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《钢筋混凝土结构》课程设计

专 业： 土木工程
年 级：2012级 班次 2班
姓 名： 吴浩
指导教师： 鲍安红
完成时间： 2015.1.8
成 绩：

西南大学工程技术学院

《钢筋混凝土结构》课程设计计算书
——某多层厂房楼盖设计
1、 建筑方案
某四层厂房为钢筋混凝土框架结构，建筑平面尺寸为L1×L2＝24×19.8m，该厂房平面柱网尺寸见下图，其二层和三层使用相同，设计一、二层楼盖。

图1 平面柱网图

2、 设计资料
（1） 楼面活荷载：9KN/m2。
（2） 楼面做法：20mm水泥砂浆面层，密度ρ＝20 KN/m3。
楼板自重：ρ＝25 KN/m3。
（3） 楼板底面采用15mm厚混合砂浆抹灰，密度ρ＝17KN/m3。
（4） 混凝土C30，梁内纵筋用Ⅱ级钢筋，梁内其他钢筋和板内钢筋采用Ⅰ级钢筋
3、 梁格布置
（1）按照单向板肋形楼盖进行楼盖设计：主梁支承在柱上
梁格布置必须考虑以下四个原则：
①承重需要；②刚度需要（舒适度）；③支点避开洞口；④经济跨度。
（2）主梁方向确定：次梁经济跨度4——6米

图2 主梁布置图
（3）次梁布置：单向板经济跨度1.5——3米。

图3 次梁布置图 图4 梁格布置图
（3）板、次梁、主梁截面尺寸初步确定（表14-1）

板：按照新规范要求（上表），板跨2200mm，板厚h应≥72mm，取h=100(10mm倍数)
次梁：按照上表，次梁跨度6000mm，次梁高度应在350～500之间，取次梁高度hc=400mm，按照高度的1/2～1/3取截面宽度，取高度的1/2为次梁宽度bc=200mm（次梁高和宽均为50mm倍数）
主梁：按照上表，主梁跨度6600mm，主梁高度应在400～550之间，取主梁高度hz=500mm（主梁高度应大于或等于次梁高度，一般大于次梁高度），按照高度的1/2～1/3取截面宽度，主梁宽度bz=250mm（次梁高和宽均为50mm倍数）
4、 单向板的计算和配筋
（1） 单向板的计算简图：
单向板取单位板宽为计算单元，按连续板计算内力。板的计算跨度取值按：净跨ln+支座计算长度；其中当支撑在梁上，支座计算长度=0；当支撑在墙上，支座计算长度=墙厚/2；边跨计算跨度≤1.1ln，中间跨计算跨度≤1.05ln。当连续板在五跨以内时，按实际跨数计算内力；当连续板超过五跨时，可以简化为5跨计算，即所有中间跨的内力取与第3跨一样。即图中的计算简图，将中间四跨去掉。

计算简图
图5 楼板选取单元图
(2)荷载计算
①板厚确定：
确定的板厚即要满足高跨比的最小要求，还要满足板厚的最小要求。表14-1。
②恒载g计算：
楼面做法：1.2×20×0.02=0.4 KN/m
楼板自重：1.2×25×0.1=3kN/m
板底抹灰：1.2×17×0.015= 0.306kN/m
合计：g=0.4+3+0.306=3.706kN/m
③活载q计算：q=1.3×9=11.7 KN/m
（4）塑性内力重分布计算弯矩
考虑塑性内力重分布，板的弯矩按下式计算：

其中系数取值按图14-23。（教材图14-23 P357）

图7 （教材图14-23） 板的弯矩系数

由图中可以看出两边跨跨中弯矩值为负最大，B点处为正最大，因此选择边跨跨中截面为负弯矩控制截面。B点处为正弯矩控制截面。边跨l=2200mm+200/2=2300mm
M1：2.3×2.3=7.406kN·m2
M2：M=1/14×（3.706+11.7）×2.3×2.3=5.819kN·m2
截面
边跨跨内
离端第二支座
离端第二跨跨内及中间跨跨内
第三支座中间支座
弯矩计算系数

-

-
/(KN·m)
7.406
-5.819
5.09
-5.09

（5）板的设计
①板的混凝土：
混凝土的强度等级取C30、保护层厚度取c=20mm,纵向钢筋直径取10mm，所以有效高度h0=75mm
②钢筋设计：
取1米宽的板进行配筋设计，由于板较薄，所以按照单筋矩形截面进行配筋计算。
按照边跨跨中弯矩计算：
1.单筋矩形截面配筋计算：即M=7.046kN/ m2
混凝土等级为C30,纵向钢筋为一级钢筋，查表fc=14.3N/ m2 ,fy=270kN/ m2为,混凝土等级小于C50, =1.0。

