混凝土结构课程设计厂房单向板设计.docx

网络教育学院
《钢筋混凝土结构课程设计》

题 目：松江诺派厂房单向板设计

学习中心： 奥鹏远程教育上海学习中心[24]
专 业： 土木工程
年 级： 2012年 秋 季
学 号：
学 生：
指导教师：

1 基本情况
一、设计资料
诺派厂房。采用钢筋混凝土内框架承重，外墙为370mm砖砌承重。采用单向板肋梁楼盖。
楼面做法：20mm厚水泥砂浆面层，钢筋混凝土现浇板，15mm厚石灰砂浆抹灰。
荷载：永久荷载，包过梁、柱、板及构造层自重，钢筋混凝土容重25,水泥砂浆容重20，石灰砂浆容重17，分项系数。可变荷载，楼面均分布荷载为7.5，分项系数。
材料选用：混凝土采用C30（=14.3，=1.43）
钢筋 主梁、次梁采用HRB335级（=300）钢筋，其它均用HPB300级（=270）钢筋。

+

二、楼盖的结构平面布置
主梁沿房屋的横向布置，次梁沿纵向布置。主梁的跨度是5.7m,次梁的跨度是4.8m。梁每跨内布置两根次梁。其间距是1.9m。楼盖的布置如图1所示。

根据构造要求，板厚取
次梁截面高度应满足
取h=400mm，截面宽度取为b=200mm。
主梁的截面高度应满足
取截面高度h=500mm，截面宽度取为b=250mm。

三、板的计算
按塑性分析法计算内力。
1、荷载
恒荷载标准值：
20mm水泥砂浆面层
80mm钢筋混凝土板
15mm厚石灰砂浆抹灰

活荷载标准值
横荷载设计值
活荷载设计值
合计
2、内力计算
次梁的截面，板在墙上的支撑长度为，则板的计算跨度为：
边跨

中间跨
跨度差说明可按等跨连续板计算内力。取1m宽板作为计算单元，计算简图如图1所示。

连续板各截面的弯矩计算见表1.
表1 连续板各截面弯矩计算
截面
1
边跨跨内
B
离端第二支座
2
中间跨跨内
C
中间支座
弯矩计算系数

计算跨度

截面承载力计算
。C30混凝土，=14.3。HPB300钢筋，=270，连续板各截面的配筋计算见表2.
表2连续板各截面配筋计算
截面位置
边区板带（1-2，5-6轴线间）
中间区板带（2-5轴线间）
边跨跨内

离端第二支座

离端第二支跨跨内、中间跨跨内
中间支座
边跨跨内
离端第二支座
离端第二跨跨内、中间跨跨内
中间支座
M（）
3.48
-3.48
2.34
-2.67
3.48
-3.48
0.82.34=1.87
0.8(-2.67)=-2.14

0.067
0.067
0.045
0.052
0.067
0.067
0.036
0.041

0.069
0.069
0.046
0.054
0.069
0.069
0.037
0.042

219
219
146
172
219
219
118
134
选配钢筋
6/8@170
6/8@170
6@190
6@160
6/8@170
6/8@170
6@200
6@200
实配钢筋面积
228
228
149
177
228
228
141
141
支座截面的受压区高度系数均小于0.35，满足弯矩调幅的要求；

所以，
板的裂缝验算
裂缝宽度验算属于正常使用极限状态，采用荷载的标准组合。按弹性方法计算截面弯矩，考虑可变荷载的最不利布置，有

式中—折算永久荷载标准值，
—折算可变荷载标准值，
—五跨连续板满布荷载下相应截面的弯矩系数，按有关表格查的；
—五跨连续板最不利荷载布置下相应的弯矩系数，按有关表格查的。
由荷载标准组合产生的跨中和支座弯矩：

受弯构件的受力特征系数，光面钢筋的相对粘结特征系数，C30混凝土抗拉强度标准值；保护层厚度c=15mm<20mm,取c=20mm，计算过程见表2，裂缝宽度均小于一类环境规范规定值。
板的裂缝宽度验算
截面
1
B
2
C
3

