混凝土结构设计原理课程设计计算书

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），试对楼盖、屋盖、楼梯、雨棚等进行结构设计，并根据设计结果，对混凝土和钢筋用量进行分析。2、 设计资料1. 建设地点：烟台市莱山区2. 楼面做法：水磨石地面，钢筋混凝土现浇板，20mm石灰砂浆板底抹灰。3. 层高：4.5m；门：宽高=3300mm3000mm；楼梯位置见图，楼梯尺寸自定；L1=L2=6000mm；4. 柱截面尺寸为450mm450mm，墙体为370mm砖砌体；5. 建筑用途：光学加工；活荷载：均布活荷载标准值（板，次梁，主梁）5.0/5.0/4.0（kN/m2），屋面雪荷载按烟台地区考虑，为0.4 kN/m2；6. 混凝土强度等级C25；梁内受力钢筋为HRB335，板为HPB300，箍筋HPB300。3、 楼盖的结构平面布置确定主梁沿横向布置，次梁沿纵向布置，主梁与次梁的跨度相同，为L1= L2=6.0m。主梁每跨内布置2根次梁，6.0/2.0=33，故板按跨度2.0m的单向板进行设计。板厚：按跨高比条件，要求板厚h2000/40=50mm，取板厚h=80mm。次梁截面尺寸：截面高度应满足h=l0/20l0/12=300500mm，取h=450mm；由h/b=2.03.0，截面宽取b=200mm。主梁截面尺寸：截面高度应满足h=l0/14l0/8=430750mm，取h=600mm；由h/b=2.03.0，截面宽取b=300mm。综上，布置图如上图所示，楼梯雨棚图另详。4、 板的设计如上图所见，除轴线-的板属于中间区格单元板外，其余为端区格单元板。（1）荷载设计值板的恒荷载标准值：水磨石面层 0.65kN/m280mm 钢筋混凝土板 0.0825=2kN/m220mm 石灰砂浆板底抹灰 0.0217=0.34kN/m2小计 gk=2.99kN/m2 板的可变荷载标准值 qk=5kN/m24 kN/m2由于主梁的约束作用 gk=gk+qk2= 5.49 kN/m2 qk=qk2=2.5 kN/m2由可变荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.2，可变荷载分项系数Q=1.3p=Ggk+Qqk=1.25.49+1.32.5=9.84kNm2由永久荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.35，可变荷载分项系数Q=1.3p=Ggk+Qqk=1.355.49+1.30.72.5=9.69kNm2故取值p=9.84kNm2（2）计算简图次梁截面为200mm450mm，现浇板在墙上的支承长度不小于120mm，取板在墙上的支承长度为240mm。因为q/g=2.99/5=0.5980.3，所以按塑性内力重分布设计，板的计算跨度：边跨 l01=ln+h2=2000-100-120+802=1820mm0.2%，Asmin=minbh=168mm2。板配筋计算过程如下表。 截面1B2C弯矩设计值（kNm）2.96-2.961.99-2.280.0690.0690.0460.053=1-1-2s0.0710.0710.0470.054s=1-0.50.9650.9650.9770.973轴线计算配筋（mm2）As=M(fysh0)189.3189.3125.7144.6实际配筋（mm2）轴线计算配筋（mm2）As=M(fysh0)194.7194.7100.5115.4实际配筋（mm2）8200820082008200计算结果表明，支座截面的均小于0.35，符合塑性内力重分布的原则； （5）板的配筋图制绘分布筋选用8200嵌入墙内的板面附加钢筋选用8200，al01718207260mm ，取a270mm板角构造钢筋选用8200，双向配置在般的四角的上部，al01418204455mm ，取a550mm。板的配筋图所示 4、次梁设计按考虑塑性内力重分布设计。根据本车间楼盖的实际使用情况，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。（1）荷载设计值永久荷载设计值板传来永久荷载 2.992.0=5.98kN/m次梁自重 0.20（0.45-0.08）25=1.85kN/m次梁粉刷 0.02（0.45-0.08）217=0.25kN/m 小计 gk=8.08kN/m板的可变荷载标准值 qk=52.0=10kN/m2由于主梁的约束作用 gk=gk+qk4= 10.58 kN/m2 qk=3qk4=7.5 kN/m2由可变荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.2，可变荷载分项系数Q=1.3p=Ggk+Qqk=1.210.3+1.37.5=22.45kNm由永久荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.35，可变荷载分项系数Q=1.3p=Ggk+Qqk=1.3510.3+1.30.77.5=21.11kNm故取值p=22.45kNm（2）计算简图主梁截面为300mm600mm，次梁在砖墙上的支承长度为a=240mm。