混凝土结构设计原理课程设计

1混凝土结构设计原理课程设计1、设计任务某二层建筑物，为现浇混凝土内框架结构（中间为框架承重，四周为墙体承重），建筑平面图如下图。试对楼盖、楼梯和雨蓬进行设计。2、设计资料1、建设地点：烟台市区2、楼面做法：水磨石地面、钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆抹底。3、层高：4.5m；门：宽×高=3300mm×3000mm；纵向跨度1L=7200横向跨度2L=6900；楼梯位置见图，楼梯尺寸自定。4、墙体为370mm砖砌体,柱截面尺寸为400mm×400mm。5、建筑用途为书库；楼面活荷载为5.0/5.0/5.0（kN/m2）。6、材料：混凝土强度等级为C25，梁受力钢筋采用HRB400级钢筋，梁箍筋、板中钢筋采用HPB235级钢筋。3、楼盖结构的平面布置主梁沿横向布置，次梁沿纵向布置。主梁的跨度为6.9m，次梁的跨度为7.2m，主梁每跨内布置2根次梁，板的跨度为2.3m，l02/l01=7.2/2.3=3.13，故应按单向板设计。（布置图见下页）现假定如下：按跨高比条件，要求板厚h≥2300/40=57.5mm，对民用建筑的楼盖板，要求h≥60mm，取h=70mm。次梁截面高度应满足h=l0/18~l0/10=7200/18~7200/10=400~720mm。考虑到楼面活荷载比较大，故取截面高度为h=600，截面宽度取为b=300mm。主梁的截面高度应满足h=l0/12~l0/8=6900/12~6900/8=575~862.5mm，取h=700mm。截面宽度取为b=300mm。4、板的设计（图见下页）已如前述，轴线①～②、⑤～⑥的板属于端区格单元板；轴线②～⑤的板属于中间区格单元板。4.1荷载板的永久荷载标准值：水磨石面层0.65kN/m270mm钢筋混凝土板0.07×25=1.75kN/m220mm石灰砂浆0.02×17=0.34kN/m2小计2.74kN/m223板的可变荷载标准值5.0kN/m2由活荷载控制的效应组合：永久荷载分项系数取1.2，因楼面可变荷载标准值kg4.0kN/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=2.74×1.2=3.3kN/m2可变荷载设计值q=5.0×1.3=6.5kN/m2荷载总设计值g＋q=9.8kN/m24.2计算简图次梁截面为300mm×600mm，现浇板在墙上的支承长度不小于100mm，取板在墙上的支承长度为120mm。按塑性内力重分布设计，板的计算跨度：边跨l0=ln＋h/2=2300－150－120＋70/2=2065mm1.025ln=2080.7mm取l0=2065mm中间跨l0=ln=2300－300=2000mm因跨度相差小于10%，可按等跨连续板计算，取五跨。取1m宽板带作为计算单元，从左到右节点编号依次为A,B,C.C,B,A。单元中点处的编号1，2，3，2，1。计算简图如下4.3弯矩设计值由表11-1可查得，板的弯矩系数αm分别为：边跨中1/11；离端第二支座－1/11；中跨中1/16；中间支座-1/14，故：M1=－MB=（g+q）l20/11=9.8×2.0652/11=3.80kN·mMC=－(g＋q)l20/14=－9.8×2.002/14=－2.80kN·mM2=M3=（g＋q）l20/16=9.8×2.002/16=2.45kN·m以上均为端区隔单向板的弯矩设计值，对于中间区隔单向板，其MC、M2、M3应乘以0.8，分别为：MC=0.8×（－2.80）=-2.24kN·mM2=M3=0.8×2.45=1.96kN·m4.4正截面受弯承载力计算环境类别为一级，C30混凝土，板的最小保护层厚度c=15mm。板厚70mm，h0=70－20=50mm；板宽b=1000mm。C30混凝土，α1=1.0，fc=14.3N/mm2，tf=1.43N/mm2；HPB300钢筋，fy=270N/mm2；ξb=0.664，maxs，α=0.426，minρ=0.45tf/fy=0.24%0.2%,minρh/h0=0.38%，ρ=0.3%~0.8%，ξ=0.35G+Q=9.80G+Q=9.80G+Q=9.80G+Q=9.80G+Q=9.80ABCCBA(1)(2)(3)(2)(1)2065.002000.002000.002000.002065.004板的配筋计算的过程如下表:板的配筋计算截面1B2C弯矩设计值（kN·m）3.80－3.802.452.80αs=M/(α1fcbh02)0.1060.1060.0680.078ξ=1－s)2－(1α0.1120.1120.0700.081轴线①~②⑤~⑥计算配筋（mm2）AS=ξbh0α1fc/fy297297185215实际配筋（mm2）Φ8@180AS=279Φ8@180AS=279Φ6@150AS=189Φ6@150AS=218实际配筋率AS/b·h00.558%0.558%0.378%0.436%②~⑤计算配筋（mm2）AS=ξbh0α1fc/fy297297148172实际配筋（mm2）Φ8@180AS=279Φ8@180AS=279Φ6@180AS=157Φ6@160AS=177实际配筋率AS/b·h00.558%0.558%0.314%0.354%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理；配筋率ρminρh/h0=0.38%且ρ在0.3%和0.8%之间，满足要求同时还较经济。5、次梁设计5.1荷载设计值按考虑塑性内力重分布设计。据实际使用情况，该书库将长期有活载的存在，故楼盖次梁的可变荷载可按不考虑从属面积折减计算：永久荷载设计值：板传来永久荷载3.3×2.3=7.59kN/m次梁自重0.3×（0.6－0.07）×25×1.2=4.77kN/m次梁粉刷0.02×（0.6－0.07）×2×17×1.2=0.43kN/m小计g=12.79kN/m可变荷载设计值q=6.5×2.3=14.95kN/m荷载总设计值5g＋q=12.79+14.95=27.74kN/m5.2计算简图次梁在砖墙上的承重长度为250mm。