钢筋混凝土楼盖课 程 设 计指 导 书.doc

1、钢筋混凝土楼盖课 程 设 计 指 导 书目 录第 1 节 设计任务书一、设计任务二、设计内容三、设计条件四、进度安排五、指导教师第 2 节 设计指导书一 肋梁楼盖的计算简图二 按弹性方法计算内力三 按塑性内力重分布的方法计算内力四 截面设计及构造要求第 3 节 设计例题第 4 节 答辩参考题参考文献编后第 1 节 设计任务书一、设计任务某多层工业厂房，采用钢筋混凝土内框架承重，外墙为 370mm 砖砌承重。设计时，只考虑竖向荷载作用，采用单向板肋梁楼盖，要求完成钢筋混凝土整体现浇楼盖的结构设计。二、设计内容1、结构布置确定柱网尺寸，柱截面尺寸见表 1，主次梁布置及截面尺寸，并进行编号，绘制楼盖

2、结构布置图。2、板设计按塑性分析法计算内力，并绘制板配筋图。3、次梁设计按考虑塑性内力重分布的方法计算内力和正截面极限承载力，并绘制配筋图。4、主梁设计按弹性方法计算主梁内力，绘制主梁的弯距、剪力包络图，根据包络图计算正截面、斜截面的承载力，并绘制主梁的抵抗弯拒图及配筋图。三、设计条件1、建筑尺寸见图 1 和表 2。2、学生由教师指定题号。3、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。4、荷载：永久荷载，包括梁、柱、板及构造层自重，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 =1.2。可变荷载，楼面均

3、布荷载标准值见表 1。分项系数 =1.3 或 1.4。表 1 柱截面尺寸及混凝土强度等级班级 柱截面尺寸（mm） 混凝土强度等级土木 01（04） 300300（350350） C20（C25）土木 02（05） 350350（400400） C20（C20）土木 03（06） 400400（300300） C25（C30）表 2 题号及可变荷载可变荷载（kN/m 2）L1L2（m） 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.522.530.0 1 8 15 22 29 3621.628.5 2 9 16 23 30 3721.427.5 3 10 17 24 31 3819.827.3 4

4、 11 18 25 32 3919.625.0 5 12 19 26 33 4018.024.8 6 13 20 27 34 4117.124.0 7 14 21 28 35 425、材料梁、板混凝土强度等级见表 1。主梁、次梁受力钢筋采用 HRB335 级钢筋，其他均用 HPB235 级钢筋。四、进度安排结构计算 5 天绘制结构施工图 3 天计算书、图纸整理 1 天答辩 1 天合计教学周二周 10 天五、指导教师第 2 节 设计指导书一 肋梁楼盖的计算简图在进行内力分析前，必须先把楼盖实际结构抽象成为一个计算简图，在抽象过程中要忽略一些次要因素，并做如下假定：1板的竖向荷载全部沿短跨方向传给

5、次梁，且荷载板次梁主梁主梁支承的传递过程中，支承条件简化为集中于一点的支承链杆，忽略支承构件的竖向变形，即按简支考虑。2板视为以次梁为铰支座的连续梁，可取 1m 宽板带计算。3跨数超过 5 跨的等截面连续梁（板），当各跨荷载基本相同，且跨度相差不超过 10时，可按 5 跨连续梁（板）计算，所有中间跨的内力和配筋均按第三跨处理。当梁板实际跨数小于 5 跨时，按实际跨数计算。4板梁的计算跨度应取为相邻两支座反力作用点之间的距离，其值与支座反力分布有关，也与构件的支承长度和构件本身的刚度有关。在实用计算中，计算跨度可按表 3 取值。表 3 梁、板的计算跨度 两端搁置l0=ln+a且 l0 ln+h

6、（板）l01.05 ln（梁）一端搁置、一端与支承构件整浇l0=ln+a/2且 l0 ln+h/2 （板）l01.025 ln （梁）单跨两端与支承构件整浇 l0=ln边跨l0=ln+a/2+b/2且 l0 ln+h/2+b/2 （板）l01.025 ln+b/2 （梁）按弹性理论计算 多跨中间跨l0=lc且 l01.1 ln （板）l01.05 ln （梁）两端搁置l0=ln+a且 l0 ln+h （板）l01.05 ln （梁）一端搁置、一端与支承构件整浇l0=ln+a/2且 l0 ln+h/2 （板）l01.025 ln （梁）按塑性理论计算 两端与支承构件整浇 l0=ln注： l0板、

