给排水工程结构课程设计

1. 材料指标及梁、板截面尺寸 C30混凝土 fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2 ftk=2.01N/mm2,Ec=3.0×104N/mm2 HPB235级钢筋 fy=210N/mm2,Es=2.1×105N/mm2 HRB400级钢筋 fy=360N/mm2,Es=2.0×105N/mm2 钢筋混凝土:
重度标准值为25kN/m3 覆土:
重度标准值为18kN/m3 砂浆抹面层:
重度标准值为20kN/m3 板厚采用120mm,次梁采用b×h=200×450mm,主梁采用b×h=250×650mm。

图1 顶盖结构布置图 2. 板的设计 (1)
荷载计算值 恒载分项系数γG=1.2,活载分项系数因qk=6kN/m2>4kN/m2,故γQ=1.3 覆土重 1.2×18×0.5=10.8kN/m2 板自重 1.2×25×0.12=3.6kN/m2 抹面重 1.2×20×0.02=0.48kN/m2 恒载 g=14.88 kN/m2 活载 q=1.3×6=7.8kN/m2 总荷载 g+q=14.88+7.8=22.68kN/m2 q/g=7.8/14.88=0.52<3 考虑梁板整体性对内力计算的影响,调整后的折算荷载为 g′=g+q/2=14.88+7.8/2=18.78kN/m2 q′=q/2=7.8/2=3.9kN/m2 取1m宽板带进行计算,故计算单元上每延米荷载即为 g′=18.78kN/m,q′=3.9kN/m (2)
计算简图(图2)
计算跨度:边跨=+b/2=1900+100=2000mm 中跨=+b=1800+200=2000mm 图2 板的计算简图 由于端支座近似取为简支,故此处计算跨度偏小,可取至壁板内边缘,以适当考虑端支座弹性固定对第一跨跨中弯矩,以及第一内支座负弯矩的影响。

(3)
内力计算 由于/=4.55/2.00=2.275>2.0,2.0</<3.0,这里按单向连续板设计,可把沿长向的构造钢筋加强。连续板实际为15跨,利用五跨连续梁的内力系数表进行内力计算。

跨中弯矩 M1max=(0.078×18.78+0.100×3.9)×2.002=7.42kN·m M2max=(0.033×18.78+0.079×3.9)×2.002=3.71kN·m M3max=(0.046×18.78+0.086×3.9)×2.002=4.78kN·m 支座弯矩 MBmax=-(0.105×18.78+0.119×3.9)×2.002=-9.74kN·m MCmax=-(0.079×18.78+0.111×3.9)×2.002=-7.67kN·m 求支座边缘弯矩:
在支座B处 在支座C处 (4)
配筋计算 板厚h=120mm,顶板钢筋净保护层厚度应取35mm,故h0=120-40=80mm。板正截面承载力计算结果见表1。

截面 边跨跨中 第一内支座 第二跨跨中 中间支座 中间跨中 M(kN·m)
7.42 -7.47 3.71 -5.40 4.78 =M/fcbh02 0.084 0.082 0.041 0.059 0.052 0.958 0.957 0.979 0.970 0.973 As=M/h0fy(mm2) 461.0 464.6 225.6 331.4 292.4 选用钢筋 8@100 8@100 8@120 8@120 8@120 实际配筋面积(mm2) 503 503 402 402 402 配筋率(%)
0.56 0.56 0.45 0.45 0.45 表1 板的配筋计算 (5)
裂缝宽度验算。

第一跨跨中:
按荷载长期效应组合计算的第一跨跨中最大弯矩,为用折算恒载准永久值gq′和折算活载准永久值qq′计算的第一跨跨中最大弯矩,=12.4+0.3=12.7kN/m, =0.3kN/m Mq=(0.078×12.7+0.100×0.3)×2.12=4.500 kN/m 满足要求。

