水工钢筋混泥土结构课程设计 设计题目：钢筋混凝土肋形楼盖设计
学 院：水利与生态工程学院 班 级：水利水电建筑工程4班
姓 名: 杨昌涨
学 号：2011011191
指导教师：吴帅兵
题 号：91
日 期：201312.10～2013.12.21
《水工钢筋砼》课程设计任务书
课程设计题目：钢筋混凝土肋形楼盖设计
一、设计资料
1、设计条件
某水电站副厂房属3级水工建筑物，环境条件类别为一类，厂房按正常运行状况设计，设计状况属持久状况，设计状况系数ψ取1.0。采用外墙及内柱承重，柱网布置如图1所示，楼盖采用钢筋混凝土现浇整体式肋形结构。
图1副厂房楼盖结构柱网布置图
2、设计参数
（1）楼层构造
20mm厚水泥砂浆抹面（水泥砂浆容重γ1为20kN/m3）。
钢筋混凝土结构层（钢筋混凝土容重γ3为25kN/m3）。
15mm厚混合砂浆粉底（混合砂浆容重γ2为17kN/m3）。
（2）材料
混凝土：楼面活荷载标准值qk≤6kN/m时，采用C20；qk＞6kN/m时，采用C25；
钢筋：除主梁和次梁的主筋采用HRB335钢筋外，其余均采用HPB235钢筋。 （3）设计参数
网尺寸L1×B1、柱的截面尺寸b×h = 300mm×400mm，楼面活荷载标准值qk按题号由表1给出，如表2所示。
表2 设计参数自选
二、设计内容
1、肋型结构梁格布置及构件尺寸拟定
根据设计任务书提供的设计资料及表1所填有关设计参数进行结构布置；选定材料并拟定构件截面尺寸，板的结构采用单向板结构。 2、结构内力计算
根据结构工作状况及结构特点，确定计算简图，并进行荷载计算；计算结构内力，并根据需要绘制内力包络图。 3、截面设计
考虑结构设计的安全、经济、便于施工等因素进行截面设计；合理选择受力钢筋，并按要求配置构造钢筋；绘制主梁内力包络图及抵抗弯矩图。 4、绘制构件施工图
绘制楼盖结构平面布置图（1:100～1:200）；绘制板、次梁和主梁模板配筋图，根据需要绘制钢筋材料表或钢筋抽样图。
三、课程设计分组及要求
1、设计分组
学生根据学号按表1确定自己的设计参数，将设计参数填入表2（题号即自己学号的末两位数字），并独立完成课程设计任务。
2、时间和地点安排
教学周第15周和第16周（2013.12.10～2013.12.21），共十天时间。具体安排如下：
(3)熟悉资料 1天
(4)结构布置 1天
(5)内力计算 2天
(6)截面设计 2天
(7)施工图绘制 2天
(8)计算书整理 2天
课程设计的地点安排在逸夫楼C402。
3、提交的文件
1）计算书1份
每个学生按照封面、目录、课程设计任务书、计算书正文的顺序装订成册。要求提交word文档打印件，排版整齐，并将电子文档按行政班级提交指导老师。
2）施工图3张
每个学生提交3张3号施工图（CAD绘图或手绘图），分别为板的配筋图（必须采用分离式配筋），次梁配筋图和主梁配筋图。
4、考核方式与成绩评定
按设计成果（包括设计计算书和设计图纸）占70％、设计过程（包括出勤情况和设计态度）占30％比例评定课程设计成绩。
四、主要参考资料
[1] 李萃青, 阎超君, 赵建东. 水工钢筋混凝土结构（第二版）[M]. 北京:中国水
利水电出版社, 2006.
[2] 水利部长江水利委员会长江勘测规划设计研究院. 水工混凝土结构设计规范
（SL 191-2008）[S], 北京: 中国水利水电出版社, 2008.
[3] 河海大学、大连理工大学等. 水工钢筋混凝土结构学（第四版）[M], 北京: 中
国水利水电出版社，2009.
[4] 周氐, 章定国, 钮新强. 水工混凝土结构设计手册[M]. 北京: 中国水利水电
出版社, 1998.
[5] 袁锦根, 余志武. 混凝土结构设计基本原理[M]. 北京: 中国铁道出版社,
2003.
[6] 叶列平. 混凝土结构（上册）[M]. 清华大学出版社, 北京, 2002.
[7] 朱彦鹏, 蒋丽娜, 张玉新等. 混凝土结构设计原理[M]. 重庆大学出版社, 重
庆, 2002.