2.32
-3.05
1.30
-2.42
1.59

228
228
149
149
149

202.9
266.8
170.6
317.5
208.6

0.01
0.01
0.01
0.01
0.01

0.456
0.610
0.334
0.689
0.474
(mm)
11.43
11.43
8.57
8.57
8.57
(mm)
129.44
129.44
106.56
106.56
106.56
(mm)
0.108
0.191
0.055
0.210
0.095
注: ,取。
板的挠度验算
截面的短期刚度由下式确定：

式中，，矩形截面，各截面的短周期刚度如下表所示。
截面
1
B
2
C
3

219
219
146
146
146

0.456
0.610
0.334
0.689
0.474

0.0037
0.0037
0.0024
0.0024
0.0024

1.882
1.567
1.612
1.010
1.305
由表2可见，与很接近，满足0.5<<2,按《混凝土结构设计规范》可取整跨刚度为计算挠度，这样的简化使挠度计算大为方便。
长期刚度按下式确定

其中，

第一跨挠度最大，对于等跨连续板可只验算该跨挠度。永久荷载满布，可变荷载在1，3，5跨布置，又相应表格查的相应的挠度系数分别是和，于是挠
度：

3、绘制板施工图
板采用分离式配筋。

三、次梁计算
次梁按考虑塑性内力重分布方法计算。

1.荷载
恒荷载设计值
由板传来
次梁自重
梁侧抹灰

活荷载设计值
由板传来
合计
2.内力计算

计算跨度
边跨

取=4.675
中间跨
跨度差，说明可按等跨连续梁计算内力。计算简图如图2所示。

连续次梁各截面弯矩及剪力计算分别见表3表4.
表3连续次梁弯矩计算

截面
1
边跨跨中
B
离端第二支座
2
中间跨跨中
C
中间支座
弯矩计算系数

计算跨度

表4连续次梁剪力计算
截面
A
边支座
B（左）
离端第二支座
B（右）
离端第二支座
C
中间支座
剪力计算系数

0.45
0.6
0.55
0.55
净跨度
=4.675
=4.675
=4.55
=4.55

54.67
74.81
66.74
66.74

正截面承载力计算
正截面承载力计算时，支座按矩形截面计算，跨中按T形截面计算，翼缘宽度取，又，故取
一类环境，梁的混凝土保护层厚度要求为25mm，单排钢筋截面有效高度取=365mm。
判别T型截面类型：

各跨跨中均属于第一类T型截面。
次梁的正截面承载力过程见表
次梁正截面受弯承载力计算
截面
边跨跨中（1）
离端第二支座（B）
离端第二跨跨中（2）
中间跨跨中（3）
中间支座（C）
弯矩设计值（）
53.00
53.00
34.51
-39.44

0.160
0.160
0.091
0.104

0.175
0.175
0.096
0.110
选配钢筋

564.2
1044
334.0
383
实际配筋
512
322
312
412

=565
=1140
=339
=452
计算结果表明均小于0.35，符合塑性内力重分布的条件。
，满足最小配筋率的要求。

斜截面受剪承载力计算。
计算内容包括：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
，截面尺寸按下式验算：

截面尺寸满足要求。
（2）计算所需腹筋
采用6双箍，计算支座B左侧截面，。由斜截面受剪承载力计算公式确定箍筋间距s:

调幅后受剪承载力应加强，梁局部范围内将计算的箍筋面积增加20%。先调幅整箍筋间距，，大于箍筋最大间距200mm，最后取s=200mm。
（3）验算最小配箍率
弯矩调幅时要求的配箍率下限为，实际配箍率，满足最小配箍率的要求。
次梁的裂缝宽度验算
次梁的折算永久荷载；折算可变荷载。变形钢筋的相对粘度特征系数，混凝土的保护层厚度c=25mm。
荷载标准值下弹性分析的荷载弯矩系数，裂缝宽度的计算过程见表2，各截面的裂缝宽度均满足要求。
表2 次梁的裂缝宽度验算
截面
1
B
2
C
3

41.00
-51.55
24.54
-41.48
28.65

565
565
339
402
339

245.32
308.45
227.96
324.94
266.14

0.0141
0.0141
0.0100
0.0101
0.0100

0.722
0.799
0.629
0.702
0.609
(mm)
12
12
12
12
12
(mm)
115.59
115.59
143.5
142.54
143.5
(mm)
0.208
0.264
0.195
0.276
0.221
由荷载标准组合产生的跨中和支座弯矩：