(6)
挠度验算 现已知第一跨跨中,按荷载效应标准组合计算的最大弯矩Mk=6.0kN•m,按荷载效应准永久值组合计算所得跨中最大弯矩为 Mq=(0.078×12.7+0.100×0.3)×2.12=4.50kN/m 第一跨跨中挠度按简支梁用叠加法计算,即由简支梁在均布荷载作用下的跨中挠度和简支梁在右端支座负弯矩MB(MB由求第一跨跨中最大正弯矩时的荷载布置算得, MB=-6.367kN•m)作用下的跨中挠度叠加而成。所得跨中挠度近似认为是最大挠度,由此引起的误差忽略不计,则 所以满足要求. 3. 次梁的设计 (1)
荷载计算 板传来恒载设计值 14.88×2.0=29.76kN/m 次梁自重设计值 1.2×25×0.2×(0.45-0.12)=1.98kN/m 恒载 g=29.76+1.98=31.74kN/m 活荷载 q=1.3×6×2.0=15.6kN/m 总荷载 g+q=47.34kN/m q/g=15.6/31.74=0.49<3 考虑主梁抗扭刚度的影响,调整后的折算荷载为 g′=g+q/4=31.74+15.6/4=35.64kN/m q′=3q/4=3×15.6/4=11.7kN/m (2)
计算简图 图2 次梁计算简图 主梁截面尺寸为250×650mm。

计算跨度:边跨=+a/2+b/2=4325+100+125=4550mm 中跨=+b=4300+250=4550mm (3)
内力计算 按四跨连续梁内力系数表,计算跨中及支座弯矩以及各支座左右两侧的剪力。

跨中弯矩 M1max=(0.077×35.64+0.100×11.7)×4.552=81.04kN·m M2max=(0.036×35.64+0.081×11.7)×4.552=46.18kN·m 支座弯矩 MBmax=-(0.107×35.64+0.121×11.7)×4.552=-108.26kN·m MCmax=-(0.071×35.64+0.107×11.7)×4.552=-78.30kN·m B支座边缘处弯矩 C支座边缘处弯矩 A支座右侧剪力 VAmax=0.393×35.64×4.55+0.446×11.7×4.55=87.47kN A支座右边缘剪力 B支座左侧剪力 B支座左侧边缘剪力 B支座右侧剪力 B支座右侧边缘剪力 C支座左侧剪力 C支座左侧边缘剪力 (4)
正截面承载力计算 梁跨中按T形截面计算。其翼缘宽取下面两项中的较小值 =/3=4.55/3=1.52m =b+sn=0.2+1.8=2.0m 故取 顶盖梁、柱钢筋净保护层厚取35mm,故跨中T形截面的有效高度 h0=450-45=405mm(按一排钢筋考虑)
支座处按矩形截面计算,其有效高度h0=450-70=380mm(按二排钢筋考虑)。

次梁正截面承载力计算结果见表2 表2 次梁正截面配筋计算 截面 1 B 2 C 弯矩(kN·m)
81.04 -94.80 46.18 -64.84 截面类型 第一类T形 矩形 第一类T形 矩形 h0(mm)
405 380 405 380 =M/fcbh02 0.23 0.16 =M/fch02 0.0232 0.0127 0.988 0.867 0.993 0.912 As=M/h0fy(mm2) 562.58 799.29 318.97 519.71 选用钢筋 512 712 214 212/214 实际配筋面积(mm2) 565 791 308 565 配筋率ρ(%)
0.601 0.888 0.326 0.937 (5)
斜截面承载力计算 次梁剪力全部由箍筋承担,斜截面承载力计算结果见表3 表3 次梁箍筋计算 截面 A B左 B右 C左 V(kN)
82.74 125.52 113.10 99.72 0.25fcbh0(kN)
271.7>V 271.7>V 271.7>V 271.7>V 0.7ftbh0(kN)
76.08<V 76.08<V 76.08<V 76.08<V 箍筋肢数、直径 28 28 28 28 Asv=nAsv1 101 101 101 101 1506.7 202.9 271.06 424.49 实际配箍间距(mm)
200 200 200 200 是否需要配弯筋 否 否 否 否 (6)
裂缝宽度验算 次梁折算恒载准永久值=26.75kN/m,折算活载准永久值qq′=0..9kN/m 第一跨跨中:
Mq=(0.077×26.75+0.100×0.9)×4.552=44.51kN/m 满足要求。

