混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)與目的該課程設(shè)計(jì)是土木工程專業(yè)課。鋼筋混凝土課程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是全面檢驗(yàn)和鞏固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)效果的一個(gè)有效方式。通過課程設(shè)計(jì)，可以使學(xué)生進(jìn)一步加深對所學(xué)混凝土理論課程的理解和鞏固：可以綜合所學(xué)的混擬稿土課程的相關(guān)知識解決實(shí)際問題；可以使學(xué)生得到工程實(shí)踐的實(shí)際訓(xùn)練，提高其應(yīng)用能力及動(dòng)手能力。其任務(wù)是：了解混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要過程；鍛煉和提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算、設(shè)計(jì)及構(gòu)造處理、繪制結(jié)構(gòu)施工圖的能力；培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)過程中的配合意識。加深對所學(xué)理論課程的理解和鞏固。培養(yǎng)正確、熟練運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、手冊、各種標(biāo)準(zhǔn)圖籍及參考書的能力。通過實(shí)際工程訓(xùn)練，初步建立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工

2、、經(jīng)濟(jì)全面協(xié)調(diào)同統(tǒng)一的思想。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容安排與要求1、設(shè)計(jì)內(nèi)容：結(jié)構(gòu)平面布置，荷載及內(nèi)力計(jì)算，承載力計(jì)算，繪制施工圖（斷面法和平法兩種）。 2、設(shè)計(jì)過程：單向肋梁樓蓋：（1）板、次梁和主梁的截面尺寸擬定；（2）板、次梁和主梁的荷載計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算，主梁的彎距包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖；（3）構(gòu)件截面配筋計(jì)算；（4）板結(jié)構(gòu)布置圖；（5）次梁結(jié)構(gòu)布置圖；（6）主梁結(jié)構(gòu)布置圖；（7）必要的施工說明。雙向板肋梁樓蓋：計(jì)算任意一塊板3、基本要求：結(jié)構(gòu)布置合理，設(shè)計(jì)計(jì)算正確。4、相關(guān)資料：1）該房屋為商場，查閱相關(guān)規(guī)范進(jìn)行荷載選用；2）主梁、次梁受力鋼筋采用HRB400級鋼筋，其他均用HPB300級鋼筋，混凝土C3

3、0；1 / 153）學(xué)號尾數(shù)a為09的同學(xué)，其跨度L選擇為。圖1 樓蓋柱子布置三、計(jì)算書要求1、計(jì)算書格式采用A4打印紙。要求表達(dá)清楚，文字簡潔，計(jì)算正確，有必要的配圖，最后裝訂整齊。2、計(jì)算書內(nèi)容 (1) 封面；(2) 目錄；(3) 工程概況；(4) 計(jì)算書正文；3、結(jié)構(gòu)施工圖內(nèi)容(1) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件（墻、柱）截面；(2) 軸線及其編號、尺寸；(3) 構(gòu)件平法標(biāo)注；(4) 標(biāo)高；(5) 說明。四、進(jìn)度安排 結(jié)構(gòu)計(jì)算 4天 計(jì)算書、圖紙整理 1天 合計(jì)教學(xué)周一周 5天2 / 15附：1 設(shè)計(jì)指導(dǎo)書一 肋梁樓蓋的計(jì)算簡圖在進(jìn)行內(nèi)力分析前，必須先把樓蓋實(shí)際結(jié)構(gòu)抽象成為一個(gè)計(jì)算簡圖，在抽象過程中要忽略一