计算跨度：边跨 l01=ln+h2=6000-150-120+2402=5850mm1.025ln=1.0255730=5873mm中间跨 l02=ln=6000-300=5700mm因跨度相差小于10%，可按等跨连续梁计算。次梁计算简图见下图。P=22.45kN/m（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：M1=-MB=g+ql01211=22.455.850211=69.85kNmM2=g+ql02216=22.455.7216=45.59kNmMc=-g+ql02214=-22.455.7214=-52.10kNm剪力设计值：VA=0.45g+qln1=0.4522.455.850=59.10kNmVBl=0.60g+qln1=0.6022.455.850=78.80kNmVBr=Vc=0.55g+qln2=0.5522.455.70=70.38kNm（4）承载力计算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，其中hf=80mm，翼缘宽度取bf=1900mb+sn=200+1800=2000。经判别式1fcbfhfh0-hf2=1.011.9190080（405-40）660kNm，判断跨内截面均属于第一类T形截面。一排纵向钢筋，s=45mm，h0=h-s=450-45=405mm；C25混凝土，1=1.0，c=0.8，fc=11.9Nmm2，ft=1.27Nmm2；纵向钢筋采用HRB335钢筋，fy=300Nmm2，箍筋采用HPB300钢筋，fy=270Nmm2。=0.45ftfy=0.451.27300=0.195%0.2%，Asmin=minbh=180mm2正截面承载能力计算过程如下表。 截面1B2C弯矩设计值(kNm)69.85-69.8545.59-52.10s=M1fcbfh0269.85106111.9190040520.01969.85106111.920040520.18045.59106111.9190040520.01252.10106111.920040520.133=1-1-2s0.0190.200.0120.143As=1fcbh0fy580.0638.8377.49461.1选配钢筋（mm2）3B187633B187632B185092B18509斜截面受剪承载力计算：斜截面受剪承载力计算包括：截面尺寸的复核、腹筋计算和最小配箍率验算。hw=h0-hf=405-80=325mm，因hwb=325200=1.625Vmax故截面尺寸满足要求；0.7cvftbh0=0.71.27200400=72kN0.7ftbh0，箍筋间距不能大于200mm，故取s=200mm。为了施工方便，沿梁长不变。验算最小配筋率：sv=Asbs=101200200=0.25%。而最小配筋率为0.24ftfyv=0.241.27270=0.11%满足最小配箍率要求。计算表明经济配筋率在0.6%1.5%，箍筋配置符合要求。5.主梁设计主梁按弹性理论设计。（1）荷载设计值为简化计算，将主梁自重等效为集中荷载。次梁传来永久荷载 8.086.0=48.49kN主梁自重（含粉刷） ()0.25225+0.02（0.6-0.08）2217=7.21kN小计 gk=55.70kN可变荷载标准值 qk=4.06.02.0=48kN （2）计算简图主梁按连续梁计算，端部支承在砖墙上，支撑长度为370mm；中间支撑在400mm 400mm 的混凝土柱上。计算跨度：边跨 ln=6000-225-120=5655mm，因0.025ln=142mma2=185mm,取 l01=1.025ln+b2=1.0255655+225=6021mm中间跨 l02=6000mm因跨度相差小于10%，可按等跨连续梁计算。主梁计算简图见下图。（3）内力设计值及包络图。