-双向板课程设计.doc

北京科技大学课 程 设 计设计题目：钢筋混凝土现浇双向板楼盖设计课程名称： 钢筋混凝土结构设计 院 系：_ _土环学院土木工程系_ 班 级：_ _ 姓名：_ _ 学号：_ 设计时间：2013年5月23日至 6月7日共计2周二0 一二 年 六月 三十 日目 录一、设计任务书-1 1、设计目的和方法-1 2、设计资料-1 3、设计内容-2 4、设计任务-2 5、设计要求-2二、 设计计算书 -3 1、结构布置及构件尺寸选择-4 2、荷载设计值-4 3、板的计算-5 4、梁的计算-165、绘制施工图-29三、参考资料 -30四、小 结-31一、设计任务书 1、设计目的和方法 通过本设计对所学课程内容加深理解，并利用所学知识解决实际问题；培养学生正确的设计观点、设计方法和一定的计算、设计能力，使我们掌握钢筋混凝土现浇楼盖的设计方法和步骤；培养用图纸和设计计算书表达设计意图的能力，进一步掌握结构施工图的绘制方法。根据某多层建筑平面图，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构的要求，并考虑支承结构的合理性确定支承梁的结构布置方案。确定板的厚度和支承梁的截面尺寸及钢筋和混凝土强度等级。分别按照塑性计算方法和弹性理论计算方法进行板、支承梁的内力和配筋的计算。 2、设计资料(1)结构形式：某多层工业厂房，采用现浇钢筋混凝土结构，内外墙厚度均为300mm，设计时只考虑竖向荷载作用，要求完成该钢筋混凝土整体现浇楼盖的设计，其平面如图1.1所示。 （2）楼面做法：20mm厚水泥砂浆地面，钢筋混凝土现浇板，15mm厚石灰砂浆抹底。 （3）荷载：永久荷载主要为板、面层以及粉刷层自重，钢筋混凝土容重25kN/m3,水泥砂浆容重20kN/m3,石灰砂浆容重17kN/m3,分项系数Rg=1.2，分项系数Rq=1.3或1.4。 （4）材料：平面尺寸lox=3.6m，loy=4.2m。楼面均布活荷载q=6.0kN/m。混凝土强度等级为C30。采用HRB335钢筋。- 3、设计内容（1）双向板肋梁楼盖结构布置：确定板厚度，对板进行编号，绘制楼盖结构布置图。（2）双向板设计： 1按弹性理论进行板的设计以及绘制板的配筋图。 2按塑性理论进行板的设计以及绘制板的配筋图。（3）支承梁的设计。4、设计任务（1）设计书一份，包括封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计施工图、参考文献、设计心得、成绩评定表。（2）施工图纸 1结构平面布置图 2板的配筋图 3支承梁的配筋图5、设计要求施工图要求做到布图合理，图面整洁，按比例作图并符合“建筑制图统一标准”中关于线型、符号、图例等各项规定；图中书写字体一律采用仿宋体；同一张施工图中各截面编号及钢筋编号均不得重复。二、设计计算书1、 结构布置及构件尺寸选择双向板肋梁盖由板和支撑梁构成，支撑梁短边的跨度为3600mm，支撑梁长边的跨度为4200mm。根据柱网布置，选取的结构平面布置方案如图2.1所示。图2.1 结构平面布置板厚的确定：连续双向板的厚度一般大于或等于l/50=6300/50=126mm，且双向板的厚度不宜小于80mm，故取板厚为150mm。 支撑梁截面尺寸：根据经验，支撑梁的截面高度h=l/14l/8, 长跨梁截面高度h=(7200/147200/8)=514900mm,故取h=600mm。 长跨梁截面宽 b=h/3h/2=(600/3600/2)=200300mm,故取b=300mm。 短跨梁截面高 h=(6300/146300/8)mm=450788mm,故取h=600mm。 短跨梁截面宽 b= h/3h/2=200300mm,故取b=300mm。2、 荷载设计值20mm厚水泥砂浆地面0.0220kN/m3=0.4kN/m2150mm厚钢筋砼现浇板0.1525kN/m3=3.75kN/m220mm厚石灰砂浆抹底0.0217kN/m3=0.34kN/m2 恒荷载标准值：gk=0.4+3.75+0.34=4.49kN/m2 活荷载标准值：qk=4kN/m2 由可变荷载效应控制的组合：p=1.2g+1.3q=1.24.49+1.34=10.99 kN/m2 由永久荷载效应控制的组合：g+q=1.354.49+0.71.44=9.98kN/m2 可见，对板来言，由可变荷载效应控制。