次梁的挠度验算
按等刚度跨度连续梁计算边跨跨中挠度。短期刚度：

其中，；
；
。
长期刚度：

其中，

挠度系数与板相同，挠度：

3.绘制次梁施工图

四、主梁计算
主梁按弹性理论设计。
1.荷载
为简化计算，将主梁自重及梁侧抹灰重量等效为集中荷载。
荷载设计值：
由次梁传来 8.174.8=39.22
主梁自重 1.20.25（0.65-0.08）1.9172=8.13
梁侧抹灰 1.20.015（0.65-0.08）1.9172=0.67
G=48.02
活荷载设计值：
由次梁传来Q=18.54.8=88.8
G+Q=136.82

2.计算简图
主梁端部支承在砖墙上，支承长度为370mm；中间支承在柱上，钢筋混凝土柱截面为350mm350mm；墙、柱为主梁的铰支座，主梁连续梁计算。
计算跨度：
边跨

取最小值
中间跨：

跨度差 （5.715-5.7）/5.7=0.26%<10%，则可以按等跨连续梁计算。
主梁的计算简图见图
3.内力计算及包络图
内力计算可采用等跨连续梁的内力系数进行计算，跨中和支座截面最大弯矩及剪力按下式计算：

不同截面下的弯矩及剪力的计算见表3，表4
表3主梁弯矩计算
项次
荷载简图

①

②

③

④

⑤

基本不利内力
①+②
213.63
166.37
-140.68
-48.93
-48.93
-140.68
①+③
44.64
-2.63
-140.68
119.61
119.61
-140.68
①+④
183.18
106.48
-230.91
66.97
104.43
-118.38
①+⑤
51.9
12.6
-118.38
104.43
66.97
-230.91

主梁剪力值计算
序号
计算简图

①

②

③

④

最不利内力
①+②
112.1
-161.54
48.02
①+③
96.38
-177.26
156.53
①+④
27.3
-68.74
117.99

主梁正截面受弯承载力计算
跨内按T形截面计算，其翼缘宽度为：

取=1210mm，取。
判别T形截面类型：

故属于第一类T形截面。

主梁正截面承载力的计算
截面
1
B
2
弯矩设计值（）
213.63
-203.55
119.61
-48.93

0.064
0.294
0.032
0.063

0.9669
0.8200
0.9837
0.9674

1673.8
1880.5
871.6
362.6
选配钢筋
620
620
320
220
实配钢筋面积（）
1884
1884
942
628

主梁斜截面受剪承载力的计算
（1）验算截面尺寸
，截面尺寸按下式验算：

截面尺寸满足要求。
（2）计算所需腹筋
采用6@150双箍
,可知B截面上的剪力与刚好，现配两根弯起，220，面积为628。
验算最小配箍率
>
，满足要求。
主梁裂缝宽度验算
受弯构件的受力特征系数，变形钢筋的相对粘结特征系数，C30混凝土抗拉强度标准值；保护层厚度c=25mm。主梁各截面的裂缝宽度验算过程见表2，各截面的裂缝宽度均满足要求。
表中B支座边缘弯矩标准值：

截面
1
B
2

178.6
-204.01
93.12
-36.46

1884
1884
942
628

247.6
282.9
244.35
143.5

0.0301
0.0301
0.0151
0.0100

0.9247
0.947
0.7459
0.1895
(mm)
20
20
20
20
(mm)
100.8
100.8
153.46
207.5
(mm)
0.219
0.256
0.180
0.054

主梁的挠度验算
按等刚度跨度连续梁计算边跨跨中挠度。短期刚度：

其中，；
；
。

其中，
挠度系数与板相同，挠度：

3.主梁施工图

2 单向板结构设计
2.1 板的设计
2.1.1、板的计算
按塑性分析法计算内力。
1、荷载
恒荷载标准值：
20mm水泥砂浆面层
80mm钢筋混凝土板
15mm厚石灰砂浆抹灰