序号计算简图边跨跨内中间支座中间跨内K/M1K/M1K/MB(MC)K/M2G G G 1 2 3A B C D0.2440.155-0.2670.06781.8351.98-89.5422.39 Q Q0.2890.244-0.133-0.13383.5270.52-38.44-38.44 Q-0.044-0.08-0.1330.200-12.81-23.12-38.4457.60 Q Q0.2290.126-0.311(-0.089)0.09666.1836.42-89.88(-25.72)27.65 Q QMB/3-0.059-25.72(-89.88)0.170-8.57-17.0548.96最不利组合1.2+1.3206.77154.05-157.42-23.101.2+1.381.5432.32-157.42101.751.2+1.3184.28109.72-224.30（-140.88）62.811.2+1.387.5540.21-140.88(-224.30)90.52序号计算简图中间支座中间支座中间跨内K/VAinK/VBex(Vcex)K/VBinG G G 1 2 3A B C D0.733-1.267（-1.000）1.000（1.267）40.83-70.57(-55.7)55.7(70.57) Q Q0.866-1.134041.57-54.43 Q Q0.689-1.311(-0.778)1.222(0.089)33.07-62.93(-37.34)58.66(4.27) Q QVBex-4.27(-58.66)0.778(1.131)4.2737.34(54.29)最不利组合1.2+1.382.40-12555.701.2+1.373.90-133.50（-93.04）114.36(74.84)1.2+1.345.10-74.84(-114.36)93.04(124.86)（4）承载力计算正截面受弯承载力计算时，跨内按T形截面计算，其中hf=80mm，翼缘宽度取bf=1900mb+sn=300+1800=2000。经判别式1fcbfhfh0-hf2，判断跨内截面均属于第一类T形截面。一排纵向钢筋，s=65mm，h0=h-s=600-65=535mm；C25混凝土，1=1.0，c=0.8，fc=11.9Nmm2，ft=1.27Nmm2；纵向钢筋采用HRB335钢筋，fy=300Nmm2，箍筋采用HPB300钢筋，fy=270Nmm2。=0.45ftfy=0.451.27300=0.195%0.2%，Asmin=minbh=300mm2正截面承载能力计算过程如下表。 纵向受力钢筋布置均为一排。正截面受弯承载力的计算过程列于表。截面1B2弯矩设计值(kNm)206.77-224.30101.75-23.1s=M1fcbfh02206.77106111.9190053520.029224.30106111.930053520.200101.75106111.9190053520.01423.1106111.930053520.03=1-1-2s0.0290.2250.0140.03As=1fcbh0fy1248.31503.5609.9139.5选配钢筋（mm2）4B2215204B2215202B227602B22760主梁纵向钢筋的弯矩和切断按弯矩包络图确定斜截面受剪承载力验算截面尺寸：hw=h0-hf=535-60=475mm，因hwb=475300=1.47Vmax故截面尺寸满足要求；0.7ftbh0=0.71.27300535=142.4kN450mm，则需要配置腰筋，布置2B14，As=308mm26.楼梯设计：层高4.5m，开间4.0m，进深6.0m，踏步150mm260mm，梯井宽180mm。C25混凝土，板采用HPB300级钢筋，梁纵筋采用HRB335，楼梯上均布荷载根据使用功能取qk=3.5kNm2 。a=A-C2=4000-120-100-1802=1800mmN=Hh=4500150=30L=(N2-1)b=4500150=30因D1a，故取D1=1800mm（1）梯段板设计板厚取h=l028=130mm，取h=150 mm，踏步150mm260mm，20mm厚的石灰砂浆板底抹灰，板倾角的正切tan=150/260=0.577, cos=0.866，取1m板宽带计算： 荷载计算水磨石面层 （0.26+0.15）0.65/0.26=1.025kN/m150mm260mm混凝土踏步 0.50.260.1525/0.26=1.875kN/m150混凝土斜板 0.1525/0.866=4.33kN/m 20mm厚石灰砂浆板底抹灰 0.0217/0.866=0.39kN/m小计 gk=7.62kN/m板的可变荷载标准值 