钢筋混凝土结构
课程设计指导书
班级：农水10、水工10
指导教师：李积花
2018.11
第一部分设计任务书
一、设计目的
钢筋混凝土结构课程设计是该专业教案的重要内容，通过课程设计一方面加深同学门对本课程所学内容的理解，做到理论联系实际，另一方面让同学们进行工程师的基本训练，为走向工作岗位打下一定基础。
二、设计题目
钢筋混凝土整体式单向板肋形楼盖设计
三、设计资料
某水电站生产副厂房为3级水工建筑物，采用钢筋混凝土现浇单向板肋形楼盖如图1所示，其中纵向尺寸5×L 1，横向尺寸3×L2；楼盖尺寸见表1。
表1 活荷载与题号
1）厂房按正常运行状况<持久状况）设计；
2）楼面均布活荷载标准值见表1，单位： kN/m2；
楼面层用20mm厚水泥砂浆抹面<重度为20kN/m3），板底及梁用15mm厚混合砂浆粉底<重度为17kN/m3）；
4）混凝土强度等级为C20,钢筋除主梁和次梁的主筋采用HRB335级钢筋外，其余均采用HPB235钢筋；
5）结构环境类别为一类；
6）使用要求：
梁、板允许挠度如下表2：
计算）
/200(/250>
/250(/300>
/300(/400>
注：表中括号内的数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件。
最大裂缝宽度允许值如下:
=0.3mm
7>采用的规范:水工混凝土结构设计规范(SL191—2008>和水工混凝土结构设计规范(DL/T5057—2009>。
8）构件安全系数取K=1.2
四、设计内容和要求
1、完成设计计算书一份。内容包括：
1）结构平面布置：柱网、主梁、次梁及板的布置
2）板、主梁和次梁的截面尺寸的拟定；
3）板、主梁和次梁的荷载计算、内力计算<按弹性体系方法）主梁的弯矩包络图和剪力包络图；
4）构件截面配筋计算；
5）主梁强度、刚度、裂缝宽度计算。
2、绘制楼盖结构施工图<2号图纸）。内容包括：
1）梁板结构布置图；
2）板的模板图及配筋图；
3）次梁的模板图及配筋图；
4）主梁模板图、配筋图及材料图；
5）主梁钢筋表；
6）设计说明，如混凝土强度等级、钢筋级别、混凝土保护层厚度、钢筋的制作及构件的抹面粉底等。
五、设计时间
设计时间为一周
注意：农水班，水工一班，二班按学号往后选题，每人一题。(农水班为1-40题,水工班顺次按学号）。
第二部分设计指导书
一、概述
肋形结构是土木工程中应用最广泛的一种结构型式。它被广泛用于钢筋混凝土楼盖，也被用于地下室底板结构、挡土墙、桥梁、储水池的池底和池顶等结构。肋形楼盖由板和板的肋<梁）组成。肋形楼盖是现浇楼盖中使用做普遍的一种。肋形楼盖由板、次梁和主梁<有时没有次梁）组成，三者整体相连。肋形楼盖的的特点是用钢量较少，楼板上留洞方便，但支模较复杂。
二、结构布置
<1）承重墙、柱网和梁格的布置首先要满足使用要求。
<2）在满足使用要求的基础上，梁格布置尽量要求经济和技术上的合理。
1）由于板的面积较大，为节省材料，降低造价在保证安全的前提下，尽量采用薄板。
2）应尽量避免集中荷载直接作用在板上，一般大型设备应直接由梁来承受，在大的孔洞边布置有支承梁，另外隔墙下也宜布置有梁。
3）梁格布置力求规整，梁系尽可能连续贯通，板厚和梁的截面尺寸尽可能统一。
4）为了提高建筑物的横向刚度，主梁宜沿建筑物的横向布置<主梁和柱可构成整体性较好的框架体系）。主梁沿房屋横向布置时，房屋横向刚度较大；由于主梁搁置在纵墙的窗间墙上，因而便于开大窗，对室内采光有利，但天花板采光不均匀且不利于集中通风。当横向柱距大于纵向柱距时，主梁也可沿房屋纵向布置。这样，虽然房屋横向刚度小，不利于室内采光，但天花板采光较为均匀，有利于集中通风，可减小房屋净高。