7、梁的计算跨度； lc支座中心线间距离；ln板、梁的净跨； h板厚； a板、梁端支承长度； b中间支座宽度二 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

8、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

9、载不利位置（a） 活 1+活 3+活 5 （b） 活 2+活 4 （c） 活 1+活 2+活 4从以上分析可得，确定截面最不利内力时，活荷载的布置原则如下：（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

10、，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（a） 弯矩包络图 （b） 剪力包络图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

11、差异。在恒载 g 作用下，由于各跨荷载基本相等，0，支座抗扭刚度的影响较小，如图 5a、b 示。在活荷载 p 作用下，如求某跨跨中最大弯矩时，某跨布置 p，邻跨不布置 p，如图 5c、d 示，由于支座约束，实际转角 小于计算转角 ，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，即以折算图 5 梁抗扭刚度的影响荷载代替实际荷载。对板和次梁，折算荷载取为：板： 折算恒载： g= g折算活载： p= 次梁： 折算恒载： g= g折算活载： p= 式中 g ， p 为实际的恒载、活载g， p为折算的恒载、活载这样调整的结

12、果，对作用有活荷载的跨 g p g p，总值不变，而相邻无活荷载的跨， g= g p/2 g，或 g= g p /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=Mc V0b/2 当连续梁搁置于砖墙上时：M=Mc 均布荷载： = Vc（ g

13、q） b/2 集中荷载：Vc=V 式中 Mc、 Vc支承中的弯矩、剪力值；V0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。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

14、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：M （ g q） l2 当 p/g1 /3 时，调幅值15，这是考虑长期荷载对结构变形的不利影响

15、。4) 调幅后应满足静力平衡条件，即调整后的每跨两端支座弯矩平均值与跨中弯矩之和（均为绝对值），不小于该跨满载时（恒+活）按简支梁计算的跨中弯矩M0（见图 7）。 MC M0 图 7 M0 示意图5)为保证塑性铰具有足够的转动能力，设计中应满足 0.35，钢筋宜使用 HRB335 级和 HRB400 级热轧钢筋，也可采用 HPB235 级热轧钢筋，宜选用C20C45 强度等级混凝土。6) 考虑塑性内力重分布后，抗剪箍筋面积增大 20，增大范围 l 见图 8。为避免斜拉破坏，配筋下限值应满足： 图 8 抗剪箍筋增大范围示意图（a）集中荷载作用 （b） 均布荷载作用（2）用弯矩调幅法计算等跨连续梁

16、板根据调幅法的原则，并考虑到设计的方便，对均布荷载作用下的等跨连续梁板，考虑塑性内力重分布后的弯矩和剪力的计算公式为：M= （ g p） l02 V= （ g p） ln2 式中， ， 弯矩和剪力系数，分别见表 4，表 5l0， ln计算跨度和净跨g， p均布恒载和活载的设计值梁板弯矩系数 表 4 截面 支承条件 梁 板梁、板搁置在墙上 0 0梁、板与梁整浇 1/24 1/16 边支座梁与柱整浇 1/16 梁、板搁置在墙上 1/11边跨中梁、板与梁整浇 1/14两跨连续 1/10第一内支座三跨及三跨以上连续 1/11中间支座 1/16中间跨中 1/16梁剪力系数 表 5 截面 支承条件 梁搁置

17、在墙上 045端支座内侧与梁或柱整浇 05搁置在墙上 06第一支内座外测与梁或柱整浇 055第一支内座内测 055中间支座两侧 055以图 9 示，5 跨等跨连续梁承受均布荷载为例，用调幅法阐明上述系数由来。次梁边支座为砖墙，设活荷载与恒荷载之比 p / g=3， l 为跨度。图 9 五跨连续梁荷载布置图(a) 五等跨连续梁 （b）求 MBmax时荷载布置图（c）求 1、3、5 跨中最大弯矩时荷载布置图即 p=3gg=p/3则 g+p= +p= g+p= +3g =4 g 于是 次梁折算荷载 g= = =0.4375（ g+p）p= = =0.5625（ g+p）按弹性方法求 MBmax，活载布置在一、二、四跨（如图 9），由附表可查得横荷载系数-0.105，活荷载系数-0.119，则MBmax= 0.105 g l20.119 p l2=0.1050.4375（ g+p） l20.1190.5625（ g+p） l2