公路棚架結(jié)構(gòu)計(jì)算稿

1、公路棚架結(jié)構(gòu)計(jì)算稿審 定： 審 查： 校 核： 編 寫： 目錄1 計(jì)算目的和要求12 計(jì)算資料12.1 工程概況12.2 設(shè)計(jì)依據(jù)和參考資料12.3 基本資料22.3.1 工程等級(jí)22.3.2 抗震設(shè)防烈度22.3.3 建筑材料22.3.4 相關(guān)系數(shù)22.3.5 保護(hù)層厚度32.3.6 材料信息32.3.7 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖32.3.8 結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)52.4 荷載計(jì)算52.4.1 主梁荷載52.4.2 立柱荷載63 結(jié)構(gòu)計(jì)算過程及結(jié)果73.1 內(nèi)力計(jì)算83.1.1 工況一內(nèi)力計(jì)算83.1.2 工況二內(nèi)力計(jì)算103.2 配筋計(jì)算113.2.1 工況一配筋計(jì)算113.2.2 工況二配筋計(jì)算133.3 配筋

2、計(jì)算154 其他說明1521 計(jì)算目的和要求計(jì)算結(jié)果作為該部位梁、柱截面尺寸和配筋的依據(jù)，保證結(jié)構(gòu)在施工和運(yùn)行期間的安全性。2 計(jì)算資料2.1 工程概況本工程采用棚架等結(jié)構(gòu)對(duì)右岸進(jìn)場(chǎng)公路進(jìn)行危石治理，確保行人及車輛安全。2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)和參考資料1、依據(jù)的規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB50009-2012混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB500102010水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 DL/T505720093、參考資料水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué) 中國(guó)水利水電出版社水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè) 中國(guó)水利水電出版社2.3 基本資料2.3.1 工程等級(jí)本工程為建筑物結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為II級(jí)。2.3.2 抗震設(shè)防烈度根據(jù)中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)

3、區(qū)劃圖(GB183062001)，工程區(qū)地震動(dòng)峰值水平加速度a=0.05g、地震基本烈度為度。根據(jù)水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T50572009的有關(guān)規(guī)定，本工程抗震設(shè)計(jì)烈度為6度，可不進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算，但仍需采取抗震構(gòu)造措施。2.3.3 建筑材料1、混凝土：采用C30混凝土。2、鋼筋：梁、柱中的縱向鋼筋采用HRB400，箍筋采用HPB300。2.3.4 相關(guān)系數(shù)1、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為II級(jí)，故結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0。2、設(shè)計(jì)狀況系數(shù)本次計(jì)算主要考慮高空落石的偶然狀況，取0.853、結(jié)構(gòu)系數(shù)鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)系數(shù)1.24、荷載分項(xiàng)系數(shù)結(jié)構(gòu)永久荷載分項(xiàng)系數(shù)=1.05，可變

4、荷載分項(xiàng)系數(shù)=1.2。5、正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算指標(biāo)（1）裂縫寬度本次計(jì)算部位混凝土處于二類環(huán)境，最大裂縫寬度限制值= 0.30mm。（2）撓度撓度限制值：當(dāng)<7m時(shí)， =當(dāng)7m9m時(shí)， =當(dāng)>9m時(shí)， =（為計(jì)算跨度）2.3.5 保護(hù)層厚度本次計(jì)算部位處于二類環(huán)境，梁、柱鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度取c=40mm。2.3.6 材料信息（1）混凝土C30 軸心抗壓設(shè)計(jì)值fc =14.3 N/mm2軸心抗拉設(shè)計(jì)值ft =1.43 N/mm2軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)值fck =20.1N/mm2軸心抗拉標(biāo)準(zhǔn)值ftk =2.01N/mm2彈性模量EC=3.0×104 N/mm2素混凝土容重=24.

5、0 kN/m3鋼筋混凝土容重=25.0 kN/m3（2）鋼筋HRB400抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=360 N/mm2彈性模量ES = 2.00×105 N/mm2抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk=400 N/mm2（3）鋼筋HPB300抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=270 N/mm2彈性模量ES=2.10×105 N/mm2抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk=300 N/mm22.3.7 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖根據(jù)建筑功能、設(shè)備布置和框架結(jié)構(gòu)體系要求，確定結(jié)構(gòu)平面布置見圖2.1所示。（a）外側(cè)立視圖（b）A-A剖面圖圖2.1 棚洞防護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.3.8 結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)（1）主梁幾何參數(shù)棚架梁為拱形梁，圓拱半徑4920mm，最大角度

6、90.7°，總長(zhǎng)7784mm。梁截面尺寸=350mm×500mm（2）立柱幾何參數(shù)立柱柱子高度：H=5263mm柱子的計(jì)算長(zhǎng)度：L0=1.25×52636580mm柱子的截面尺寸：=350mm×500mm2.4 荷載計(jì)算2.4.1 主梁荷載作用在主梁上的荷載主要有：墜石沖擊荷載、梁及其他構(gòu)件自重荷載、雪荷載、安裝和維修時(shí)上人及設(shè)備活荷載。（1）墜石沖擊荷載依據(jù)業(yè)主要求，墜石的沖擊荷載按照100kg墜石從高20m處落下產(chǎn)生的撞擊力考慮，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2012）中偶爾荷載的汽車撞擊荷載計(jì)算公式，計(jì)算如下：墜石質(zhì)量：m=100kg撞擊速