4、些次要因素，并做如下假定：1板的豎向荷載全部沿短跨方向傳給次梁，且荷載板次梁主梁主梁支承的傳遞過程中，支承條件簡化為集中于一點(diǎn)的支承鏈桿，忽略支承構(gòu)件的豎向變形，即按簡支考慮。2板視為以次梁為鉸支座的連續(xù)梁，可取1m寬板帶計(jì)算。3跨數(shù)超過5跨的等截面連續(xù)梁（板），當(dāng)各跨荷載基本相同，且跨度相差不超過10時(shí)，可按5跨連續(xù)梁（板）計(jì)算，所有中間跨的內(nèi)力和配筋均按第三跨處理。當(dāng)梁板實(shí)際跨數(shù)小于5跨時(shí)，按實(shí)際跨數(shù)計(jì)算。4板梁的計(jì)算跨度應(yīng)取為相鄰兩支座反力作用點(diǎn)之間的距離，其值與支座反力分布有關(guān)，也與構(gòu)件的支承長度和構(gòu)件本身的剛度有關(guān)。在實(shí)用計(jì)算中，計(jì)算跨度可按表3取值。 表3 梁、板的計(jì)算跨度 按彈性

5、理論計(jì)算單跨兩端擱置l0=ln+a且 l0ln+h （板）l01.05ln（梁）一端擱置、一端與支承構(gòu)件整澆l0=ln+a/2 且 l0ln+h/2 （板） l01.025ln （梁）兩端與支承構(gòu)件整澆l0=ln多跨邊跨l0=ln+a/2+b/2且 l0ln+h/2+b/2 （板） l01.025ln+b/2 （梁）中間跨l0=lc且 l01.1ln （板） l01.05ln （梁）按塑性理論計(jì)算兩端擱置l0=ln+a且 l0ln+h （板）l01.05ln （梁）一端擱置、一端與支承構(gòu)件整澆l0=ln+a/2且 l0ln+h/2 （板）l01.025ln （梁）兩端與支承構(gòu)件整澆l0=ln注

6、：l0板、梁的計(jì)算跨度； lc支座中心線間距離； ln板、梁的凈跨； h板厚； a板、梁端支承長度； b中間支座寬度二 按彈性方法計(jì)算內(nèi)力按彈性理論計(jì)算的樓蓋內(nèi)力，首先要假定樓蓋材料為均質(zhì)彈性體。根據(jù)前述的計(jì)算簡圖，用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算梁板內(nèi)力，也可利用靜力計(jì)算手冊中的圖表確定梁、板內(nèi)力。在計(jì)算內(nèi)力時(shí)應(yīng)注意下列問題：3 / 151荷載及其不利組合樓蓋上作用有永久荷載和可變荷載，永久荷載按實(shí)際考慮，可變荷載根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料折算成等效均布活荷載，可由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范查得。板通常取1m板寬的均布荷載（包括自重），次梁承受板傳來的均布荷載和次梁自重，主梁承受次梁傳來得集中荷載和均布的自重荷載。為簡化計(jì)算，

7、可將主梁的自重按就近集中的原則化為集中荷載，作用在集中荷載作用點(diǎn)和支座處（支座處的集中荷載在梁中不產(chǎn)生內(nèi)力）。由于可變荷載在各跨的分布是隨機(jī)的，如何分布會(huì)在各截面產(chǎn)生最大內(nèi)力是活荷載不利布置的問題。圖2所示為5跨連續(xù)梁，當(dāng)活荷載布置在不同跨間時(shí)梁的彎矩圖及剪力圖。由圖可見，當(dāng)求1，3，5跨跨中最大正彎矩時(shí)，活荷應(yīng)布置在1，3，5跨；當(dāng)求2，4跨跨中最大正彎矩或1，3，5跨跨中最小彎矩時(shí)，活荷載應(yīng)布置在2，4跨；當(dāng)求B支座最大負(fù)彎矩及支座最大剪力時(shí)，活荷載應(yīng)布置在1，2，4跨，如圖3。由此看出，活荷載在連續(xù)梁各跨滿布時(shí)，并不是最不利情況。圖2 5跨連續(xù)梁彎矩圖及剪力圖4 / 15圖3 活載不利位