活荷载标准值
横荷载设计值
活荷载设计值
合计
2、内力计算
次梁的截面，板在墙上的支撑长度为，则板的计算跨度为：
边跨

中间跨
跨度差说明可按等跨连续板计算内力。取1m宽板作为计算单元，计算简图如图1所示。

连续板各截面的弯矩计算见表1.
表1 连续板各截面弯矩计算
截面
1
边跨跨内
B
离端第二支座
2
中间跨跨内
C
中间支座
弯矩计算系数

计算跨度

截面承载力计算
。C30混凝土，=14.3。HPB300钢筋，=270，连续板各截面的配筋计算见表2.
表2连续板各截面配筋计算
截面位置
边区板带（1-2，5-6轴线间）
中间区板带（2-5轴线间）
边跨跨内

离端第二支座

离端第二支跨跨内、中间跨跨内
中间支座
边跨跨内
离端第二支座
离端第二跨跨内、中间跨跨内
中间支座
M（）
3.48
-3.48
2.34
-2.67
3.48
-3.48
0.82.34=1.87
0.8(-2.67)=-2.14

0.067
0.067
0.045
0.052
0.067
0.067
0.036
0.041

0.069
0.069
0.046
0.054
0.069
0.069
0.037
0.042

219
219
146
172
219
219
118
134
选配钢筋
6/8@170
6/8@170
6@190
6@160
6/8@170
6/8@170
6@200
6@200
实配钢筋面积
228
228
149
177
228
228
141
141
支座截面的受压区高度系数均小于0.35，满足弯矩调幅的要求；

所以，
板的裂缝验算
裂缝宽度验算属于正常使用极限状态，采用荷载的标准组合。按弹性方法计算截面弯矩，考虑可变荷载的最不利布置，有

式中—折算永久荷载标准值，
—折算可变荷载标准值，
—五跨连续板满布荷载下相应截面的弯矩系数，按有关表格查的；
—五跨连续板最不利荷载布置下相应的弯矩系数，按有关表格查的。
由荷载标准组合产生的跨中和支座弯矩：

受弯构件的受力特征系数，光面钢筋的相对粘结特征系数，C30混凝土抗拉强度标准值；保护层厚度c=15mm<20mm,取c=20mm，计算过程见表2，裂缝宽度均小于一类环境规范规定值。
板的裂缝宽度验算
截面
1
B
2
C
3

2.32
-3.05
1.30
-2.42
1.59

228
228
149
149
149

202.9
266.8
170.6
317.5
208.6

0.01
0.01
0.01
0.01
0.01

0.456
0.610
0.334
0.689
0.474
(mm)
11.43
11.43
8.57
8.57
8.57
(mm)
129.44
129.44
106.56
106.56
106.56
(mm)
0.108
0.191
0.055
0.210
0.095
注: ,取。
板的挠度验算
截面的短期刚度由下式确定：

式中，，矩形截面，各截面的短周期刚度如下表所示。
截面
1
B
2
C
3

219
219
146
146
146

0.456
0.610
0.334
0.689
0.474

0.0037
0.0037
0.0024
0.0024
0.0024

1.882
1.567
1.612
1.010
1.305
由表2可见，与很接近，满足0.5<<2,按《混凝土结构设计规范》可取整跨刚度为计算挠度，这样的简化使挠度计算大为方便。
长期刚度按下式确定

其中，

第一跨挠度最大，对于等跨连续板可只验算该跨挠度。永久荷载满布，可变荷载在1，3，5跨布置，又相应表格查的相应的挠度系数分别是和，于是挠度：

2.2 次梁的设计
2.2.1、次梁计算
次梁按考虑塑性内力重分布方法计算。

1.荷载
恒荷载设计值
由板传来
次梁自重
梁侧抹灰

活荷载设计值
由板传来
合计
2.内力计算

计算跨度
边跨

取=4.675
中间跨
跨度差，说明可按等跨连续梁计算内力。计算简图如图2所示。

连续次梁各截面弯矩及剪力计算分别见表3表4.
表3连续次梁弯矩计算

截面
1
边跨跨中
B
离端第二支座
2
中间跨跨中
C
中间支座
弯矩计算系数

计算跨度

表4连续次梁剪力计算
截面
A
边支座
B（左）
离端第二支座
B（右）
离端第二支座
C
中间支座
剪力计算系数

0.45
0.6
0.55
0.55
净跨度
=4.675
=4.675
=4.55
=4.55

54.67
74.81
66.74
66.74

正截面承载力计算
正截面承载力计算时，支座按矩形截面计算，跨中按T形截面计算，翼缘宽度取，又，故取
一类环境，梁的混凝土保护层厚度要求为25mm，单排钢筋截面有效高度取=365mm。
判别T型截面类型：

