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混凝土结构设计原理课程设计
一、 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。
二、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=6900mm横向跨度=7200mm；楼梯位置见图，楼梯尺寸自定。
4、墙体为370mm砖砌体。
5、建筑用途为仪器仓库；楼面活荷载为8.0/6.0/5.0（kN/ m2）。
6、材料：混凝土强度等级为C30，梁受力钢筋采用HRB400级钢筋，梁箍筋、板中钢筋采用HRB235级钢筋。
三、 楼盖的结构平面布置
主梁沿纵向布置，次梁沿横向布置。主梁的跨度为7.2m，次梁的跨度为6.9m，主梁每跨内布置两根次梁，板的跨度为2.4m，l02/l01=6.9/2.4=2.875<３但是大于２，故可按单向板设计。
按跨高比条件，要求板厚h≥2400/40=60mm，对工业建筑的楼盖板，要求h≥80mm，取h=80mm。
次梁截面高度应满足h=l0/18~l0/12=6900/18~6900/12=385~575mm。考虑到楼面活载比较大，因此截面高度取为h=550mm，截面宽度取为b=200mm。
主梁的截面高度应满足h=l0/15~l0/10=7200/15~7200/10=500~720mm，取h=650mm。截面宽度取为b=300mm。
四、计算书的计算过程
1.板的设计
如附图1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。
1.1 荷载
板的永久荷载标准值：
水磨石面层 0.65kN/m2
100mm钢筋混凝土板 0.08×25=2kN/ m2
20mm石灰砂浆 0.02×17=0.34 kN/ m2
小计 2.99kN/m2
板的可变荷载标准值 8.0kN/ m2
永久荷载分项系数取1.2，因楼面可变荷载标准值大于4.0 kN/ 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=2.99×1.2=3.59 kN/ m2
可变荷载设计值 q=8.0×1.3=10.4kN/ m2
荷载总设计值 g＋q=13.99kN/m2 近似取为g+q=14.0kN/m2
1.2 计算简图
次梁截面为200mm×550mm，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=2400－100－120＋80/2=2220mm<1.025ln=2255mm
取l0=2220mm
中间跨l0= ln =2400－200=2200mm
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。计算简图如附图2“图1板的计算简图”。
1.3 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=14.0×2.222/11= 6.27kN·m
MC= －(g＋q)l20/14=‐14.0×2.22/14= －4.84kN·m
M2=（g＋q）l20/16=14.0×2.22/16=4.24kN·m
这是对端区单向板而言的，对中间区格单向板，其MC=‐4.84×0.8=-3.87kN·m
M2=0.8×4.24=3.19kN·m
1.4 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取20mm。板厚80mm，h0=80－20=60mm；板宽b=1000mm。C30混凝土，α1=1.0，fc=14.3N/mm2 ；HPB235钢筋，fy=210N/mm2。则板的配筋计算的过程如下表。
板 的 配 筋 计 算
截 面
1
B
2
C
弯矩设计值（KN.m）
6.27
-6.27
4.24
-4.84

0.122
0.122
0.082
0.094
=1-
0.131
0.131
0.086
0.099
轴线①~②， ⑤~⑥
计算配筋（）
535.2
535.2
351.4
404.5

实际配筋 （）
Φ12@190
Φ12@190
Φ10@190
Φ0@190
轴线②~⑤
计算配筋（）
535.2
535.2
0.8×351.4=281.1
0.8×404.5=323.6