8、置（a） 活1+活3+活5 （b） 活2+活4 （c） 活1+活2+活4從以上分析可得，確定截面最不利內(nèi)力時(shí)，活荷載的布置原則如下：（1）欲求某跨跨中最大正彎矩時(shí)，除將活荷載布置在該跨以外，兩邊應(yīng)每隔一跨布置活載；（2）欲求某支座截面最大負(fù)彎矩時(shí)，除該支座兩側(cè)應(yīng)布置活荷載外，兩側(cè)每隔一跨還應(yīng)布置活載；（3）欲求梁支座截面（左側(cè)或右側(cè)）最大剪力時(shí)，活荷載布置與求該截面最大負(fù)彎矩時(shí)的布置相同；（4）欲求某跨跨中最小彎矩時(shí)，該跨應(yīng)不布置活載，而在兩相鄰跨布置活載，然后再每隔一跨布置活載。2內(nèi)力包絡(luò)圖以恒載作用在各截面的內(nèi)力為基礎(chǔ)，在其上分別疊加對各截面最不利的活載布置時(shí)的內(nèi)力，便得到了各截面可能出現(xiàn)

9、的最不利內(nèi)力。將各截面可能出現(xiàn)的最不利內(nèi)力圖疊繪于同一基線上，這張疊繪內(nèi)力圖的外包線所形成的圖稱為內(nèi)力包絡(luò)圖。它表示連續(xù)梁在各種荷載不利組合下，各截面可能產(chǎn)生的最不利內(nèi)力。無論活荷載如何分布，梁各截面的內(nèi)力總不會(huì)超出包絡(luò)圖上的內(nèi)力值。梁截面可依據(jù)包絡(luò)圖提供的內(nèi)力進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。圖4為五跨連續(xù)梁的彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖。5 / 15圖4 內(nèi)力包絡(luò)圖（a） 彎矩包絡(luò)圖 （b） 剪力包絡(luò)圖3支座抗扭剛度對梁板內(nèi)力的影響由于計(jì)算簡圖假定次梁對板、主梁對次梁的支承為簡支，忽略了次梁對板、主梁對次梁的彈性約束作用，即忽略了支座抗扭剛度對梁板內(nèi)力的影響。從圖5可以看出實(shí)際結(jié)構(gòu)與計(jì)算簡圖的差異。在恒載g作用下，

10、由于各跨荷載基本相等，0，支座抗扭剛度的影響較小，如圖5a、b示。在活荷載p作用下，如求某跨跨中最大彎矩時(shí)，某跨布置p，鄰跨不布置p，如圖5c、d示，由于支座約束，實(shí)際轉(zhuǎn)角小于計(jì)算轉(zhuǎn)角，使得計(jì)算的跨中彎矩大于實(shí)際跨中彎矩。精確地考慮計(jì)算假定帶來的誤差是復(fù)雜的，實(shí)用上可用調(diào)整荷載的方法解決。減小活荷載，加大恒荷載，即以折算圖5 梁抗扭剛度的影響荷載代替實(shí)際荷載。對板和次梁，折算荷載取為：板： 折算恒載：g=g 折算活載：p= 次梁： 折算恒載：g=g折算活載：p= 式中 g ，p為實(shí)際的恒載、活載 g，p為折算的恒載、活載這樣調(diào)整的結(jié)果，對作用有活荷載的跨gp gp，總值不變，而相鄰無活荷載的跨

11、，g=gp/2g，或g=gp /4g；鄰跨加大的荷載使本跨正彎矩減小，以此調(diào)整支座抗扭剛度對內(nèi)力計(jì)算的影響。當(dāng)板或梁擱置在磚墻或鋼梁上時(shí)，不需要調(diào)整荷載。4彎矩和剪力設(shè)計(jì)值由于計(jì)算跨度取支承中心線間的距離，未考慮支座寬度，計(jì)算所得支座處Mmax、Vmax均指支座中心線處的彎矩、剪力值。支座處截面較高，一般不是危險(xiǎn)截面，故設(shè)計(jì)中可取支座邊緣內(nèi)力值進(jìn)行計(jì)算（見圖6），按彎矩、剪力在支座范圍內(nèi)為線性變化，可求得支座邊緣的內(nèi)力值：M=McV0b/2 6 / 15當(dāng)連續(xù)梁擱置于磚墻上時(shí)：M=Mc 6均布荷載： =Vc（gq）b/2 集中荷載：Vc=V 式中 Mc、Vc支承中的彎矩、剪力值；V0按簡支梁計(jì)