故： 折算恒载设计值：p=1.2g+1.3q/2=1.24.49+1.34/2=7.99 kN/m2 折算活荷载设计值：p=1.3q/2=1.34/2=2.6kN/m23.内力计算（1）计算跨度 内跨=，此处为轴线间的距离；边跨=，此处为板净跨，b为梁宽。（2）弯矩计算跨中最大正弯矩发生在活载为“棋盘式布置”时，即跨中弯矩为当内支座固支时g+q/2作用下的跨中弯矩与当内支座铰支时q/2作用下的跨中弯矩值两者之和。支座最大负弯矩可以近似按活载满布时求得，即为内支座固支时g+q作用下的支座弯矩。在上述各种情况中，周边梁对板的作用视为铰支座，如下图所示。计算弯矩时考虑泊松比的影响，在计算中近似取0.2。3. 板的计算按塑型理论计算钢筋混凝土为弹塑性体，因而按弹性理论计算结果不能反映结构的刚度随荷载而改变的特点，与已考虑材料塑性性质的截面计算理论也不协调。塑性铰线法是常用的塑性理论计算方法之一。塑性绞线法，是在塑性绞线位置确定的前提下，利用虚功原理建立外荷载与作用在塑性铰线上的弯矩二者间的关系式，从而求出各塑性铰线上的弯矩值，并依次对各截面进行配筋计算。基本公式：+（+）=（3-）令 n=，=，= （为板短边长度）考虑到节省钢材和配筋方便，一般取=2.0，为使在使用阶段两方向的截面应力较接近，宜取=（1/n）=（） 。先计算中间区格板，然后将中间区格板计算得出的各支座弯矩值作为计算相邻区格板支座的已知弯矩值，依次由内向外直至外区各板可一一解出。对边区格板，角区格板，按实际的边界支承情况进行计算。本设计采用弯起钢筋配筋方式。楼盖划分A，B，C,D四种区格板，每区格板均取=，=（），=2.0，其中为板短边长度，为板长边长度,且两者均为净跨。将跨内正弯矩区钢筋在离支座边处截断一半，则跨内正塑性铰线上的总弯矩，应按下式计算：=（-）+=（-）同理可得 =（-）=作用于板面上的荷载设计值为p=1.2g+1.3q=1.24.49+1.34=10.99 kN/m2（1）A区格板的计算板的计算跨度（净跨）：=6.3-0.3=6.0m，=7.2-0.3=6.9m，=（6.9/6.0）=1.32。弯矩计算跨内塑性铰线上的总弯矩为：=（-）=（6.9-6/4）1.32=7.13=4.5支座边负塑性铰线上的总弯矩为：=2.06.91.40=18.22=2.06=12由+（+）=（3-）（为短跨）得：7.13+4.5+=解上式可得=5.79 kN.m/m，于是有：配筋计算跨中截面积150-20=130mm，150-30=120mm，支座截面近似取130mm，近似取s为0.95。折减原则根据：1、中间跨的跨中截面及中间支座上应予以折减，折减系数为0.8；2、边跨的跨中截面及从楼板边缘算起的第二支座上，当1.5时，折减系数为0.8，当1.52时，折减系数为0.9。本设计资料中，1.5，所以折减系数为0.8；3、角区格不应折减。方向跨中： = =165mm方向跨中： = =135mm方向支座：= =330mm方向支座：= =270mm（2）B区格板的计算板的计算跨度（净跨）：=6.3-0.3=6m，=7.2-0.3=6.9m，=（6.9/6.0）=1.32。弯矩计算跨内塑性铰线上的总弯矩为：=（-）=（6.9-6/4）1.32=7.13=4.5支座边负塑性铰线上的总弯矩为：将A区格板算得的短跨支座弯矩=11.58kN.m/m 作为B区格板的。=2.06.91.32=18.22=0，=611.58=69.48 kN.m/m由+（+）=（3-）（为短跨）得：7.13+4.5+18.22+69.48=解上式可得=6.95kN.m/m，于是有：配筋计算（折减计算原则为A区格板计算中所提的）方向跨中： = =192mm方向跨中： = =158mm方向支座：= =384mm= =495mm（角区格不折减）（3）C区格板的计算板的计算跨度（净跨）：=6.3-0.3=6m，=7.2-0.3=6.9m，=（6.9/6.0）=1.32。