各跨跨中均属于第一类T型截面。
次梁的正截面承载力过程见表
次梁正截面受弯承载力计算
截面
边跨跨中（1）
离端第二支座（B）
离端第二跨跨中（2）
中间跨跨中（3）
中间支座（C）
弯矩设计值（）
53.00
53.00
34.51
-39.44

0.160
0.160
0.091
0.104

0.175
0.175
0.096
0.110
选配钢筋

564.2
1044
334.0
383
实际配筋
512
322
312
412

=565
=1140
=339
=452
计算结果表明均小于0.35，符合塑性内力重分布的条件。
，满足最小配筋率的要求。

斜截面受剪承载力计算。
计算内容包括：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
，截面尺寸按下式验算：

截面尺寸满足要求。
（2）计算所需腹筋
采用6双箍，计算支座B左侧截面，。由斜截面受剪承载力计算公式确定箍筋间距s:

调幅后受剪承载力应加强，梁局部范围内将计算的箍筋面积增加20%。先调幅整箍筋间距，，大于箍筋最大间距200mm，最后取s=200mm。
（3）验算最小配箍率
弯矩调幅时要求的配箍率下限为，实际配箍率，满足最小配箍率的要求。
次梁的裂缝宽度验算
次梁的折算永久荷载；折算可变荷载。变形钢筋的相对粘度特征系数，混凝土的保护层厚度c=25mm。
荷载标准值下弹性分析的荷载弯矩系数，裂缝宽度的计算过程见表2，各截面的裂缝宽度均满足要求。
表2 次梁的裂缝宽度验算
截面
1
B
2
C
3

41.00
-51.55
24.54
-41.48
28.65

565
565
339
402
339

245.32
308.45
227.96
324.94
266.14

0.0141
0.0141
0.0100
0.0101
0.0100

0.722
0.799
0.629
0.702
0.609
(mm)
12
12
12
12
12
(mm)
115.59
115.59
143.5
142.54
143.5
(mm)
0.208
0.264
0.195
0.276
0.221
由荷载标准组合产生的跨中和支座弯矩：

次梁的挠度验算
按等刚度跨度连续梁计算边跨跨中挠度。短期刚度：

其中，；
；
。
长期刚度：

其中，

挠度系数与板相同，挠度：

2.3 主梁的设计
2.3.1、主梁计算
主梁按弹性理论设计。
1.荷载
为简化计算，将主梁自重及梁侧抹灰重量等效为集中荷载。
荷载设计值：
由次梁传来 8.174.8=39.22
主梁自重 1.20.25（0.65-0.08）1.9172=8.13
梁侧抹灰 1.20.015（0.65-0.08）1.9172=0.67
G=48.02
活荷载设计值：
由次梁传来Q=18.54.8=88.8
G+Q=136.82

2.计算简图
主梁端部支承在砖墙上，支承长度为370mm；中间支承在柱上，钢筋混凝土柱截面为350mm350mm；墙、柱为主梁的铰支座，主梁连续梁计算。
计算跨度：
边跨

取最小值
中间跨：

跨度差 （5.715-5.7）/5.7=0.26%<10%，则可以按等跨连续梁计算。
主梁的计算简图见图
3.内力计算及包络图
内力计算可采用等跨连续梁的内力系数进行计算，跨中和支座截面最大弯矩及剪力按下式计算：

不同截面下的弯矩及剪力的计算见表3，表4
表3主梁弯矩计算
项次
荷载简图

①

②

③

④

⑤

基本不利内力
①+②
213.63
166.37
-140.68
-48.93
-48.93
-140.68
①+③
44.64
-2.63
-140.68
119.61
119.61
-140.68
①+④
183.18
106.48
-230.91
66.97
104.43
-118.38
①+⑤
51.9
12.6
-118.38
104.43
66.97
-230.91