12、算的支座剪力設(shè)計(jì)值（取絕對值）；b支承寬度。三 按塑性內(nèi)力重分布的方法計(jì)算內(nèi)力鋼筋混凝土是一種彈塑性材料，連續(xù)梁板是超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)梁板的一個(gè)截面達(dá)到極限承載力時(shí)，并不意味著整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞。鋼筋達(dá)到屈服后，還會(huì)產(chǎn)生一定的塑性變形，結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力通常大于按彈性理論計(jì)算的結(jié)果。再則，混凝土構(gòu)件截面設(shè)計(jì)時(shí)，考慮了材料的塑性，若內(nèi)力分析按彈性理論，與截面設(shè)計(jì)的理論不統(tǒng)一，因此有必要研究塑性理論的內(nèi)力分析方法。連續(xù)梁板考慮塑性內(nèi)力重分布的計(jì)算方法較多，例如：極限平衡法、塑性鉸法及彎矩調(diào)幅法等。目前工程上應(yīng)用較多的是彎矩調(diào)幅法。彎矩調(diào)幅法的概念是：先按彈性分析求出結(jié)構(gòu)各截面彎矩值，再根據(jù)需要將結(jié)構(gòu)中一些

13、截面的最大（絕對值）彎矩（多數(shù)為支座彎矩）予以調(diào)整，按調(diào)整后的內(nèi)力進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)。(1)彎矩調(diào)幅法簡稱調(diào)幅法，調(diào)幅的基本原則是：1）為盡可能節(jié)約鋼材，宜使用調(diào)整后的彎矩包絡(luò)圖做為設(shè)計(jì)配筋依據(jù)。2）為方便施工，通常調(diào)整支座截面，并盡可能使調(diào)整后的支座彎矩與跨中彎矩接近。3）調(diào)幅需使結(jié)構(gòu)滿足剛度、裂縫要求，不使支座截面過早出現(xiàn)塑性鉸，調(diào)幅值一般25。調(diào)幅后，所有支座及跨中彎矩的絕對值M，當(dāng)承受均布荷載時(shí)應(yīng)滿足：M（gq）l2 當(dāng)p/g1 /3時(shí)，調(diào)幅值15，這是考慮長期荷載對結(jié)構(gòu)變形的不利影響。4) 調(diào)幅后應(yīng)滿足靜力平衡條件，即調(diào)整后的每跨兩端支座彎矩平均值與跨中彎矩之和（均為絕對值），不小于該

14、跨滿載時(shí)（恒+活）按簡支梁計(jì)算的跨中彎矩M0（見圖7）。MCM0 7 / 15圖7 M0 示意圖5)為保證塑性鉸具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足0.35，鋼筋宜使用HRB335級和HRB400級熱軋鋼筋，也可采用HPB235級熱軋鋼筋，宜選用C20C45強(qiáng)度等級混凝土。6) 考慮塑性內(nèi)力重分布后，抗剪箍筋面積增大20，增大范圍l見圖8。為避免斜拉破壞，配筋下限值應(yīng)滿足： 圖8 抗剪箍筋增大范圍示意圖（a）集中荷載作用 （b） 均布荷載作用（2）用彎矩調(diào)幅法計(jì)算等跨連續(xù)梁板根據(jù)調(diào)幅法的原則，并考慮到設(shè)計(jì)的方便，對均布荷載作用下的等跨連續(xù)梁板，考慮塑性內(nèi)力重分布后的彎矩和剪力的計(jì)算公式為：M=（g