弯矩计算跨内塑性铰线上的总弯矩为：=（-）=（6.9-6/4）1.32=7.13=4.5支座边负塑性铰线上的总弯矩为：将A区格板算得的短跨支座弯矩=15.28kN.m/m作为B区格板的。=0，=6.915.28=105.43kN.m/m=2.06=12由+（+）=（3-）（为短跨）得：7.13+4.5+12+105.43=解上式可得=8.02kN.m/m，于是有：配筋计算（折减计算原则为A区格板计算中所提的）方向跨中： = =229mm方向跨中： = =188mm方向支座： = =433mm（角区格不折减）（4）D区格板的计算板的计算跨度（净跨）：=6.3-0.3=6m，=7.2-0.3=6.9m，=（6.9/6.0）=1.32。弯矩计算跨内塑性铰线上的总弯矩为：=（-）=（6.9-6/4）1.32=7.13=4.5支座边负塑性铰线上的总弯矩为：将B区格板算得的短跨支座弯矩=18.34kN.m/m作为D区格板的；将C区格板算得的短跨支座弯矩=16.04kN.m/m 作为D区格板的。=0，=126.55kN.m/m=0，=96.24kN.m/m由+（+）=（3-）（为短跨）得：7.13+(126.55+96.24)= 解上式可得=11.26kN.m/m，于是有：配筋计算（折减计算原则为A区格板计算中所提的）方向跨中： = =401mm方向跨中： = =329mm(5)按塑性法选配钢筋表2.7 塑性法板截面配筋计算截面h0（mm2）计算钢筋面积As（mm2）选用钢筋筋（mm2）实际配筋面积（mm2）跨中A区格X13016510100785Y12013510100785B区格X13019210100785Y12015810100785C区格X13022910100785Y12018810100785D区格X13040110100785Y12032910100785支座AA13033010100785AB13027010100785AC13028010100785BB13038410100785BD13049510100785CD13043310100785注：边支座支撑在墙上按构造配筋，选配10100。4.双向板支承梁设计按弹性理论设计支承梁。双向板支承梁承受的荷载如图2.8所示：图 图2.8（1）短跨支承梁L-1设计1）计算跨度。由于此结构属于内框架结构，梁在外墙上的支撑长度围墙后a=300mm,内柱子的尺寸为300mm300mm。故：边跨：ly1=ln+（a+b）/2=（6.3-0.15-0.15+0.12）+（0.15+0.3)/2=6.285m Ly2=1.025ln+b/2=1.025（6.3-0.15-0.15+0.12）+0.3/2=6.322m取小值：ly1=6.285m中跨：去支撑中心线的距离，l=6.3m平均跨度：（6.285+6.3）/2=6.29m跨度差：（6.3-6.285）/6.3=0.2%，可按等跨连续梁计算。(2）荷载计算由板传来的恒荷载设计值：= kN/m ；由板传来的活荷载设计值： kN/m ； 梁自重： kN/m ； 梁粉刷抹灰：1.2*=0.39 kN/m ； 梁自重及抹灰产生的均布荷载设计值： kN/m。纵向支承梁L-1的计算简图如图2.9所示图2.9 纵向支承梁L-1的计算简图3）内力计算。弯矩计算： （k值由表查得）边跨： 中跨： kN.m kN.m kN.m kN.m kN.m kN.m平均跨（计算支座弯矩时取用） kN.m kN.m kN.m 纵梁弯矩计算如表2.10所示：表2.10 纵向支承梁L-1弯矩计算项次荷载简图恒荷载恒荷载活荷载-35.78活荷载-20.35-8.95活荷载-17.27活荷载-13.89活荷载-19.21412活荷载-19.21-42.12活荷载4.96-15.52内力组合+169.22-150.417.28-112.55127.35+66.2-150.41109.04-112.55127.35+146.91-202.2491.77-98.9737.28106.57+72.66-136.8489.3-168.07109.07167.98+164.61-161.7421.96-68.0758.67+67.34-148.11103.37-123.8212.43+91.51-99.7925.66-122.59116.5最不利内力组合项次+组合值/(kN.m)66.2-202.247.28-168.0712.43组合项次+组合值/(kN.m)169.22-99.79109.04-68.07127.35注：无k值系数的弯矩是根据结构力学的方法由比例关系求出的。