实际配筋 （）
Φ10@140
Φ10@140
Φ8@140
Φ8@140
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；As/bh=359/(1000×80)=0.45此值大于0.45ft./fy=0.31％，同时大于0.2％，满足要求。
2.次梁设计
按考虑塑性内力重分布设计。根据实际使用情况，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。
2.1荷载设计值
永久荷载设计值
板传来永久荷载 2.592.4=7.18KN/m
次梁自重 0.2×（0.5-0.08）×25×1.2=2.52KN/m
次梁粉刷 0.02×（0.5-0.08）×2×17×1.2=0.34KN/m
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
小计 g=10.04KN/m
可变荷载设计值
q=6.0×1.3×2.4=18.72KN/m
荷载总设计值
g+q=28.76KN/m
2.2 计算简图
次梁在转墙上的支承长度为240mm。主梁截面为300mm×650mm。计算跨度：边跨=6900-120-300/2+240/2=6750mm<1.025=1.025×6600=6765，取=6750mm
中间跨 ==6900‐300=6600
因跨度相差小于10%，可按等跨度连续梁计算。次梁的计算简图如附图2“图2 次梁的计算简图”。
3.3内力计算
由表可分别查得弯矩系数和剪力系数。
弯矩设计值
剪力设计值
3.4承载力计算
1）正截面受弯承载力
正截面受弯承载力计算时，各支座计算按矩形截面，跨内按T形截面计算，翼缘宽度取=7200/3=2400mm；又，故取=2400mm。截面纵向钢筋均布置一排。
环境类别一级，C30混凝土，梁的最小保护层厚度c=25mm。纵向钢筋=500-35=465mm。
C30混凝土，；纵向钢筋采用HRB400钢，=360N/，箍筋采用HPB235钢，。正截面承载力计算过程如表。经判别跨内截面均属于第一类T形截面。
截面
1
B
2
C
弯矩设计值（KN.m）
119.13
-119.13
78.30
-89.48
或
=0.017
=0.215
=0.011
=0.145

0.017
0..245<0.35
0.011
0.157<0.35
或
731.4
856.4
501.6
580.0
选配钢筋（）
218+118(弯)
316+118（弯）
214+116（弯）
216+116（弯）
计算结果表明，支座界面的均小于0.35，符合塑性内力重分布的原则；，此值大于0.45×1.43/360=0.18%，同时大于0.2%，满足最小配筋率的要求。
2） 斜截面受剪承载力
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：
440-80=360mm，因360/200=1.8<4,，截面尺寸按下式验算：
N>114.41KN 截面尺寸满足要求。
计算所需腹筋：
采用φ6双肢箍筋，计算支座B左侧截面。由Vcs=0.7ftbh0+（1.25fyvAsvh0）/S得
S=（1.25fyvAsvh0）/(vBl－0.7ftbh0)=（1.25×210×56.6×440）/（114.41×-0.7×1.43×200×440）=248.36mm
调幅后受剪承载力应加强，箍筋面积增加或者箍筋间距减小，取s=200mm。代入 Vcs〉0，纵筋可不用弯起
Ρsv，min==0.24×1.43/210=0.163%
Ρsv=56.6/（200×160）=0.177%>0.163%满足要求。
4.主梁设计
主梁按弹性方法设计。
4.1 荷载计算值
为化简计算，将主梁自重等效为集中荷载。
次梁传来的永久荷载 10.04×6.9=69.28KN
主梁自重（含粉刷）（0.65-0.08×0.3×2.4×25×1.2+0.02×(0.65-0.08)×2×2.4×17×1.2=13.43KN
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
永久荷载设计值
G=69.28+13.43=82.71KN，取G=83KN
可变荷载设计值
Q=5.0×1.3×2.4×6.9=107.6KN 取Q=108KN
4.2 计算简图
主梁按连续梁计算，端部支承在砖墙上，支承长度为370mm；中间支承在400mm×400mm的混凝土柱上。其计算跨度
边跨 =7200-200-120=6880mm，因=172mm<a/2=185mm，取 =1.025+b/2=1.025×6880+400/2=7252mm，近似取=7250mm
中跨 =7200mm
主梁的计算简图如附图2“图3主梁的计算简图”
4.3 内力设计值及包络图
1）弯矩设计值
弯矩： M= 式中系数可由附表查得。
0.244×83×7.25+0.289×108×7.25=373.12KN.m
-0.267×83×7.25-0.311×108×7.25=-160.67-243.51=-404.18KN.m
0.067×83×7.2+0.200×83×7.2=40.04+156.60=196.64KN.m
2）剪力设计值
剪力 V=
式中系数均差附表可得。
60.84+93.53=154.37KN
-1.267×83-1.311×108=‐246.75
1.0×83+1.222×108=83+131.98=214.98KN
3) 弯矩、剪力包络图
弯矩包络图：
①第1、3跨有可变荷载，第二跨没有可变荷载
由附表知，支座B或C的弯矩值为：
-0.267×83×7.25-0.133×108×7.25=‐264.81KN.m
在第1跨内以支座弯矩KN.m的连线为基线，作G=83KN，Q=108KN的简支梁弯矩图，得第1个集中荷载和第2个集中荷载作用点处弯矩值分别为：
（G+Q）+=（83+108）×7.25-=373.31KN/m
（G+Q）+=（83+108）×7.25-=285.04KN.m
在第2跨内以支座弯矩=-264.81KN.m，
=× 83×7.2-264.81=‐65.61KN.m
② 第1、2跨有可变荷载，第3跨没有可变荷载
第1跨内：在第1跨内以支座弯矩=0，=‐
（G+Q）+=（83+108）×7.25-=326.86KN.m
（G+Q）+=（83+108）×7.25-=192.13KN.m
在第2跨内：-0.267×83×7.25-0.089×108×7.25=‐=‐404.18KN.m，=‐
=(83+108)×7.25-230.35+(-404.18+230.35)=115.35KN.m
=(83+108)×7.25-230.35+(-404.18+230.35)=173.29KN.m
第2跨有可变荷载，第1、3跨没有可变荷载
=-0.267×83×7.25-0.133×108×7.25=‐264.81KN.m
第2跨两集中荷载作用点处的弯矩为：
=(83+108)×=196.64接近）
第1、3跨两集中荷载作用点处的弯矩分别为：
=×83×7.25-×264.81=112.31KN.m
=×83×7.25-×264.81=24.04KN.m
弯矩包络图如图：附图 弯矩及剪力包络图
① 第1跨
=154.37KN;过第1个集中荷载后为154.37-83-108=-36.63KN；过第2个集中荷载后为-36.63-83-108=-227.63KN。
=‐246.75KN；过第1个集中荷载后为-246.75+83+108=‐55.75KN；过第2个集中荷载后为-55.75+83+108=135.25KN。
②第2跨
=214.98KN；过第1个集中荷载后为214.98-83=131.98KN。
当可变荷载仅作用在第2跨时
=1.0×83+1.0×108=191KN；过第1个集中荷载后为191-83-108=0。.
剪力包络图如图：
4.4承载力计算
1）正截面受弯承载力
跨内按T形截面计算，因80/615=0.13>0.1，翼缘计算宽度按=6.6m中较小确定，取=2.3m，取=650-35=615mm。判别T形截面类型
=1.0×14.3×2300×80×（615-）/=1539.3>，故属于第一类T形截面。
B支座边的弯矩设计值=-=‐404.18+191×0.30/2=‐
截面
1
B
2
弯矩设计值（KN.m）
373.12
-404.18
196.64
-65.61
或
=0.030
=0.280
=0.016
=0.040