指导教师：吴帅兵、鄢玉英、蔡高堂、张洁、王志强、张强、罗红卫 教研室主任：蔡高堂
一、设计资料：
设计某正常运行状况下的3级水电站厂房楼盖。墙体厚度为370mm，柱子尺寸为300×400mm2，其平面尺寸为30M×18.9M，结构采用整体式单向板肋形结构。如图1所示：
1、楼面做法：水磨石面层（自重为0.65KN/M2）；钢筋混凝土现浇板（混凝土容重为25KN/M3）；梁板天花为纸筋抹灰12mm（重度为16KN/M3）
2、楼面均布活荷载标准值为5KN/M2 。恒荷载分项系数为1.05，活荷载分项系数为1.2。
3、建筑材料及等级：混凝土强度等级C25；板中钢筋、梁中箍筋，构造钢筋为Ⅰ级；梁中受力钢筋为Ⅱ级。
4、该厂房为3级水工建筑物，结构安全级别为Ⅱ级，结构重要性系数r0=1.0，按正常运行状况设计，设计状况属持久状况，设计状况系数取1.0
5、结构平面布置初始尺寸：板在墙体上的支承长度为120mm，主梁和次梁在墙上的支承长度为120mm。
二、楼面梁格布置和构件截面尺寸
楼面梁格布置见图
确定主梁跨度为6.0m，次梁跨度为6m，主梁每跨内布置三根次梁，板的跨度为2.1m
估计梁板截面尺寸：按跨度比条件，要求板厚h≥L/40=2000/40=50 mm，对工业建筑的楼板，要求h≥80 mm，取板厚h=80 mm
次梁截面尺寸: h=L/18～L/12=6000/18～6000/12=333.3～500 取h=450 mm又要求h/b≥2 ∴取b=200 mm
主梁截面尺寸: h=L/14～L/8=6000/14～6000/8=428～750 mm 取h=600 mm b=300 mm
已知：承重墙厚为370 mm 柱子尺寸为300 mm×400 mm
三、板的设计
㈠计算简图
计算跨度：L。=Ln+h/2+b/2=1.88+0.08/2+0.2/2=2.02
边跨L。= Ln+ b/2+a/2=1.88+0.2/2+0.12/2=2.14
取较小值 所以L。=2.02。中间跨L。=Lc=2.1。
2.3荷载计算： 取宽度为1m的板计算
恒荷载： 板自重 0.08×25×1=2.0 KN/m
20mm抹面 0.02×20×1=0.4 KN/m
15mm抹面 0.015×17×1=0.255 KN/m 标准
值 gk=2.655 KN/m
设计值 g=Gγgk=1.05×2.655=2.79 KN/m 活动荷载：
标准值 qk=6.5 KN/m
设计值 q=Qγqk=6.5×1.2=7.8 KN/m 考虑主梁对
次梁的转动约束，折算荷载为：
g‘=g+q/2=2.79+7.8/2=6.69KN/m
q’=q/2=7.8/2=3.9KN/m
2.4内力计算
按弹性方法计算，由于边跨与中间跨相差不到10％,（2.1-2.02
）／2.1×100%=3.8%不到10%，可采用等跨表格计算。查附录六表4得弯矩系数k1、k21，弯矩计算值为M=k1g′L02+ K2g L02
1、跨中弯矩：
边 跨：M1=0.0781×6.69×2.022+0.1×3.9×2.022=3.72（KN/M)
中间跨：M2=0.0331×6.69×2.12+0.0787×3.9×2.12=2.33（KN/M）
M3=0.0462×6.69×2.12+0.0855×3.9×2.12=2.83（KN/M）
2、支座弯矩：
MB=-{0.105×6.69×((2.02+2.1)/2)2 +0.119×3.9×((2。
02+2.1)/2)2}=-5.07（KN/M）
MC=-{0.079×6.69×2.12 +0.111×3.9×2.12}=-4.24(KN/M)
支座边缘弯矩
V0=g+q=6.69+3.9=10.59(KN/M)
MB ′=MB-1/2 V0 b=-〔5.07-0.1×10.59〕=-4.01(KN/M)
MC ′=MC-1/2 V0 b=-〔4.24-0.1×10.59〕=-3.18(KN/M)
3、配筋计算。板厚为80mm，h0取为55mm，混泥土C25，fc=11.9N/mm2:；HPB235级钢筋；fy=210N/mm2；结构承载力安全系数k=1.2。
该处弯矩减少20％，即乘以系数0.8
㈤板配筋详图：
1、分布钢筋：按规定选用?6@200
2、板面附加钢筋：按规定选用?6@200，设置于主梁顶部和墙边
3、墙角附加钢筋：按规定选用?6@200，双向配置于四个墙角的板面。
四、次梁设计
㈠计算简图
次梁为5跨连续梁，其结构尺寸如图（c）所示，次梁在砖墙上的支承宽度为120mm，主梁截面为300mm×600mm，次梁的跨长如图（d）所示。 取计算跨度为：边跨：