剪力计算：（k值可查表得）边跨： 中跨： kN.m kN.m kN.m kN.m kN.m kN.m纵向支撑梁剪力计算如表2.11所示：表2.11 纵向支承梁L-1剪力计算项次荷载简图恒荷载恒荷载活荷载活荷载活荷载活荷载活荷载活荷载活荷载内力组合+83.24-27.9966.37-56.210422+51.66-32.19109.41-99.2161.29+76.0320.66118.53-90.0958.89+422-80.3799.37-108.858.46+81.7-126.8474.13-48.4558.88+40.66-81.91107.51-101.1168.69+47.36-75.2157.95-63.63104.31最不利内力组合项次+组合值/(kN)40.66-126.8457.95-108.958.46组合项次+组合值/(kN)83.24-20.66118.53-48.45104.314）正截面承载力计算确定翼缘宽度。跨中截面按T形截面计算。根据混凝土设计规范GB50010-2002第7.2.3条的规定，翼缘宽度取较小值。边跨： 取较小值 中间跨： 取较小值支座截面仍按矩形截面计算。判断截面类型。在纵横梁交接处，由于板，横梁及纵梁的负弯矩钢筋相互交叉重叠，短跨方向梁的钢筋一般均在长跨方向梁钢筋的下面，梁的有效高度减小。因此进行短跨方向梁支座截面承载力计算时，应根据其钢筋的实际位置来确定截面的有效高度。一般取值为：单排钢筋时，；双排钢筋时，。取=540mm（跨中），=510mm（支座）。 =1462.8kN.m169.22kN.m属于第一类T形截面。正截面承载力计算。按弹性理论计算连续梁内力时，本设计资料图中中间跨和边跨的计算跨度都取为支座中心线间的距离，故所求的支座弯矩和支座剪力都是指支座中心线间的。而实际上正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力的控制截面在支座边缘，所以计算配筋时，将其换算到截面边缘。纵梁正截面承载力计算见表5。 计算截面计算过程跨中1、5支座B、E跨中2支座C、D中间跨中lx169.22-202.24109.047.28-168.07127.3612.43V169.22-184.46109.047.28-152.42127.3512.430.0260.2130.01850.0040.1590.0220.0050.0260.2420.01870.0040.1610.0230.0050.9870.87909910.9980.92109850.99710581420679451126108877选配钢筋422422422216422422216实配As（mm2）15201520152040215201520402配筋率0.8%0.8%0.8%0.220.64%0.64%0.22根据混凝土设计规范GB50010-2002第9.5.1条的规定，纵向受力钢筋的最小配筋率为0.2%和0.45中的较大值，这里即0.2%。表2.12中的配筋率满足要求，配筋形式采用分离式。表2.12 向支承梁L-1正截面受弯承载力计算纵斜截面受剪承载力计算纵向支承梁L-1斜截面受剪承载力计算见表2.13，根据混凝土设计规范GB50010-2002第10.2.1条的规定该梁中箍筋最大间距为200mm。表2.13 纵向支承梁L-1斜截面受剪承载力计算 计算截面计算过程A支座B支座左B支座右C支座左C支座右lx83.24126.84118.53108.85104.310.4V 截面满足要求-22.023.30.4 按构造配筋能满足要求0.1190.0170.0003箍筋直径和肢数HRB3358 双肢312212312214212实配间距/mm200200200200200200配筋率=0.17% 0.13%三、梁的计算按弹性理论设计支承梁。