0.985
0.832
0.992
0.980

1710.9
2326.6
895.3
302.4
选配钢筋（）
220+322（弯）
=1768
320+325（弯）
=2613
220+120（弯）
=941
214
=308
2）斜截面受剪承载力
验算截面尺寸：
==580-80=500mm，因/b=500/3001.67<4,截面尺寸按下式验算：
0.25=0.25×1×14.3×300×580=622.05×KN>，截面尺寸符合要求。
计算所需腹筋：
采用φ8@200双肢箍筋，
=0.7=0.7×1.43×210×580+1.25×210××580=250.76KN，均小于，即无需设弯起钢筋。
验算最小配箍率：
==0.17%>0.24=0.24×=0.163%，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=69.28+108=178KN，=650-500=150mm，附加箍筋布置范围s==2×150+3×200=900mm。取附加箍筋φ8@200双肢，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。另加吊筋1φ18，=254.5mm，则：=2×360×254.5×0.707+6×2×210×50.3=129550.68+126765=256.3×>，满足要求。
因主梁腹板高度大于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%，其间距不大于200mm。现每侧配置2φ14,308/（300×570）=0.18%>0.1%,满足要求。
5. 楼梯设计
5.1楼梯板的设计
取板厚h=150mm。踏板尺寸150mm×300mm，板的斜倾角tanα=150/300=0.5, cosα=0.894。可取1m板宽带计算。楼梯平面图如图附图楼梯平面图
（1） 荷载计算
楼梯板的计算列于表中，恒荷载分项系数=1.2；活荷载分项系数=1.3。总荷载设计值：1.2×7.43+1.3×8.0=19.32KN
梯段板的荷载
荷载种类
荷载标准值（KN/m）
恒荷载
水磨石面层
（0.3+0.15）×0.65/0.3=0.98
三角形踏步
0.5×0.3×0.15×25/0.3=1.88
混凝土斜板
0.15×25/0.894=4.19
板底抹灰
0.02×17/0.894=0.38
小计
7.43
活荷载
8.0
(2) 截面设计
板水平计算跨度=4200mm,弯矩设计值M=P/10=19.32×4.22/10=34.08KN·M。板的有效高度=150 mm-30mm=120mm。
=34.08×106/(1.0×14.3×1000×1202)=0.166
=0.909
==1487.8
选配φ12@75，=1508
分布筋每级踏步1根φ8。
5.2平台板的设计
设平台厚度h＝80mm,取1m宽板带计算。
(1) 荷载计算
平台板的荷载计算列于表中。
平台板的荷载
荷载种类
荷载标准值（KN·M）
恒
荷
载
水磨石面层
0.65
70mm厚混凝土板
0.08×25=2.00
板底抹灰
0.02×17=0.34
小计
2.99
活荷载
8.0
总荷载设计值p＝1.2×2.99+1.3×8.0=13.99KN
（2）截面设计
平台板的计算跨度=1.6+0.2-0.2/2+0.12/2=1.76m。弯矩设计值M==0.1×13.99×=80-20=60mm。
==0.084，计算=0.956
==359.5，选配φ8@140，=359
（3） 梯段板和平台配筋如图附图梯段板和平台配筋图
5.3 平台梁设计
设平台梁截面尺寸为200mm×350mm。
（1） 荷载计算
平台梁荷载计算列于表中。
平台梁的荷载
荷载种类
荷载标准值（KN·M）
恒
荷
载
梁自重
0.2×(0.35-0.07)×25=1.4
梁侧粉刷
0.2×(0.35-0.07)×2×17=0.19
平台板传来
4.33×1.8/2=3.90
梯段板传来
7.43×4.5/2=16.72
小计
21.21
活荷载