5）在单向板肋形结构中，板的跨度布置为1.7-2.5m，主梁的跨度以5-8m为宜，次梁的跨度以4-6m为宜。
三、材料的选用和梁板截面尺寸初步选定
1、材料选用
混凝土：C15、C20、C25，当采用HRB335级以上钢筋作配筋时，则混凝土不宜低于C20。
钢筋：梁为HRB335钢筋，板为HPB235钢筋。
2、板、梁截面尺寸的初步选定
<1）板：在一般建筑物中，板的厚度为80-120mm；水电站厂房发电机层的楼板，板厚度常采用120-200mm。单向板的最小板厚，屋面板60mm，民用建筑楼板70mm，工业建筑楼板80mm。双向板的厚度一般为80-160mm。按照刚度要求，最小板厚见表3。
1
单向板常取b=1m宽的板带进行计算。
<2）梁：主梁<双向板长向梁）、次梁<双向板的短向梁）的截面尺寸见表4。
四、单向板肋形楼盖设计要点
<一）、计算简图
板是以边墙和次梁为铰支座的多跨连续板。次梁是以边墙和主梁为铰支座的多跨连续梁。主梁的中间支座是柱，当主梁的线刚度与柱的线刚度之比大于5时，可把主梁看作是以边墙和柱为铰支座的连续梁，否则应作为刚架进行计算。
连续板、梁的计算跨度如下：
1、弹性方法计算内力时，计算弯矩用的计算跨度，一般取支座中心线间的距离；当支座宽度b较大时，按下列数值采用：
板：当b>0.1时，取=1.1；
梁：当b>0.05时，取=1.05；
式中：-净跨度；b为支座宽度。
计算剪力时则取=
2、考虑塑性内力重分布方法计算内力时，计算跨度按下列数值采用：
板：当两端与梁整体连接时，取=；
当两端搁置在墙上时，取=+h<板厚），并不得大于<支座中心线间的距离）；
另一端搁置在墙上时，取=+h/2，并不得大于=+a/2 度）。 梁：当两端与梁或柱整体连接时，取=；当两端搁置在墙上时，取 =1.05，并不得大于<支座中心线间的距离）；当一端与梁或柱整体连 接，另一端搁支在墙上时，取=1.025，并不得大于=+a/2 度）。 对于五跨和五跨以内的连续梁<板），计算跨数按实跨考虑；对于五跨以上的连续梁<板），当跨度相差不超过10%，且各跨截面尺寸及荷载相同时，可近似按五跨等跨连续梁<板）计算。中间各跨内力取与第三跨一样。 <二）按弹性方法计算内力 按弹性理论计算的楼盖内力，首先要假定楼盖材料为均质弹性体。根据前述的计算简图，用结构力学的方法计算梁板内力，也可利用静力计算手册中的图表确定梁、板内力。在计算内力时应注意下列问题： 1、荷载及其不利组合 楼盖上作用有永久荷载和可变荷载，永久荷载按实际考虑，可变荷载根据统计资料折算成等效均布活荷载，可由《建筑结构荷载规范》查得。板通常取1m板宽的均布荷载<包括自重），次梁承受板传来的均布荷载和次梁自重，主梁承受次梁传来得集中荷载和均布的自重荷载。为简化计算，可将主梁的自重按就近集中的原则化为集中荷载，作用在集中荷载作用点和支座处<支座处的集中荷载在梁中不产生内力）。 由于可变荷载在各跨的分布是随机的，如何分布会在各截面产生最大内力是活荷载不利布置的问题。 图2所示为5跨连续梁，当活荷载布置在不同跨间时梁的弯矩图及剪力图。由图可见，当求1，3，5跨跨中最大正弯矩时，活荷应布置在1，3，5跨；当求2，4跨跨中最大正弯矩或1，3，5跨跨中最小弯矩时，活荷载应布置在2，4跨；当求B支座最大负弯矩及支座最大剪力时，活荷载应布置在1，2，4跨，如图3。由此看出，活荷载在连续梁各跨满布时，并不是最不利情况。 