双向板支承梁承受的荷载如图1-4所示：图1-4 双向板支承梁承受的荷载（1）支座弯矩按弹性理论设计计算梁的支座弯矩时，可按支座弯矩等效原则，按下式将三角形荷载和梯形荷载等效为均布荷载Pe。三角形荷载作用时：（lx方向）：Pe=5/8P梯形荷载作用时： （ly方向）：Pe=(1-212+13)P其中：P=Plx/2=(g+q) lx=10.99*6.3/2=34.62 kN/m 1=(lx/2)/ly=6.3/2/7.2=0.44 即 Pe=5/8P=5/8 34.62 =21.64 kN/m Pe=(1-20. 442+0.443)* 21.64=15.1 kN/m纵向支承梁L-1设计：计算跨度：边跨：l1= ln1+（a+b）/2=6.3-0.20/2+（0.4+0.3）/2=6.4m 1.025ln1+ b/2=1.025(6.3-0.20-0.20/2)+0.3/2=6.3m取小值l1=6.3m中间跨：l2=6.3m平均跨度：（6.3+6.3）/2=6.3m跨度差：0,可按等跨连续梁计算。荷载计算：梁自重：25*0.3*(0.6-0.12)=3.6 kN/m梁粉刷抹灰自重：0.02（0.6-0.12）*17=0.33 kN/m灰产生的均布荷载设计值g=1.2（3.6+0.33）=4.71 kN/m纵向支承梁L-1的计算简图如图所示 图1-5 纵向支承梁L-1的计算简图将三角形荷载折算成均布荷载后，作用在梁上的荷载设计值：21.64+4.71=26.35 kNm查教材附表一得：跨内最大弯矩： M12=0.078Pelx21.2=0.07826.356.32*1.2=97.89 kNmM23=0.033Pelx21.2=0.03326.356.321.2=41.41 kNmM34=0.046Pelx21.2=0.04626.356.321.2=57.7 kNmM45=41.41 kNmM56=97.89kNm支座弯矩：M1=M6=0M2=M5=-0.105Pelx21.2=131.78 kNmM3=M4=-0.079Pelx1.22=98.89kNm横向支承梁L-2设计计算跨度：边跨：l1= ln1+（a+b）/2=7.2-0.3/2-0.1/2+（0.3+0.2）/2=7.2m 1.025ln1+ b/2=1.025(7.4-0.3/2-0.2/2)+0.2/2=7.149m 取小值l1=7.149m中间跨：l2=7.2m平均跨度：（7.149+7.2）/2=7.174m跨度差：（7.2-7.149）/7.149=1.2%,可按等跨连续梁计算。荷载计算：梁自重：25*0.3*(0.6-0.12)=3.6 kN/m梁粉刷抹灰自重：0.02（0.6-0.12）*17=0.33 kN/m灰产生的均布荷载设计值g=1.2（3.6+0.33）=4.71 kN/m横向支承梁L-2的计算简图如图所示图1-6 横向支承梁L-2的计算简图作用在梁上的荷载设计值：15.1+4.71=20.31 kNm查教材附表一得：跨中最大弯矩：MAB=0.080Pely21.2=0.08020.317.14921.2=-99.65kNmMBC=0.025Pely21.2=0.02520.317.221.2=-31.1 kNmMCD=99.65 KNm 支座弯矩：MA=MD=0MB=MC=-0.100Pely21.2=-0.10039.337.17421.2=-124.56 kNm (2)剪力计算查教材附表一得：纵向支承梁L-1：V1=0.394Pelx=0.39426.356.3=65.41 kNV2L=-0.606Pelx=-0.60626.356.3=-100.6 kNV2R=0.576Pelx=0.57626.356.3=78.69 kNV3L=-0.474Pelx=-0.47426.356.3=-78.69 kNV3R=0.500Pelx=0.50026.356.3=83 kNV4L=-0.500Pelx=-83 kNV4R=0.474Pelx=78.69kNV5L=-0.576Pelx=-78.69kNV5R=0.606Pelx=100.6kNV6=-0.394Pelx=-65.41kN横向支承梁L-2：VA=0.400Pely=0.40020.317.2=58.49 kN