l0=ln=6000mm
l0=1.025ln+0.5b=1.025(6000-120-150)+0.5×0.3=6.02 (m)
取lo=6.0m
中间跨 lo=lc=6.0m
㈡荷载计算
恒荷载：由板传来：2.655×2.1=5.58(KN/M)
次梁自重：25×（0.45-0.08）×0.2=1.85(KN/M) 标准值：gk=7.43(KN/M)
设计值：g=rGgk=1.05×7.43=7.8(KN/M)
活荷载：标准值：qk=6.5 ×2.1=13.6(KN/M)
设计值：q=rQqk=1.2×12.6=16.3KN/M
考虑主梁对次梁的转动约束，折算荷载为：
g′=g+q/4=7.8+16.3/4=11.8(KN/M)
q′=3q/4=3×15.12/4=12.2(KN/M)
㈢内力计算
按弹性体系计算，采用等跨度表格计算，查附录表
弯矩计算值:M=a g′l2+ a1 q′l2
剪力计算值：V=βg′l+ β1 q′l
1、弯矩：V0=11.8+12.2=24(KN)
跨中弯矩：M1=0.0781×11.8×62+0.1×12.2×62=77.10(KN/M)
M2=0.0331×11.8×62+0.0787×12.2×62=48.62(KN/M)
M3=0.0462×11.8×62+0.0855×12.2×62=57.17(KN/M)
22支座弯矩：MB=-(0.105×11.8×6+0.119×12.2×6)=-96.86(KN/M)
MC=-(0.079×11.8×62+0.111×12.2×62)=-82.31(KN/M)
支座边缘弯矩：MB ′=MB-?V0b=-[96.86-1/2×(6/2×24) ×
0.3]=-86.06(KN/M)
2、MC ′=MC -?V0 b=-[82.31-1/2×(6/2×24) ×0.3]=-71.51(KN/M)
3、剪力
计算跨度 取净跨度：边跨ln=5.73m中间跨ln=5.7m
VA=0.394×11.8×5.73+0.447×12.2×5.73=57.88(KM/M)
VBL=-(0.606×11.8×5.7+0.620×12.2×5.7)=-83.87( KN/M)
VBR=0.526×11.8×5.7+0.598×12.2×5.7=76.96(KN/M)
VCL=-(0.47×11.8×5.7+0.576×12.2×5.7)=-71.67(KN/M)
VCR=0.500×11.8×5.7+0.591×12.2×5.7=74.73(KN/M)
㈣截面设计
1、正截面承载力计算：跨中按T形截面计算。截面高h=450mm，肋宽b=200 mm，翼缘厚度hf′=80 mm，截面有效高度取410 mm。混凝土等级为C25，
fc=11.9N/ mm2，受力钢筋Ⅱ级fy=300N/ mm2，结构系数可=1.2
跨中T形截面类型判别：
bf′=l/3=6/3=2m 翼缘宽度bf′=b+Sn=2.1m
取较小值bf′=2m
bf hf′fc （h0- hf′/2）=2000×80×11.9×（410-80/2）=704(KN×m )>rd Mmax=1.2×77.1=92.52(KN.m )
属于第一类T形截面。
表二
截面尺寸验算 hw/b=(410-80）200=1.65<4.0
0.25 fcbh0=0.25×11.9×200×410=243950N=243.950KN
>KVmax=KVBL =83.87×
1.2=100.644KN
说明截面尺寸满足要求
Vc=0.07 fcbh0= 0.7×1.27×200×410=72898N=72.898KN
＞KVA =1.2×57.88=69.456KN 故除支座A外，其它支座需要进行斜截面受剪承载力计算。 横向钢筋计算：设箍筋选用?6@150双肢筋
配筋率：ρsv=Asv/bs=2×16×3.14/200×150=0.33﹪>0.15﹪ 满足要求
Vc+Vsv=0.7fcbh0+1.25fyvAsvh0/s=0.7×1.27×200×410+1.25×210×2×16×3.14×410/150）=144992N=144.992KN>KVmax= KVBL =100.64KN ㈤次梁配筋详图
次梁的配筋及构造如后图所示。跨中受力钢筋按构造要求选用3根，其中，两根设于梁角兼做架立筋，一根在支座附近作为负弯矩钢筋并增强斜截面的受剪承载力，支座负弯矩钢筋的截断位置参照有关规定处理。角点处钢筋截断后另设2ф10架立筋与之绑扎连接 五、主梁设计 ㈠计算简图