同理,其它支座,跨中均满足要求. (7)
挠度验算 现已知第一跨跨中,按荷载效应标准组合计算的最大弯矩Mk=65.58kN•m,按荷载效应准永久值组合计算所得跨中最大弯矩为 Mq=(0.077×29.45+0.100×0.9)×4.552=44.51kN/m 第一跨跨中挠度按简支梁用叠加法计算,即由简支梁在均布荷载作用下的跨中挠度和简支梁在右端支座负弯矩MB(MB由求第一跨跨中最大正弯矩时的荷载布置算得, MB=-(0.107×29.45+0.054×9)×4.552=-75.30kN•m)作用下的跨中挠度叠加而成。所得跨中挠度近似认为是最大挠度,由此引起的误差忽略不计,则 4. 主梁的设计 (1)
荷载的计算。

次梁传来恒载设计值 31.74×4.55=144.42kN 主梁自重设计值 1.2×0.25×(0.65-0.12)×2.00×25=8.35kN 恒载 G=152.77kN 次梁传来的活载设计值 Q=15.6×4.55=70.98kN (2)
计算简图 图3 主梁计算简图 柱子截面尺寸400×400mm 计算跨度 边跨:==6.1m 中跨:==6.0m (3)
内力计算 1) 弯矩设计值及包络图 中跨及C支座M=k1G+k2Q= k1×152.77×6.00+k2×70.98×6.00=916.62k1+425.88k2 边跨 M=k1G+k2Q= k1×152.77×6.10+k2×70.98×6.10=931.9k1+432.978k2 B支座 M=k1G+k2Q= k1×152.77×6.05+k2×70.98×6.05=924.26k1+429.43k 表4 主梁弯矩计算 序号 截面 计算简图 1a 1b B 2a 2b C 3a 3b k1或k2 k1或k2 k1或k2 k1或k2 k1或k2 k1或k2 k1或k2 k1或k2 M1a M1b MB M2a M2b MC M3a M3b ① 0.240 0.146 -0.281 0.076 0.100 -0.211 0.123 0.123 223.7 136.1 -259.7 69.7 90.7 -193.4 112.7 112.7 ② 0.287 0.240 -0.140 -0.129 -0.117 -0.105 0.228 0.228 124.3 103.9 -60.1 -54.9 -49.8 -44.7 97.1 97.1 ③ -0.047 -0.094 -0.140 0.205 0.216 -0.105 -0.105 -0.105 -20.3 -40.7 -60.1 87.3 92.0 -44.7 -44.7 -44.7 ④ 0.227 0.121 -0.319 0.102 0.189 -0.057 -0.078 -0.098 98.3 52.4 -137.0 43.4 80.5 -24.3 -33.2 -41.7 ⑤ -0.031 -0.062 -0.093 0.173 0.105 -0.297 0.117 0.198 -13.4 -26.8 -39.9 73.7 44.7 -126.5 49.8 84.3 ①+② 348.0 240 -319.8 14.8 40.9 -238.1 209.8 209.8 ①+③ 203.4 95.4 -319.8 157 182.7 -238.1 68 68 ① +④ 322 188.5 -396.7 113.1 171.2 -217.7 79.5 71 ①+⑤ 210.3 109.3 -299.6 143.4 135.4 -219.9 162.5 197 图4 主梁弯矩包络图 2) 剪力设计值及包络图 V=k3G+k4Q=152.77k3+70.98k4 主梁剪力具体计算结果见表5,剪力包络图见图 表5 主梁剪力计算 序号 截面 计算简图 A B左 B右 C左 C右 k3或k4 k3或k4 k3或k4 k3或k4 k3或k4 ① 0.719 -1.281 1.070 -0.930 1.000 109.8 -195.7 163.5 -142.1 152.77 ② 0.860 -1.140 0.035 0.035 1.000 61 -80.9 2.5 2.5 70.98 ③ -0.140 -0.140 0.035 -0.965 0 -9.9 -9.9 73.5 -68.5 0 ④ 0.681 -1.319 1.262 -0.738 -0.061 48.3 -93.6 89.6 -52.4 -4.3 ⑤ -0.093 -0.093 0.796 -1.204 1.243 -6.6 -6.6 56.5 -85.5 88.2 ① +② 170.8 -276.6 166 -139.6 223.75 ①+③ 99.9 -205.6 237 -152.77 152.77 ①+④ 158.1 -289.3 253.1 -194.5 148.47 ①+⑤ 103.2 -202.3 220 -227.6 240.97 (4)
正截面承载力计算 各跨跨中按T形截面计算,其翼缘宽度取下面两项的中的较小值。

