板边垂直的构造钢筋伸入板内的长度，从墙边算起不小于板短边计算跨度的1/7，即lo/7＝350mm。直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm。
按规定选用φ8@200（As=251），设置于板边。即选用直径为8mm的HPB235级钢筋,间距为200mm。每根长度为440mm，两边锚固长度各为70mm，总长为580mm，总根数为321根。
(3)垂直于主梁的上部构造钢筋。直径不宜小于8mm，间距不大于200mm。单位长度内的总截面面积不宜小于板中单位宽度上受力钢筋截面面积的1/3。该钢筋伸入板内的长度，从梁边算起不小于板短边计算跨度的1/4，即/4＝600mm，取8@200，251。每根长度为1500mm，总根数为677根。

3.2.6板配筋详图

图5 板的配筋图

3.3 次梁的设计
3.3.1计算简图
次梁为五跨连续梁，其实际荷载图如图6所示。次梁在砖墙上的支承长度为240mm,主梁截面为b×h=300mm×700mm.则次梁的计算跨度为：
边跨

lo=ln+b/2+a/2=5450mm

取
中间跨

取
即 边跨计算跨度与跨中计算跨度相同，梁按照连续梁计算
计算简图见图7所示。

图6 次梁的实际荷载图

图7 次梁的计算简图
3.3.2荷载计算
恒荷载
由板传来
次梁自重
次梁粉刷
标准值：
设计值：
活荷载
标准值：
设计值：
总计：
考虑到主梁对次梁的转动约束，折算荷载为

3.3.3内力计算
按弹性计算，采用等跨表格计算；查附录6得弯矩系数和，由此按下列公式计算：
弯矩计算值为
剪力计算值为
（1）弯矩
跨中弯矩
边跨 ==0.0781×12.94×5.45²＋0.100×13.67×5.45²=71.34
中间跨 ==0.0331×12.94×5.565²＋0.0787×13.67×5.565²=46.58
==0.0462×12.94×5.565²＋0.0855×13.67×5.565²=54.71
支座弯矩
=(-0.105×13.25-0.119×13.67)×5.55²=-92.96
==-0.079×13.25×5.565²-0.111×13.67×5.565²=-79.41
支座边缘弯矩

（2）剪力 计算跨度取净跨度：边跨 ，中间跨

3.3.4配筋计算

（1）正截面受弯承载力计算
进行正截面受弯承载力计算时，跨中截面按T形截面计算，支座截面按矩形截面计算。截面，肋宽，翼缘厚度。截面有效高度：取a=40mm， 。由于支座处弯矩较大，采用双筋配置，跨中采用单筋配置。混凝土C25，；受力钢筋HRB335级，；结构安全系数。
跨中T形截面类型判别：
翼缘计算宽度
取
则

跨中截面属于第一类T形截面。
即各跨跨中截面均属于第一类T形截面。
次梁的正截面配筋见表2。
次梁的斜截面配筋见表3。
表2
次梁的正截面配筋
截面
1
B支座
2
C支座
3
弯矩设计值 M（kN.m）
71.34
74.83
46.9
68.17
55.15
截面类型
第一类T形
矩形
第一类T形
矩形
第一类T形
a或a'
40
40
40
40
40
h0
410
410
410
410
410
b或b'f
1855
200
1855
200
1855

0.023
0.224
0.015
0.204
0.018

0.023
0.258
0.015
0.231
0.018
As
704
838
461
752
543
选用钢筋
1φ14+3φ16
4φ16
1φ14+2φ16
1φ14+3φ16
1φ14+2φ16
实际配筋面积（mm）
757
804
556
757
556