8.0×(4.5/2+1.8/2)=20.20
总荷载设计值p=1.2×22.21+1.3×25.20=59.41KN/m
（2）截面设计
计算跨度=1.05=1.05×（3.6-0.24）=3.53m。
弯矩设计值
M==59.41×/8=95.54KN.m
剪力设计值
V==59.41×3.36/2=99.81KN
截面按倒L形计算，=b+5=200+5×80=600mm，梁的有效高度=350-35=315mm。
经判别属第一类T形截面
==0.11，计算得=0.942
==894.6，选配3φ20，=941
选配φ8@200的箍筋，则斜截面受剪承载力
==0.7×1.43×200×315+1.25×210××315=104.65KN > 99.81KN 满足要求。
（3） 楼梯平台梁的配筋图如图附图楼梯平台梁配筋图
6.雨篷设计
6.1 雨篷板承载力计算
取1米板宽为计算单元，按悬壁板进行承载力计算
1. 荷载及内力计算
恒荷载设计值：（取平均板厚80mm）:
施工或检修集中荷载
板的计算跨度，则板固端弯距为

2．正截面受弯承载力计算
雨篷板根部板厚设
选用，实际的符合要求。分布钢筋采用
6.2雨篷梁计算
梁截面尺寸为设则
1. 荷载及内力计算
梁自重
20mm厚梁粉刷重
梁上砖砌体重
雨篷板传来的均布荷载
雨篷传来的集中荷载 1.4kN
雨篷梁的计算跨度取
弯矩：
剪力：
雨篷板均布荷载恒荷载对雨篷梁产生的力矩为：
kN.m/m
雨篷板集中荷载对雨篷梁产生的力矩为：
2．截面承载力计算：
由于雨篷梁承受弯，剪，扭共同作用的构件，故先验算其截面尺寸及是否需按计算配置抗扭钢筋：
所以截面尺寸符合要求。只需按照构造要求配置钢筋
受弯所需的纵向钢筋：
弯剪扭构件受扭纵向受力钢筋的最小配筋率应取：
且钢筋的间距不应大于200mm和截面的宽度。
所以
取两根14的三级钢，
按构造配箍筋：（弯剪扭）
所以间距S300mm
6.3 雨篷抗倾覆验算
1. 倾覆力矩
由图可知，雨篷总长度为4300mm。荷载设计值对计算倾覆点O产生的倾覆力矩按式计算，其中取：
。
2,抗倾覆力矩:
雨篷梁（包括粉刷）自重标准值：
雨蓬梁上砌体自重标准值：
（
恒荷载标准值总和：
雨篷的抗倾覆力矩设计值为：
所以满足要求。
6.4 雨篷设计及配筋图
如附图雨篷配筋图