=6.05/3=2.02m 故取 第一 跨跨中的截面有效高度, 按两排钢筋考虑,则 第二,三 跨跨中的截面有效高度, 按一排钢筋考虑,则 B、C支座按矩形截面计算,其截面有效高度为 各支座截面的配筋,应按支座边缘处的弯矩值计算。

在B支座边缘处 在C支座边缘处 计算结果见表6 表6 主梁正截面配筋计算 截面 1 B 2 C 3 弯矩(kN·m)
348 -351.95 182.7 -275.15 209.8 截面类型 第一类T形 矩形 第一类T形 矩形 第一类T形 h0(mm)
580 560 605 560 405 =M/fcbh02 0.314 0.245 =M/fch02 0.036 0.017 0.020 0.982 0.804 0.991 0.857 0.991 As=M/h0fy(mm2) 1696.8 2171.4 851.1 1592.6 973.2 选用钢筋 318+ 320 818 118+220 520 418 实际配筋面积(mm2) 1704 2036 882.5 1570 1017 配筋率ρ(%)
1.07 1.48 0.51 1.16 0.63 (5)
斜截面承载力计算 主梁所需的箍筋计算见表7 表7 主梁箍筋计算 截面 A B左 B右 C左 C右 V(kN)
170.8 289.3 253.1 227.6 241.0 0.25fcbh0(kN)
518.34>V 500.5>V 500.5>V 500.5>V 500.5>V 0.7ftbh0(kN)
145.15<V 140.14<V 140.14<V 140.14<V 140.14<V 箍筋肢数、直径 28 28 28 28 28 Asv=nAsv1 101 101 101 101 101 595.27 99.13 130.98 169.20 151.52 实际配箍间距(mm)
150 150 150 150 150 是否需要配弯筋 否 是 是 否 否 由表7可以看出,当配28@150的箍筋时,对支座A和支座B斜截面受剪均能满足要求,但对支座B的左侧应设置弯起钢筋,左侧每排弯起钢筋的面积为 选取118, (6)
裂缝宽度验算 荷载准永久值 第一跨跨中 M1q=(0.240×+0.287×)×6.10=195.94kN•m 第二跨跨中 M2q=(0.100×+0.216×)×6.00=83.46kN•m 第三跨跨中 M3q=(0.122×+0.228×)×6.00=100.66kN•m B支座 MBq=-(0.281×+0.319×)×6.05=-226.97 kN•m C支座 MCq=-(0.211×+0.297×)×6.00=-170.9 kN•m 验算裂缝宽度时,所有跨中为T形截面,保护层厚c=40mm;
所有支座截面为倒T形截面,保护层厚必须考虑板、次梁与主梁钢筋的交叉重叠。因此,主梁负弯矩钢筋的保护层厚为板的受力钢筋保护层厚(35mm)加板在主梁上的负弯矩构造钢筋直径(8mm),再加次梁的外排负弯矩钢筋直径(16mm),即c=35+8+16=59mm。各截面的裂缝宽度验算见表8。

表8 主梁裂缝宽度验算 截面 一跨中 B 二跨中 C 三跨中 Mq(kN·m)
195.94 -200.42 83.46 -144.35 100.66 h0 580 560 605 560 605 As 1704 2036 882.5 1570 1017 227.88 202.05 179.68 188.73 188.04 0.0210 0.0083<0.01 取0.01 0.0109 0.0061<0.01 取0.01 0.0125 0.8 0.4 0.4 0.4 0.5 c 35 59 35 59 35 19 18 18 20 18 0.24 0.21 0.15 0.21 0.18 从表8可以看出,所有控制截面裂缝宽度均未超过允许值0.25mm (7)
主梁吊筋计算 由次梁传给主梁的全部集中荷载设计值为 F=144.42+70.98=215.4kN 考虑此集中荷载全部由吊筋承受,所需吊筋截面面积为 吊筋采用218,Asb=509mm2 内容仅供参考,如果您需解决具体问题,建议您详细咨询相关领域专业人士。

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