（2）斜截面受剪承载力计算
, , , ， 腹筋配置箍筋。次梁斜截面的配筋见表3。

表3
次梁的斜截面配筋表
截面
A支座
B支座（左）
B支座（右）
C支座（左）
C支座（右）
剪力计算值

60.39
87.97
80.26
75.02
77.93
剪力设计值

72.47
105.56
96.31
90.02
93.52

410
410
410
410
410

243.95
243.95
243.95
243.95
243.95

72.90
72.90
72.90
72.90
72.90
选用箍筋（直径）
8
8
8
8
8

333
464
635
527
实配箍筋间距（mm)
200
200
200
200
200

是
是
是
是
是
（KN）
127.25
127.25
127.25
127.25
127.25
是否需第二弯起钢筋
否
否
否
否
否
弯起钢筋

3.3.5次梁配筋详图
次梁的配筋图及次梁配筋详图见图8-1和图8-2

图8-1 次梁的配筋图

图8-2 次梁的配筋图

3.4 主梁的设计

3.4.1计算简图
主梁端部支承在砖墙上，支承长度取为370mm；中间支承在柱上，钢筋混凝
土柱截面尺寸为400mm×400mm
因梁的线刚度与柱的线刚度之比大于3，可视为中部铰支的四跨连续梁。主梁的实际荷载图见图9所示。
计算跨度：
a=370mm
边跨 lc=6900mm

取较小值
中跨
mm

取
跨度差 ，可按等跨连续梁计算。主梁的计算简图见图10所示。

主梁的实际荷载图 图9

主梁的计算简图 图10
3.4.2荷载计算
恒荷载
由次梁传来的集中荷载
主梁自重(化为集中荷载)
主梁底及两侧粉荷载
标准值：
设计值：
活荷载
标准值:
设计值:

3.4.3内力计算及包络图
内力计算采用等跨连续梁的内力系数表进行，跨中和支座截面最大弯距及剪力按下式计算：
弯矩计算值为
剪力计算值为

表4 主梁的内力计算

表5 主梁的弯矩组合

表6 主梁的剪力组合

将以上表中最不利内力组合下的弯距图及剪力图分别叠画在同一坐标图上，画其外包线即得到主梁的弯距包络图，见图11-1及剪力包络图，图11-2。

图11-1 主梁弯矩包络图

图11-1

图11-2 主梁的剪力包络图

图11-2
3.4.4正截面承载力计算
进行正截面承载力计算时，跨中截面按T形截面计算，支座截面按矩形截面计算。主梁截面h=700mm，肋宽b=300mm，翼缘厚度。考虑到支座截面跨中截面弯矩较大，纵筋布置两排且经计算需要配双筋即　a=80mm,　a＇=40mm；其它截面采用单层钢筋排布a=40mm。截面有效高度：
支座：
跨中：

混凝土C25，；受力钢筋HRB335级，；结构安全系数。

支座边缘的弯距值：
因为

跨内按T形截面计算，其翼缘计算宽度为：

取较小值，即
梁 高 ，
翼缘厚
肋 宽
经计算各跨均满足第一类T形截面的条件，因此各跨跨中截面均属于第一类T形截面。
主梁的正截面配筋图见表12

表12

主梁的正截面配筋

3.4.5斜截面承载力计算
表

3.4.6主梁吊筋的计算
次梁传给主梁的集中力设计值为：
F=
则附加钢筋布置范围
附加横向钢筋所需的总截面面积按下式计算：

附加钢筋采用吊筋，取吊筋1φ25，As=491,满足要求。
3.4.7主梁配筋详图
主梁的配筋详图见图12-1和图12-2

图12-1

图12-2
4.结论
短短两周时间的课程设计已然结束，但获益匪浅。课设过程不但让我融会贯通了所学的知识，查漏补缺；还使我对实际工程与施工有了更近一步的了解。同时它还考验着耐心与细心的程度，这在计算过程与CAD制图过程中无不体会得出。设计是一个不断修改的过程，开始时我们没意识到这一点，以为自己一次就能成功，结果到后面设计有问题，而不得不放弃之前的设计，也因此做了很多无用功。设计需要统筹全局，不能只注重局部。同时，在设计中需要学会取值的合理性，以便施工。
参考书目：
［1］ 王全凤，曾志兴主编，混凝土结构及使用计算，中国电力出版社， 3月
［2］ 河海大学、大连理工大学、武汉大学、郑州大学合编，水工钢筋混凝土结构学，中国水利水电出版社，
［3］ SL73.2- 水利水电工程制图标准 水工建筑物图