主梁剪力值计算
序号
计算简图

①

②

③

④

最不利内力
①+②
112.1
-161.54
48.02
①+③
96.38
-177.26
156.53
①+④
27.3
-68.74
117.99

主梁正截面受弯承载力计算
跨内按T形截面计算，其翼缘宽度为：

取=1210mm，取。
判别T形截面类型：

故属于第一类T形截面。

主梁正截面承载力的计算
截面
1
B
2
弯矩设计值（）
213.63
-203.55
119.61
-48.93

0.064
0.294
0.032
0.063

0.9669
0.8200
0.9837
0.9674

1673.8
1880.5
871.6
362.6
选配钢筋
620
620
320
220
实配钢筋面积（）
1884
1884
942
628

主梁斜截面受剪承载力的计算
（1）验算截面尺寸
，截面尺寸按下式验算：

截面尺寸满足要求。
（2）计算所需腹筋
采用6@150双箍
,可知B截面上的剪力与刚好，现配两根弯起，220，面积为628。
验算最小配箍率
>
，满足要求。
主梁裂缝宽度验算
受弯构件的受力特征系数，变形钢筋的相对粘结特征系数，C30混凝土抗拉强度标准值；保护层厚度c=25mm。主梁各截面的裂缝宽度验算过程见表2，各截面的裂缝宽度均满足要求。
表中B支座边缘弯矩标准值：

截面
1
B
2

178.6
-204.01
93.12
-36.46

1884
1884
942
628

247.6
282.9
244.35
143.5

0.0301
0.0301
0.0151
0.0100

0.9247
0.947
0.7459
0.1895
(mm)
20
20
20
20
(mm)
100.8
100.8
153.46
207.5
(mm)
0.219
0.256
0.180
0.054

主梁的挠度验算
按等刚度跨度连续梁计算边跨跨中挠度。短期刚度：

其中，；
；
。

其中，
挠度系数与板相同，挠度：

3 心得体会
混凝土结构设计是土木工程专业的一门主要专业课，主要包括受弯构件正截面承载力计算，受弯构件斜截面承载力计算，受压构件承载力计算，受拉构件承载力计算，受扭构件承载力计算。这些都是从承载能力极限状态来分析的。正常使用阶段的裂缝宽度和挠度验算等则是从正常使用极限状态来分析的。混凝土结构设计还讲到了预应力混凝土构件的计算，介绍了混凝土单层房屋和多层房屋的结构布置，各种结构部件的形式、构件及计算。以及各部件是如何联结和整体工作的。 混凝土结构结构设计这门课程与其他课程的区别在于它不像其他课程那么容易理解，它比较抽象。实践性和综合性都很强。由于混凝土材料本身就是一种复杂的材料，其性能会受到诸多因素的影响。混凝土结构中有些理论是参照实验资料分析得出的结果，有些数值则是经验数值，而且混凝土结构也涉及到物理、化学、力学等各方面的知识，这对于初学者来说都是比较难的。学习混凝土结构的目的在于运用理论去解决实际问题。课程设计便体现了这一点。做课程设计时，必须首先熟悉书本的理论，同时还得对照《规范》正确的加以应用，才能作出一份优秀的设计。在进行结构和构件的设计时，必须考虑的因素很多，既要满足安全要求，还要满足经济要求。这就使得我们在构件的选型、计算、配筋和构造等各方面都要综合考虑，选择最优方案。 学好混凝土结构设计这门课程的诀窍是多看看书，当然，听老师讲课也是至关重要的。混凝土结构设计中的每个公式都有其适用范围。学习的时候必须明确每个公式的适用条件。由于这门学科是在不断地演进发展，所以我们必须不断学习，熟悉《规范》，在实际应用时结合具体情况，灵活运用。 混凝土结构作为一种新型的结构，问世才100多年，但其发展却是十分迅速的。各种新型钢筋和混凝土材料的出现，使得其应用范围越来越广，它的发展将不断推动工程建设的发展。