连续板各截面配筋计算
截面位置
边跨跨内
离端第二支座
离端第二跨跨内及中间跨跨内
第三支座及中间支座
M / KN·m
7.406
-5.82
5.09
-5.09

0.092
0.072
0.063
0.063

0.097
0.074
0.065
0.065
/
385
293
258
258
选配钢筋
8Φ8
@120
6Φ8
@160
5φ8
@200
5Φ8
@200
实配钢筋面积/
400
300
250
250

5、次梁的计算和配筋
（1）次梁的计算简图：
次梁的计算简图同板，但次梁的恒载包括梁及其支撑板的自重，次梁的活载为楼板传递来的使用荷载。次梁的计算跨度见图14-31
（2）荷载计算
①次梁确定：
确定梁截面的宽和高：b=200mm，h=400mm，
②恒载gc计算：
楼板传递下自重：g×板跨=3.706×2.2=8.1532kN/m
次梁自重：1.2×25×梁截面积=1.2×25×0.2×0.4=2.4kN/m
梁底抹灰：1.2×17×0.015×梁宽= 0.0612kN/m
合计：g=10.6144kN/m
③活载qc计算：qc= q×板跨KN/m=11.7kN/m2×2.2=25.74kN/m
（4）次梁的塑性内力重分布计算
考虑塑性内力重分布，次梁的弯矩和剪力按下式计算：

式中和可按图10查值（教材图14-24P357）

图10（教材图14-24） 次梁的弯矩及剪力系数
式中（计算跨度）按照（净跨）取。
连续次梁弯矩计算表
截面
边跨跨内
离端第二支座
离端第二跨跨内及中间跨跨内
中间支座
弯矩计算系数

-

-
/(KN·m)
118.98
-118.98
81.80
-81.80
连续次梁剪力计算
截面
端支座内侧
离端第二支座外侧
离端第二支座内侧
中间支座外侧、内侧
弯矩计算系数
0.4
0.6
0.5
0.5
/KN
87.25
130.88
109.06
109.06

（5）次梁的配筋设计
①梁的混凝土强度等级为C30，保护层厚度

②次梁抗弯计算（纵筋确定）：
边跨跨中：

满足条件

选用，则实际配筋面积，上部按构造配筋。
，满足条件。
中间跨中：

选用，则实际配筋面积，上部按构造配筋。
，满足条件。
第一跨支座：

满足条件

选用，则实际配筋面积，下部按构造配筋。
，满足条件。
中间支座：

选用，则实际配筋面积，上部按构造配筋。
，满足条件。

③次梁抗剪计算（箍筋确定）
不考虑弯起钢筋
边跨支座内侧：

所以
采用双肢箍，n=2，钢筋，，，实际配筋间距S=200mm。
第二支座外侧：

采用双肢箍，n=2，钢筋，，。
，实际配筋间距S=200mm。
第二跨支座内侧：

按构造配筋，采用双肢箍，n=2，钢筋，，，实际配筋间距S=200mm。
中间支座：

按构造配筋，采用双肢箍，n=2，钢筋，，，实际配筋间距S=200mm。

6、主梁的设计和配筋
（1）计算简图
主梁的计算简图同次梁，但主梁的均布荷载为梁的自重，主梁的集中荷载为次梁传递来的荷载。
主梁计算跨度见图14-33（由于支撑在柱上，柱尺寸未知，按照6600mm计）

（2）荷载计算
梁截面的宽和高为150×450mm,主梁高度≧次梁高度
②主梁均布荷载gz计算：
主梁自重：1.2×25×0.3×0.6=5.4 KN/m
梁底抹灰：1.2×17×0.015×0.3=0.092 KN/m
合计：gz=5.992 KN/m
③主梁集中荷载P计算：P=(13.476 +25.74c) ×6=235.3KN
（3）内力计算
主梁的只弹性理论计算内力（包括弯矩和剪力），不考虑荷载最不利情况。
① 均布荷载作用下弯矩和剪力计算

图11 均布荷载作用下主梁计算见图
按照图计算均布荷载作用下跨中和支座的弯矩和剪力。
② 集中荷载作用下弯矩和剪力计算

图12 集中荷载作用下主梁计算简图
按照图计算集中荷载作用下跨中和支座的弯矩和剪力。
③ 座跨中弯矩和剪力计算
把均布荷载作用下弯矩和剪力与集中荷载作用下的弯矩和剪力叠加。
跨中与支座的剪力、弯矩