图2 5跨连续梁弯矩图及剪力图 图3 活载不利位置 <1）欲求某跨跨中最大正弯矩时，除将活荷载布置在该跨以外，两边应每隔一跨布置活载； <2）欲求某支座截面最大负弯矩时，除该支座两侧应布置活荷载外，两侧每隔一跨还应布置活载； <3）欲求梁支座截面<左侧或右侧）最大剪力时，活荷载布置与求该截面最大负弯矩时的布置相同； <4）欲求某跨跨中最小弯矩时，该跨应不布置活载，而在两相邻跨布置活载，然后再每隔一跨布置活载。 2、内力包络图 以恒载作用在各截面的内力为基础，在其上分别叠加对各截面最不利的活载布置时的内力，便得到了各截面可能出现的最不利内力。 将各截面可能出现的最不利内力图叠绘于同一基线上，这张叠绘内力图的外包线所形成的图称为内力包络图。它表示连续梁在各种荷载不利组合下，各截面可能产生的最不利内力。无论活荷载如何分布，梁各截面的内力总不会超出包络图上的内力值。梁截面可依据包络图提供的内力进行截面设计。图4为五跨连续梁的弯矩包络图和剪力包络图。 图4 内力包络图 3、支座抗扭刚度对梁板内力的影响 由于计算简图假定次梁对板、主梁对次梁的支承为简支，忽略了次梁对板、主梁对次梁的弹性约束作用，即忽略了支座抗扭刚度对梁板内力的影响。 从图5可以看出实际结构与计算简图的差异。在恒载g作用下，由于各跨荷载基本相等，θ≈0，支座抗扭刚度的影响较小，如图5a、b示。在活荷载q作用下，如求某跨跨中最大弯矩时，某跨布置q，邻跨不布置q，如图5c、d示，由于支座约束，实际转角θ＇小于计算转角θ，使得计算的跨中弯矩大于实际跨中弯矩。精确地考虑计算假定带来的误差是复杂的，实用上可用调整荷载的方法解决。减小活荷载，加大恒荷载，即以折算荷载代替实际荷载。对板和次梁，折算荷载取为表5： 图5 梁抗扭刚度的影响 这样调整的结果，对作用有活荷载的跨g＇＋q＇＝g＋q，总值不变，而相邻无活荷载的跨，g＇=g＋q/2＞g，或g＇=g＋q /4＞g；邻跨加大的荷载使本跨正弯矩减小，以此调整支座抗扭刚度对内力计算的影响。当板或梁搁置在砖墙或钢梁上时，不需要调整荷载。 4、弯矩和剪力设计值 由于计算跨度取支承中心线间的距离，未考虑支座宽度，计算所得支座处 －M max 、V max 均指支座中心线处的弯矩、剪力值。支座处截面较高，一般不是危 险截面，故设计中可取支座边缘内力值进行计算<见图6），按弯矩、剪力在支座范围内为线性变化，可求得支座边缘的内力值： M=M c －V0b/2 当连续梁搁置于砖墙上时： M=M c 均布荷载： =V c－ V c =V 式中M c、V c－支承中的弯矩、剪力值； V —按简支梁计算的支座剪力设计值<取绝对值）； b－支承宽度。 <三）按塑性内力重分布的方法计算内力 钢筋混凝土是一种弹塑性材料，连续梁<板）是超静定结构，当梁<板）的一个截面达到极限承载力时，并不意味着整个结构的破坏。钢筋达到屈服后，还会产生一定的塑性变形，结构的实际承载能力通常大于按弹性理论计算的结果。再则，混凝土构件截面设计时，考虑了材料的塑性，若内力分析按弹性理论，与截面设计的理论不统一，因此有必要研究塑性理论的内力分析方法。 6 连续梁<板）考虑塑性内力重分布的计算方法较多，例如：极限平衡法、塑性铰法及弯矩调幅法等。目前工程上应用较多的是弯矩调幅法。 弯矩调幅法的概念是：先按弹性分析求出结构各截面弯矩值，再根据需要将结构中一些截面的最大<绝对值）弯矩<多数为支座弯矩）予以调整，按调整后的内力进行截面配筋设计。 (1>弯矩调幅法简称调幅法，调幅的基本原则是： 1）为尽可能节约钢材，宜使用调整后的弯矩包络图做为设计配筋依据。 2）为方便施工，通常调整支座截面，并尽可能使调整后的支座弯矩与跨中弯矩接近。 3）调幅需使结构满足刚度、裂缝要求，不使支座截面过早出现塑性铰，调幅值一般≤25％。调幅后，所有支座及跨中弯矩的绝对值M，当承受均布荷载时应满足：