qk=3.5kN/m由可变荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.2，可变荷载分项系数Q=1.4p=Ggk+Qqk=1.27.623+1.43.5=14.05kNm由永久荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.35，可变荷载分项系数Q=1.4p=Ggk+Qqk=1.357.623+1.40.73.5=13.72kNm所以，踏步板由可变荷载控制，故取值p=14.05kNm 截面设计配筋计算ln=26014=3640mm，h0=150-20=130mm，M=110pln2=18.61kNm， b=1000mm，fc=11.9Nmm2，fy=270Nmm2，则s=M1fcbh02=18.611061.011.910001302=0.0.093，=1-1-2s=0.107，As=1fcbh0fy=561.5mm2选配A10130，As=604mm2。验算适用条件=0.45ftfy=0.451.27270=0.22%0.2%，Asmin=minbh=330mm2，满足要求，每个踏步布置1根 A8分布钢筋，斜板配筋见大图。（2）平台板设计设平台厚度h80mm,取1m宽板带计算。 荷载计算平台板的荷载计算见下表 水磨石地面 0.65kN/m80mm混凝土板 0.0825=2kN/m150混凝土斜板 0.1525/0.866=4.33kN/m 20mm厚石灰砂浆板底抹灰 0.0217=0.34kN/m小计 gk=2.99kN/m板的可变荷载标准值 qk=3.5kN/m 由可变荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.2，可变荷载分项系数Q=1.4p=Ggk+Qqk=1.22.99+1.43.5=8.49kNm由永久荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.35，可变荷载分项系数Q=1.4p=Ggk+Qqk=1.352.99+1.40.73.5=7.48kNm所以，平台由可变荷载控制，故取值p=8.49kNm 截面设计配筋计算l0=1800+80/2=1840mm，板的有效高度h0=80-20=60mm。M=18pl02=188.491.842=3.60kNm； b=1000mm，fc=11.9Nmm2，fy=270Nmm2，则s=M1fcbh02=3.601061.011.91000602=0.084，=1-1-2s=0.088，As=1fcbh0fy=232.7mm选配A8200，As=252mm2验算适用条件=0.45ftfy=0.451.27270=0.24%0.2%，Asmin=minbh=176mm2满足要求。（2）平台梁设计假设平台梁尺寸200mm350mm，计算跨度l=1.05l0=3970mm 荷载计算 150mm斜板 7.624/2=15.25kN/m80mm混凝土板 2.99(1.8/2+0.2)=3.29kN/m200350mm梁自重 0.2(0.35-0.08)25=1.35kN/m 20mm厚梁侧石灰砂浆抹灰 0.02(0.35-0.08)217=0.184kN/m小计 gk=20.07kN/m板的可变荷载标准值 qk=3.5(4.0/2+1.8/2+0.2)=10.85kN/m由可变荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.2，可变荷载分项系数Q=1.4p=Ggk+Qqk=1.220.07+1.410.85=39.27kNm由永久荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.35，可变荷载分项系数Q=1.4p=Ggk+Qqk=1.3520.07+1.40.710.85=37.73kNm所以，平台由可变荷载控制，故取值p=39.27kNm 内力计算弯矩设计值：M=18pl02=1839.273.972=77.37kNm剪力设计值：V=12pln=74.23kNm 正截面承载力计算截面按倒L形计算验算截面尺寸：h0=h-as=350-45=305mm，经过判别式1fcbfhfh0-hf2，截面类型为第一类倒形L截面。s=M1fcbfh02=0.116=1-1-2s=0.124b=0.576As=1fcbh0fy=900mm2选取3B22，As=1140mm2=0.45ftfy=0.451.27300=0.195%Vmax故截面尺寸满足要求；0.7ftbh0=0.71.27200305=54.23kNVmax计算所需箍筋：采用A8双肢箍筋，则Asv=nAsv1=101mm2，Asvs=v-0.7ftbh0fyvh0=74.226103-54.229103270305=0.243s=Asv0.243=1010.243=414mm查表箍筋间距不能大于200mm，故取s=200mm。