1
跨中
2
3（跨中）
4
跨中
5
弯矩
0
11.03
-13.79
3.45
-13.79
11.03
0
剪力
9.19
0
25.28
0
25.28
0
-9.19

支座与跨中的弯矩、剪力

1
跨中
2
跨中
4
跨中
5
弯矩
0
275
-323.56
70.1
-452.98
428.71
0
剪力
164.47
-53.93
469.16
-21.57
606.67
148.30
-288.5

均布荷载作用下弯矩和剪力与集中荷载作用下的弯矩和剪力叠加

1
跨中
2
跨中
4
跨中
5
叠加弯矩
0
286.03
-337.33
73.55
-466.77
439.74
0
叠加剪力
173.66
-63.93
495.44
-21.57
631.95
148.3
-297.69

（4）配筋设计
①纵筋设计：只取最大跨中弯矩和最大支座弯矩进行计算。
截面按照双筋矩形截面设计。
（1）跨中配筋为：
基本参数如下：h0=435mm b=250mm fc=14.3 fy=360
1) 计算截面有效高度
ho=h-as=500-65=435mm
2)  计算相对界限受压区高度
ξb=β1/(1+fy/(Es*εcu))=0.80/(1+360/(2.0*105*0.0033))=0.518
3)  确定计算系数
αs=γo*M/(α1*fc*b*ho*ho)=1.0*439.74*106/(1.0*14.3*250*435*435)=0.34
4)  计算相对受压区高度
ξ=1-sqrt(1-2αs)=1-sqrt(1-2*0.34)=0.436≤ξb=0.518 满足要求。
由于ξ<=ξb，因此按构造配筋
A's=ρ'min*b*h=0.200％*250*435=217.5mm2
5) 计算纵向受拉筋面积
As＝α1*fc*b*ho*ξ/fy=1.0*14.3*250*435*0.436/360=1883mm2
6)  验算受拉钢筋最大、最小配筋率
ρ=As/(b*h)=1883/(250*435)=1.73％
ρmax=ξb*α1*Fc/Fy*ho/h=0.518*1*14.3/360.0*435/500=1.79％
ρ=1.73％≥ρmin=0.200％, 满足最小配筋率要求。
ρ=1.73％≤ρmax=1.79％, 满足最大配筋率要求。
（2）支座处弯矩：
基本参数如下：h0=435mm b=250mm fc=14.3 fy=360
1) 计算截面有效高度
ho=h-as=500-65=435mm
2)  计算相对界限受压区高度
ξb=β1/(1+fy/(Es*εcu))=0.80/(1+360/(2.0*105*0.0033))=0.518
3)  确定计算系数
αs=γo*M/(α1*fc*b*ho*ho)=1.0*466.77*106/(1.0*14.3*250*435*435)=0.16
4)  计算相对受压区高度
ξ=1-sqrt(1-2αs)=1-sqrt(1-2*0.16)=0.175≤ξb=0.518 满足要求。
由于ξ<=ξb，因此按构造配筋
A's=ρ'min*b*h=0.200％*250*435=217.5mm2
5) 计算纵向受拉筋面积
As＝α1*fc*b*ho*ξ/fy=1.0*14.3*250*435*0.175/360=756mm2
6)  验算受拉钢筋最大、最小配筋率
ρ=As/(b*h)=756/(250*435)=0.785％
ρmax=ξb*α1*Fc/Fy*ho/h=0.518*1*14.3/360.0*435/500=1.89％
ρ=0.79％≥ρmin=0.200％, 满足最小配筋率要求。
ρ=0.79％≤ρmax=1.79％, 满足最大配筋率要求。
②箍筋设计：可以考虑弯起钢筋。按照集中荷载作用下的独立梁进行计算。
 1） 计算截面有效高度和腹板高度
ho=h-as=500-65=435mm
hw=ho=435mm
2） 确定受剪面是否符合条件
当hw/b=435/250=2.40≤4 时
V≤0.25*βc*fc*b*ho/γo
 =0.25*1.0*14.3*250*435/1.0=388.78kN 截面符合条件。
3）确定是否需要按构造箍筋
λ=a/ho=200/435=0.46<1.5， 取λ=1.5
1.75/(λ+1)*ft*b*ho/γo=1.75/(1.5+1)*1.43*250*435/1.0=105.75kN≤V=366kN
所以需按构造要求配置箍筋。
4） 计算箍筋面积
Asv/S=(V- Vcs)/Fyv*Ho=1.6
5） 验算最小配箍率
ρ=Asv/(b*s)=260/(250*100)=1.56％
ρ=1.44％＞ρmin=0.200％,不满足最小配箍率要求。
取As=ρ*b*s=1.04％*266*150=340mm2。