VBL=-0.600Pely=-0.60020.317.2=-87.74 kNVBR=0.500Pely=0.50020.317.2=73.11 kNVCL=-0.500Pely=-73.11kNVCR=0.600Pely=87.74kNVD=-0.400Pely=-58.49kN(3)配筋计算C20凝土：1=1; fc=9.6mm2; ft=1.1kN/mm2HRB335钢筋：fy=300KN/mm2图1-7 支承梁的截面尺寸简图验算截面尺寸：纵向支承梁L-1：b=300mm,h0=h-40=560mm,hw=h0=560mm，hw/b=560/200=2.80Vmax=100.6 kN截面满足要求。横向支承梁L-2：b=300mm,h0=h-40=560mm,hw=h0=560mm，hw/b=560/200=2.8Vmax=87.74 kN正截面受弯承载力计算根据题意，受弯承载力计算过程见表13。计算过小，则按构造配筋.纵向受力钢筋的最小配筋率为0.2%和0.45中的较大值，这里即0.2%。表1-3中的配筋率满足要求。表13 纵筋计算 计算截面计算过程跨中1-25-6跨中2-34-5跨中3-4支座2、5支座3、4lxM（kNm）97.8941.4157.7131.7898.89s=M/1fcbh020.1170.0490.0690.1580.118=1-0.060.0250.0350.0820.061As=1fcbh0/fy（mm2）311130182426313选配钢筋218218218218218实配As（mm2）509509509509509 计算截面计算过程跨中ABCD跨中BC支座B、ClyM99.6531.1124.56s0.1330.0420.1660.0690.0210.088As338103431选配钢筋218218218实配As（mm2）509509509 (4)斜截面受剪承载力计算纵向支承梁L-1:0.7ftbh0=0.71.1300560=129.36KNVmax=100.6kN横向支承梁L-2:0.7ftbh0=0.71.1300510=117.81KNVmax=87.74kN 即按构造配置腹筋。 配筋率 ：svmin=0.36ft/fyv=0.361.1/300=0.13% 纵向支承梁L-1： =Asv/bs=2*50.3/300/200=0.17%svmin 选配双肢箍筋（n=2）, 8200。横向支承梁L-2： =Asv/bs=100.6/300/200=0.17%svmin 选配双肢箍筋（n=2）, 8200。5.绘制施工图（1）双向板配筋图根据计算结果并考虑构造要求，绘制按弹性理论计算的板配筋图。板配筋图见附页1。（2）双向板支承梁配筋图根据计算结果并考虑构造要求，分别绘制纵向支承梁L-1和横向支承梁L-2的配筋图。梁配筋图见附页2、3。三、参考文献1. 混凝土结构设计规范（GB-50010-2002）中国建筑工业出版社 2. 混凝土结构荷载规范（GB-50009-2001）中国建筑工业出版社 3.混凝土结构设计中国建筑工业出版社 梁兴文、史庆轩编4.混凝土结构设计原理中国建筑工业出版社 梁兴文、史庆轩编5.混凝土结构武汉理工大学出版社 张保善编6.混凝土结构基本原理中国建筑工业出版社 同济大学编7.混凝土及砌体结构中国建筑工业出版社 王振东编8.钢筋混凝土原理清华大学出版社 过镇海编四、设计心得本次课程设计历时两周，本人进行的是双向板肋梁楼盖设计，在经过老师指导、同学讨论、查阅资料后最终得以完成。通过此次课程设计，本人在知识掌握、知识应用、办事方法等方面都感触颇多。通过本设计，我对所学课程内容进一步加深理解，并利用所学知识解决实际问题；设计观点、设计方法得到了提升，拥有了一定的计算、设计能力，使我掌握钢筋混凝土现浇楼盖的设计方法和步骤；用图纸和设计计算书表达设计意图的能力也得到了培养，并进一步掌握结构施工图的绘制方法。最后，本次课程设计让我更加懂得去认真、耐心地对待每一件事，只有认真地对待才有满意的结果。双向板肋梁楼盖设计只是混凝土结构设计中的冰山一角，而其包含知识之多、过程的繁琐足以让我知道，要掌握好混凝土结构设计这门课，还需要对书本知识的充分理解和以后多进行实际运用。26