主梁共两跨，其结构尺寸如图所示，梁两端支承在墙上，支承长度为240mm，中间支承在300mm×400mm的柱上，因梁的线刚度与柱的线刚度之比大于4，可视为中部饺支的两跨连续梁，计算简图如图所示。
计算跨度 L0=Lc=6.3m
L0=1.025Ln+0.5b=1.025（6.3-120-1/2×400）+0.5×400=6.3m
取较小值L0
=6.3m
㈡荷载计算：
为简化计算，将主梁2.0m长的自重亦按集中荷载考虑
1、恒荷载：次梁传来的集中荷载：7.43 KN/M×5.9M=43.84KN
主梁自重：25KN/M3×0.6M×0.3M×2.1M=9.45 KN
标准值：Gk=43.84+9.45=53.29KN
设计值：G=rGGk=1.05×53.29=55.95KN
2、活荷载：
标准值：QK=6KN/M2×2.1M×6.3M=79.38KN
设计值: Q=rQQk=1.2×79.38=95.256KN
㈢内力计算：
按弹性方法计算，查附录得弯矩和剪力系数
弯矩计算值为：M=K1GL0 +K2QL0
剪力设计值为：V=K3G+K4Q
荷载作用点及最不利位置如图所示
1、弯矩计算：
跨中弯矩：M1=(0.244×79.38+0.289×95.256) ×6.3=295.425(KNM) M2=(0.067×79.38+0.2×95.256) ×6.3=153.962(KNM) 支座弯矩： MB=-(0.267×79.38+0.311×95.256) ×6.3=-320.160(KNM)
支座边缘弯矩：MBL=MB-1/2V0b=-[249.6-1/2×(95.256+79.38) ×0.4]=-214.673( KNM) 2、剪力计算：
VA=0.733×79.38+0.866×95.256=140.677KN
VBL=-(1.267×79.38+1.311×95.256)=-225.455KN Vbr=1.0×79.38+1.222×95.256=100.527KN ㈣截面设计：
1、正截面承载力计算：受力钢筋HPB335级钢筋，fy=300N/mm2，混凝土强度等级为C 25,fc=11.9N/mm2，ft=1.27N/mm2,结构系数K=1.2.跨中按T形截面计算，钢筋按一排布置。h0=h-a=600-45=555mm。翼缘宽度：b’f=l0/3=6300/3=2100 mm=2.1
b′f=b+sn=0.4+5.9=6.3 m ∴取b′f=2.1m
fc b′fh′f（h0-h′f/2）=2100×80×11.9×（555-40）=980.6(KN×m) >K Mmax=KM1=1.2×295.425=354.51(NM)
属于第一类T形截面。
支座按矩形截面计算，肋宽b=400 mm，钢筋按两排布置，则 h0=h-a=600-80=520 mm
主梁正截面配筋计算表见
注：支座ξ=0.152<ξb=0.544；ρminbh0 =Asmin =0.15﹪×300×665=299 mm 2
2、斜截面承载力计算：
截面尺寸验算：hw/b=（520-80）/400=1.1<4.0
0.25 fcbh0=0.25×11.9×400×520)=618800N=618.8(KN)
>KVmax=KVBL =1.2×175=210(KN) 故截面尺寸符合要求。
Vc=0.7 fcbh0= 0.7×1.27×40×520=184912N=184.9(KN)＞KVmax=1.2×
141=169.2(KN)
故支座处需按计算配置横向钢筋。
设箍筋选用?8@150双肢筋
配筋率ρSV=ASV/bs=2×50.3/400×150=0.17﹪> ρSV MIN =0.15﹪ 满足要求
Vc+Vsv=0.7fcbh0+1.25fyvAsvh0/s=0.7×1.1×400×520+1.25×210×2×50.3×
520/150）=251.71N=251.71(KN)> KVBL =1.2×225=270(KN)
>KVBR=120.6KN
>KVa=1.2×141=169.2(KN)
∴支座B不左边需要设置弯起钢筋
支座A.B右侧均不需要弯起钢筋，考虑到A支座可能产生负弯矩和构造要求，也可弯起2Ф20（628 mm 2）
次梁两侧附加横向钢筋计算：
次梁传来集中力F=G+Q=55.95+79.38=135.3（KN）
在梁集中荷载位置附加吊筋，弯起角α=450 则
ASV= K F/fyvsinα=(1.2×135.3×1000)/(300×0.707)=765.5(mm2）
选2ф25，实配ASV=982( mm2）
㈤主梁配筋详图：
主梁的配筋及构造见图。纵向受力钢筋的弯起和截断位置，根据弯矩和剪力包络图及材料图形来确定。