15、p）l02 V=（gp）ln2 式中，彎矩和剪力系數(shù)，分別見表4，表5 l0，ln計(jì)算跨度和凈跨 g，p均布恒載和活載的設(shè)計(jì)值梁板彎矩系數(shù) 表4 截面支承條件梁板邊支座梁、板擱置在墻上00梁、板與梁整澆1/241/168 / 15梁與柱整澆1/16邊跨中梁、板擱置在墻上1/11梁、板與梁整澆1/14第一內(nèi)支座兩跨連續(xù)1/10三跨及三跨以上連續(xù)1/11中間支座1/16中間跨中1/169 / 15梁剪力系數(shù) 表5 截面支承條件梁端支座內(nèi)側(cè)擱置在墻上045與梁或柱整澆05第一支內(nèi)座外測擱置在墻上06與梁或柱整澆055第一支內(nèi)座內(nèi)測055中間支座兩側(cè)055（3）不等跨連續(xù)梁板的計(jì)算當(dāng)不等跨連續(xù)梁板的跨

16、度差不大于10時(shí)，仍可采用等跨連續(xù)梁板的系數(shù)。計(jì)算支座彎矩時(shí)，l0取相鄰兩跨中的較大跨度值；計(jì)算跨中彎矩時(shí)，l0取本跨跨度值。當(dāng)不等跨連續(xù)梁板的跨度差大于10時(shí)，連續(xù)梁應(yīng)根據(jù)彈性方法求出恒載及活荷載最不利作用的彎矩圖，經(jīng)組合疊加后形成彎矩包絡(luò)圖，再以包絡(luò)圖作為調(diào)幅依據(jù)，按前述調(diào)幅原則調(diào)幅。剪力可取彈性方法的計(jì)算結(jié)果，連續(xù)板可按下述步驟計(jì)算：1) 確定最大跨跨內(nèi)彎矩值邊 跨：M中間跨：M2）按已知最大跨跨中彎矩，在本跨（gp）作用下，由靜力平衡條件求該跨支座彎矩，再以支座彎矩為已知，同理求得鄰跨跨中彎矩，以此類推，求得所有跨中及支座彎矩，該彎矩均應(yīng)符合內(nèi)力平衡條件及大于（gp）l2。（4） 塑性

17、內(nèi)力重分布方法的適用范圍考慮塑性內(nèi)力重分布的方法與彈性理論計(jì)算結(jié)果相比，節(jié)約材料，方便施工，但在結(jié)構(gòu)正常使用時(shí)，變形及裂縫偏大，對下列情況不適合采用塑性內(nèi)力重分布的計(jì)算方法：承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件；使用階段不允許開裂的結(jié)構(gòu)構(gòu)件；輕質(zhì)混凝土及其它特種混凝土結(jié)構(gòu)；受侵蝕氣體或液體作用的結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和二次受力迭合結(jié)構(gòu)；主梁等重要構(gòu)件不宜采用。四 截面設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求確定了連續(xù)梁板的內(nèi)力后，可根據(jù)內(nèi)力進(jìn)行構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)。一般情況下，強(qiáng)度計(jì)算后再滿足一定的構(gòu)造要求，可不進(jìn)行變形及裂縫寬度的驗(yàn)算。梁板均為受彎構(gòu)件，作為單個(gè)構(gòu)件的計(jì)算及構(gòu)造已在第三章中述及，此處僅對受彎構(gòu)件在樓蓋結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)和構(gòu)造特點(diǎn)簡要