7、度：=(2×9.81×20)1/2=19.80m/s撞擊時(shí)間取為：t=0.2s墜石撞擊力荷載：=100×19.8/0.2/1000=9.9kN撞擊力荷載設(shè)計(jì)值為P=9.9×1.2=11.9kN（2）梁及其他構(gòu)件自重荷載拱形梁等效自重荷載設(shè)計(jì)值估算其他構(gòu)件（包括鋼絲繩網(wǎng)、柵格網(wǎng)、支承筋、減壓環(huán)等）重量按15kg/m2計(jì)算。相鄰的梁之間鋼絲繩網(wǎng)面積為47.3m2，等效為梁上作用力為15×47.3×9.8/1000=7.10kN,即對(duì)梁產(chǎn)生均布荷載設(shè)計(jì)值（3）雪荷載根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB500092001），鋼絲繩網(wǎng)水平投影面上的雪荷載

8、標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值其中屋面積雪分布系數(shù)基本雪壓等效為梁上作用力為0.12×47.3=5.68kN即對(duì)梁產(chǎn)生均布荷載設(shè)計(jì)值（4）安裝、維修時(shí)人及設(shè)備荷載荷載設(shè)計(jì)值取為2.4.2 立柱荷載作用在立柱上的荷載包括自重和風(fēng)荷載。（1）立柱自重設(shè)計(jì)值（2）風(fēng)荷載根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB500092001），當(dāng)計(jì)算主要結(jié)構(gòu)時(shí)，垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下列公式計(jì)算： 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（）；高度Z處的風(fēng)振系數(shù)；風(fēng)荷載體型系數(shù)；風(fēng)壓高度變化系數(shù)；基本風(fēng)壓（）。1.基本風(fēng)壓?；撅L(fēng)壓按50年一遇的風(fēng)壓采用：2.風(fēng)壓高度變化系數(shù)。離地面高度h=7.2m，查表7.2.1得，。綜合考慮

9、地形條件，修正系數(shù) 則3.風(fēng)振系數(shù)。根據(jù)附錄E結(jié)構(gòu)自振周期,查表7.4.3得查表7.4.4-1及附錄F得，4.風(fēng)荷載體型系數(shù)查表7.3.1得可變荷載分項(xiàng)系數(shù)風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值3 結(jié)構(gòu)計(jì)算過程及結(jié)果考慮到墜石砸落部位的不同，會(huì)對(duì)棚架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的荷載類型。其中最不利的情況有兩種：工況一，墜石砸到主梁頂部，對(duì)梁柱結(jié)構(gòu)造成豎向沖擊力，該工況下的構(gòu)件承載能力計(jì)算可作為棚架的梁柱平面內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和配筋的依據(jù)；工況二，墜石砸到兩梁正中間的鋼絲繩網(wǎng)上，對(duì)梁柱結(jié)構(gòu)造成側(cè)向拉力和豎直向沖擊力，該工況下的構(gòu)件承載能力計(jì)算可作為垂直于棚架梁柱平面（側(cè)向）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和配筋的依據(jù)。3.1 內(nèi)力計(jì)算3.1.1 工況一內(nèi)力計(jì)算假定柱

10、子底部為固定端，梁兩端為鉸接，用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算主梁和立柱受力。作用在梁上的均布荷載包括自重荷載、其他構(gòu)件荷載、雪荷載，總值為用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算結(jié)點(diǎn),1,-4,0結(jié)點(diǎn),2,4,0結(jié)點(diǎn),3,-4,5.26結(jié)點(diǎn),4,4,5.26結(jié)點(diǎn),5,-3.3271,5.8412結(jié)點(diǎn),6,-2.571,6.309結(jié)點(diǎn),7,-1.7505,6.6517結(jié)點(diǎn),8,-0.8864,6.8609結(jié)點(diǎn),9,0,6.9312結(jié)點(diǎn),10,0.8864,6.8609結(jié)點(diǎn),11,1.7505,6.6517結(jié)點(diǎn),12,2.571,6.309結(jié)點(diǎn),13,3.3271,5.8412單元,1,3,1,1,1,1,1,0單元,3,5,

11、1,1,1,1,1,1單元,5,6,1,1,1,1,1,1單元,6,7,1,1,1,1,1,1單元,7,8,1,1,1,1,1,1單元,8,9,1,1,1,1,1,1單元,9,10,1,1,1,1,1,1單元,10,11,1,1,1,1,1,1單元,11,12,1,1,1,1,1,1單元,12,13,1,1,1,1,1,1單元,13,4,1,1,1,1,1,1單元,2,4,1,1,1,1,1,0結(jié)點(diǎn)支承,1,6,0,0,0,0結(jié)點(diǎn)支承,2,6,0,0,0,0單元荷載2,2,11,3,6.51,0,1,90,1單元荷載,1,-3,4.6,0,1,180單元荷載,12,-3,4.6,0,1,180