验算最小配筋率：sv=Asvbs=101300200=0.25%。而最小配筋率为0.24ftfyv=0.241.27270=0.11%满足最小配箍率要求。故选用A8200，平台梁配筋图见大图。7、雨蓬设计（1）雨蓬板的设计 雨篷板挑出长度为l=1200mm，根部板厚h=110mm，板端板厚为50mm，雨篷板宽度取为3800mm，雨篷梁的截面尺寸取370mm450mm，净跨 ln=3300mm。板顶 20mm 厚水泥砂浆，板底 20mm 厚石灰砂浆抹灰。雨棚板的计算1米板宽为计算单元，按悬臂板进行载力计算。 lo=1200 荷载计算板自重（取平均板厚90mm） 0.0925=2.255kN/m板顶面20mm厚水泥砂浆 0.0220=0.4kN/m板底面20mm厚石灰砂浆 0.0217=0.34kN/m均布荷载标准值 q=2.991.2=3.59kN/m施工和检修集中荷载 P=1KN集中荷载F=1.41=1.4KN板的计算跨度l0=la=1200mm板的固端弯矩为：M=12pl02+Fl0=123.591.22+1.41.2=4.48kNm 正截面受弯承载力计算。雨篷板根部板厚110mm，h0=110-20=90mm。s=Mfcbh02=4.4810611.91000902=0.042，=1-1-2s=0.043，s=1-0.5=0.975,As=Mfysh0=244.6mm2选用8160， As=314mm2244.6mm2符合要求。=0.45ftfy=0.451.27300=0.19%0.2%，Asmin=minbh=176mm2，满足要求。分布钢筋采用8200。（2）雨蓬梁设计h0=h-as=400-40=360mm 荷载及内力计算梁自重 (0.060.06+0.370.4)25=3.79kN/m20mm厚抹灰 0.02(0.330.4)170.24kN/m梁上砖砌体重 (0.3719+20.0217)3.3/3=8.48kN/m雨蓬上传来的均布荷载 2.99 kN/m楼板上传来的均布荷载 2.991.8/2=2.69kN/m楼板上传来的活荷载 0.561.8=5.4kN/m雨篷传来的集中荷载 1.4 kN/m均布荷载标准值 q=18.19kN/m由可变荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.2，可变荷载分项系数Q=1.3p=Ggk+Qqk=1.218.19+1.35.4=28.85kNm由永久荷载控制时，永久荷载分项系数G=1.35，可变荷载分项系数Q=1.3p=Ggk+Qqk=1.3518.19+1.30.75.4=26.74kNm所以，平台由可变荷载控制，故取值p=28.85kNm雨蓬梁的计算跨度弯矩设计值：M=18pl02+14Fl0=1828.853.472+141.43.47=44.63kNm剪力设计值：V=12pln=1228.853.3=47.60kNm雨蓬板均布荷载对雨蓬梁产生的力矩为tq=3.8881.2（1.2/2+0.37/2）=3.66KNm雨棚板集中荷载对雨篷梁产生的力矩： tf=3.31.4/3.465（1.2/2+0.37/2）=1.05KNmt= tq+tf=3.66+1.05=4.71KNm扭矩：T=0.5tl0=0.54.713.465=8.16KNm 截面承载力计算：验算截面尺寸Wt=b263h-b=370263400-370=18.94106mm3hw/6= h0/b=360/370=0.974Vbh0+T0.8Wt=47.6103370360+8.161060.818.94106=0.75mPa0.25cfc=2.975MPaVbh0+TWt=0.661MPa0.7ft=0.71.27=0.889MPa所以截面尺寸符合要求，只需按照构造要求配置纵向钢筋和箍筋。箍筋计算用最小配箍率进行受扭钢筋计算选用A8 双肢箍=0.28ftfy=0.451.27270=0.13% s=Asv0.0013b=1010.0013370=209mm取 s=200mm，即箍筋用双肢箍A8200纵筋计算受弯纵向钢筋s=M1fcbfh02=0.058=1-1-2s=0.06As=1fcbh0fy=357.3mm2受扭纵向钢筋TVb=0.4632,且钢筋的间距不应大于200mm和截面的宽度。则，纵向钢筋用量底部纵向钢筋As+Ast1hcorucor=357+2513101300=416mm2选用3B14，截面面积为461mm2。每侧面纵向钢筋Ast1hcorucor=2513401300=65.4mm2选用2B8，截面面积为101mm2。 顶部纵向钢筋Ast1hcorucor=2513101300=59.6mm2选用2B8，截面面积为101mm2。