18、敘述。1板的計(jì)算及構(gòu)造特點(diǎn)（1） 支承在次梁或磚墻上的連續(xù)板，一般可按塑性內(nèi)力重分布的方法計(jì)算。（2） 板一般均能滿足斜截面抗剪要求，設(shè)計(jì)時(shí)可不進(jìn)行抗剪計(jì)算。（3） 在承載能力極限狀態(tài)時(shí)，板支座處在負(fù)彎矩作用下上部開裂，跨中在正彎矩的作用下部開裂，板的實(shí)際軸線成為一個(gè)拱形（圖11）。當(dāng)板的四周與梁整澆，梁具有足夠的剛度，使板的支座不能自由移動(dòng)時(shí)，板在豎向荷載作用下將產(chǎn)生水平推力，由此產(chǎn)生的支座反力對板產(chǎn)生的彎矩可抵消部分荷載作用下的彎矩。因此對四周與梁整體連接的單向板，中間跨的跨中截面及中間支座，計(jì)算彎矩可減少20，其它截面不予降低。11 / 15圖11 板的拱作用（4） 板的受力鋼筋的配置方

19、法有彎起式和分離式兩種，鋼筋彎起切斷位置見圖12，圖中當(dāng)p/g3時(shí)，a=ln/4；當(dāng)p/g3時(shí)，a=ln/3。ln為板的凈跨。彎起式可一端彎起（圖12（a）或兩端彎起（圖12（b）。彎起式配筋整體性好，節(jié)約鋼材，但施工復(fù)雜；分離式配筋（圖12（c）施工方便，但用鋼量稍大。圖12 板中受力鋼筋的布置（5）板除配置受力鋼筋外，還應(yīng)在與受力鋼筋垂直的方向布置分布鋼筋，分布鋼筋的作用是固定受力鋼筋的位置；抵抗板內(nèi)溫度應(yīng)力和混凝土收縮應(yīng)力；承擔(dān)并分布板上局部荷載產(chǎn)生的內(nèi)力；在四邊支承板中，板的長方向產(chǎn)生少量彎矩也由分布鋼筋承受。分布鋼筋的數(shù)量應(yīng)不少于受力鋼筋的10，且每米不少于3根，應(yīng)均勻布置于受力鋼筋

20、的內(nèi)側(cè)。 由于計(jì)算簡圖與實(shí)際結(jié)構(gòu)的差異，板嵌固在磚墻上時(shí)，支座處有一定負(fù)彎矩，板角處也有負(fù)彎矩，溫度、混凝土收縮、施工條件等因素也會(huì)在板中產(chǎn)生拉應(yīng)力。 為防止上述原因在板中產(chǎn)生裂縫，沿墻長每米配56構(gòu)造鋼筋，伸出墻邊長度l0/7。在角部l0 / 4范圍內(nèi)雙向配6200的負(fù)筋，伸出長度l0/4。板靠近主梁處，部分荷載直接傳給主梁，也產(chǎn)生一定的負(fù)彎矩，同理應(yīng)配置每米511 / 156鋼筋，伸出長度l0/4，板的構(gòu)造鋼筋配置見圖13。圖13 板的構(gòu)造鋼筋（6） 現(xiàn)澆板上開洞時(shí)，當(dāng)洞口邊長或直徑不大于300且洞邊無集中力作用時(shí)，板內(nèi)受力鋼筋可繞過洞口不切斷；當(dāng)洞口邊長或直徑大于300時(shí)，應(yīng)在洞口邊的板面加配鋼筋，加配鋼筋面積不小于被截?cái)嗟氖芰︿摻蠲娣e的50，且不小于212；當(dāng)洞口邊長或直徑大于1000時(shí)，宜在洞邊加設(shè)小梁。2次梁的計(jì)算及構(gòu)造特點(diǎn)（1）次梁承受板傳來的荷載，通?？砂此苄詢?nèi)力重分布的方法確定內(nèi)力。（2）次梁和板整澆，配筋計(jì)算時(shí)，對跨中正彎矩應(yīng)按T型截面考慮,T形截面的翼緣計(jì)算寬度按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的規(guī)定取值；對支座負(fù)彎矩因翼緣開裂仍按矩形截面計(jì)算。（3）梁中受力鋼筋的彎起和截?cái)?，原則應(yīng)按彎矩