主梁截面为300mm×700mm。计算跨度：边跨：l0=ln＋a/2=7200－120－300/2＋250/2=7055＜1.025ln=7103.25mm，故取l0=7055mm中间跨：l0=ln=7200－300=6900mm因跨度小于10％，可按等跨连续梁计算。次梁计算简图如下。5.3内力计算由表11－1查得弯矩系数αm：边跨中1/11；离端第二支座－1/11；中跨中1/16；中间支座-1/14，故：弯矩设计值：M1=－MB=(g＋q)l02/11=27.74×7.0552/11=125.52kN·mM2=M3=(g＋q)l02/16=27.74×6.92/16=82.54kN·mMC=－(g＋q)l02/14=－27.74×6.92/14=－106.34kN·m由表11－3查得剪力系数αv：第一支座内0.45，第二支座外0.60，第二支座内0.55，第三支座外0.55，第三支座内0.55，故：剪力设计值：VA=0.45(g＋q)ln1=0.45×27.74×6.93=86.51kNVBl=0.6（g＋q）ln1=0.6×27.74×6.93=115.34kNVBr=VC=0.55×(g＋q）ln2=0.55×27.74×6.9=105.27kN5.4承载力计算：5.4.1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b/f=l/3=7200/3=2400mm；又b/f=b＋sn=300＋2000=2300mm,h/f/h0=70/4650.1因而取最小值b/f=2300mm。纵向受力钢筋布置一排：C30混凝土，一类环境梁的保护层厚度C=20mm，单排钢筋截面有效高度取h0=600－40=560mm，α1=1.0，βc=1，fc=14.3N/mm2，ft=1,43N/mm2，纵向钢筋采用HRB500级钢筋，fy=435N/mm2，箍筋采用HPB300级钢筋，fyv=270N/mm2；ξb=0.518，maxs，α=0.384，最小配筋率minρ=0.2%0.45tf/fy=0.147%,minρh/h0=0.215%，最小配箍率minsv，ρ=0.24ft/fyv=0.127%；此外经济配筋率ρ=0.6%~1.5%，ξ=0.35正截面承载力计算过程列于下表：α1fcb/fh/f（h0－h/f/2）=890.90kN·mmaxM=125.52kN·m跨内截面均属于第一类T形截面G+Q=27.74G+Q=27.7426.00G+Q=27.74G+Q=27.74G+Q=27.74ABCCBA(1)(2)(3)(2)(1)7055.006900.006900.006900.007055.006次梁正截面受弯承载力计算截面1B2C弯矩设计值（kN·m）125.52－125.5282.54－106.34αS=M/(α1fcbh02)或αS=M/(α1fcbf’h02)125.52×106/（1.0×14.3×2300×5602）=0.012125.52×106/（1.0×14.3×300×5602）=0.09382.54×106/（1.0×14.3×2300×5602）=0.008106.34×106/（1.0×14.3×300×5602）=0.070ξ=1－s)2－(1α0.0120.0980.0080.073AS=ξbh0α1fc/fy或AS=ξbf’h0α1fc/fy508.1541.2338.8403.2选配钢筋（mm2）2Φ141Φ16As=5092Φ161Φ14AS=5562Φ16AS=4023Φ14AS=461计算表明：支座截面的ξ均小于0.35，符合塑性内力重分布的原则，配筋率ρ=AS/b·h0minρh/h0=0.215%,满足最小配筋率的要求。5.4.2斜截面受弯承载力斜截面受弯承载力计算包括：截面尺寸复核，腹筋计算和最小配筋率验算。1）验算截面尺寸：hw=h0－h/f=560－70=490mm，hw/b=490/300=1.63＜4，属厚腹梁；截面尺寸按下式验算：0.25βcfcbh0=0.25×1×14.3×300×560=573.8KN＞Vmax=115.,34kN故截面尺寸满足要求。2）计算所需腹筋：A．验算是否需要据计算配置腹筋：0.7ftbh0=0.7×1.43×300×560=168kNVA/VBr/VC因而梁②～⑤只需按构造配置箍筋即可：选用φ8@200双肢箍筋计算，配筋率ρsv=nAsv1/(bs)=2×50.3/(300×200)=0.167％minsv，ρ=0.24ft/fyv=0.127%B．为方便施工，沿梁长均用φ8@200双肢箍筋，验算B左侧截面：Vcs=0.7ftbh0+（1.25fyvAsvh0）/S=168+1.25×560×2×50.3×270/200=263.067KN106.11KN故满足斜截面受剪承载力要求；C．调幅后应使受剪承载力加强，现按照如下方法计算：使斜截面最大剪力增大20%Vmax(1+20%)=168×120%=201.6KN该值仍远小于Vcs=164.75KN，况且还有弯起钢筋承受剪力，在全梁布置φ8@200双肢箍筋是完全没有7问题的；3）验算最小配筋率：如前所述：实际配箍率ρsv=nAsv/(bs)=2×50.3/(300×200)=0.167％=0.24ft/fyv=minsv，ρ=0.127%满足最小配箍率要求6、主梁设计主梁按弹性方法设计。6.1荷载设计值为了简化计算，将主梁自重等效为集中荷载：次梁传来的永久荷载12.79×7.2=92.088kN主梁自重(0.7－0.07)×0.3×2.3×25×1.2=13.041kN粉刷0.02×（0.7－0.07）×2×2.3×17×1.2=1.182kN永久荷载设计值G=92.088+13.041+1.184=106.311kN近似取为106kN可变荷载设计值Q=14.95×7