12、結(jié)點(diǎn)荷載,9,1,11.9,-90單元材料性質(zhì),1,12,1,1,1,1,1受力圖軸力圖剪力圖彎矩圖在工況一下，主梁,立柱,3.1.2 工況二內(nèi)力計(jì)算墜石砸到鋼絲繩網(wǎng)中央時(shí)，對(duì)梁柱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載和簡(jiǎn)化為作用在梁頂部的沖擊力P1和側(cè)向拉力P2。根據(jù)前面對(duì)沖擊荷載的計(jì)算，可以偏安全地取P1=P =11.9kN，P2=0.5P=5.95kN。據(jù)此計(jì)算梁的最大荷載值,。傳遞到單根立柱上的主梁、立柱、聯(lián)系梁及其他構(gòu)件自重荷載共計(jì)主梁最大荷載值,3.2 配筋計(jì)算3.2.1 工況一配筋計(jì)算<1> 主梁配筋計(jì)算主梁的混凝土保護(hù)層厚：c=40mm初步假設(shè)鋼筋直徑：d=28mm縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面

13、受拉邊緣的距離：a=c+d/2=54mm（d為鋼筋直徑）截面有效高度截面抵抗矩系數(shù)：=0.10其中相對(duì)受壓區(qū)計(jì)算高度：0.105，可按單筋截面配筋計(jì)算，按構(gòu)造配置適量受壓鋼筋。鋼筋截面面積：=583mm2選用3C 18，As=763mm2受拉側(cè)選用3C14配筋率：=0.0046 截面的受剪承載力：=163.3kN=151.2kN>V=21.52kN，不必配置抗剪鋼筋選配雙肢箍筋10200<2> 立柱配筋計(jì)算立柱的混凝土保護(hù)層厚：c=40mm初步假設(shè)鋼筋直徑：d=28mm縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面受拉邊緣的距離：a=c+d/2=54mm（d為鋼筋直徑）截面有效高度=5263/50

14、0=10.526>8，因此需要考慮縱向彎曲的影響。偏心距：=356mm，取1由于=10.526<15，取故：=1=1.10判斷大小偏心，由于e0392mm>0.3h00.3×446133.8mm，故為大偏心受壓構(gòu)件，按大偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。下面按對(duì)稱配筋進(jìn)行計(jì)算。=1.256.191000/(14.3350446)=0.03<=240/446=0.18=182mm為滿足最小配筋率及構(gòu)造要求，選用3C 16，As=603mm2抗剪計(jì)算：故按構(gòu)造配置箍筋。實(shí)際選配雙肢箍筋10200箍筋配筋率=157/(350×200)=0.22%，滿足要求。3.2.2

15、 工況二配筋計(jì)算<1> 主梁配筋計(jì)算 主梁的混凝土保護(hù)層厚：c=40mm初步假設(shè)鋼筋直徑：d=28mm縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面受拉邊緣的距離：a=c+d/2=54mm（d為鋼筋直徑）截面有效高度截面抵抗矩系數(shù)：=0.01其中相對(duì)受壓區(qū)計(jì)算高度：0.01，可按單筋截面配筋計(jì)算。鋼筋截面面積：=71mm2在工況一下，已經(jīng)對(duì)梁短邊側(cè)進(jìn)行配筋（受拉區(qū)3C 18，受壓區(qū)3C 14），因此長(zhǎng)邊上存在配筋，不需要單獨(dú)配筋。截面的受剪承載力：=148kN=137.2kN>V=5.95kN，不必配置抗剪鋼筋選配雙肢箍筋10200<2> 立柱配筋計(jì)算立柱的混凝土保護(hù)層厚：c=40mm

16、初步假設(shè)鋼筋直徑：d=28mm縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面受拉邊緣的距離：a=c+d/2=54mm（d為鋼筋直徑）截面有效高度=5263/350=15.0>8，因此需要考慮縱向彎曲的影響。偏心距：=500mm，取1由于=15.015，取故：=1=1.095判斷大小偏心，由于e0548mm>0.3h00.3×29688.8mm，故為大偏心受壓構(gòu)件，按大偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。下面按對(duì)稱配筋進(jìn)行計(jì)算。=1.291.631000/(14.3500296)=0.05<=240/296=0.27=413mm為滿足最小配筋率及構(gòu)造要求，選用316，As=603mm2抗剪計(jì)算：故按構(gòu)造配置箍筋。實(shí)際選配雙肢箍筋10200箍筋配筋率=157/(500×150)=0.20%，滿足要求。3.3 配筋計(jì)算對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，板、梁配筋滿足限制要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸合適，同時(shí)各項(xiàng)承載能力極限狀態(tài)和正