混凝土结构_单向板混凝土楼盖课程设计任务书

土木工程学院工程管理专业

单向板混凝土楼盖课程设计任务书

设计题目：单向板混凝土楼盖设计 学 院：土木工程学院 专 业：工程管理 班 级： 学生姓名：大神 学 号：1234567

北方工业大学土木工程学院 2016-01-10

1.设计资料

（1）某多层厂房的建筑平面图如下，环境类别为一类，楼面标高4.5m。

（2）楼面做法：88J1楼44（5层做法，130厚，楼面做法重量2.30kN/m）。

2

（3）结构做法：全现浇钢筋混凝土楼盖和柱，楼面活荷载标准值4.00kN/m。 （4）本设计不考虑结构水平荷载，梁柱结构按铰接考虑。

（5）材料：混凝土强度等级C30；梁钢筋采用HRB400级钢筋，板采用HPB300级钢筋。

2.楼盖的结构平面布置

主梁沿横向布置，次梁沿纵向布置。主梁的跨度为6m,次梁的跨度为6m,主梁每跨内布置两根次梁，板的跨度为6/3=2m，l02/ l01=6/2=3，因此按单向板设计。

按跨高比条件，单向板的厚度h≥2000/30=66.67mm，对于工业建筑的楼盖板，要求h≥70mm，可取板厚h=70mm。

次梁截面高度应满足h= l 0/18~l0/12=6000/18~6000/12=333.33~500mm。考虑楼面可变荷载比较大，取h=500mm。截面宽度取为b=200mm（在梁高的1/3~1/2之间）。

主梁的截面高度应满足h= l 0/15~l0/10=6000/15~6000/10=400~600mm,取h=600mm。截面宽度取为b=300mm。

楼盖结构平面图布置图如下：（见附图）

2

3.板的设计 （1）荷载

2

板的永久荷载标准值：2.30kN/m

2

板的可变荷载标准值：4.00kN/m

2

永久荷载分项系数取1.2；因楼面可变荷载标准值为4.0kN/m，所以可变荷载分项系数应该取1.3。于是板的

2

永久荷载设计值 g=2.30×1.2=2.76kN/m

2

可变荷载设计值 q=4.00×1.3=5.20kN/m

22(

荷载总设计值 g+q=7.96kN/m 近似取为g+q=8.00kN/m（2）计算简图

按塑性内力重分布设计。次梁截面为200×500mm，板的计算跨度： 边跨：l01=ln=2000-200/2=1900mm 中间跨：l02=ln=2000-200=1800mm

因跨度相差为5.2%<10%,可按等跨连续板计算。取1m宽板作为计算单元，计算简图如下：

（3）弯矩设计值

不考虑板拱作用截面弯矩的折减。查表知，板的弯矩系数αm分别为：边支座-1/16；边跨中，1/14；离端第二支座，-1/11；中跨中，1/16；中间支座，-1/14。故

22

MA=-(g+q)l01/16=-8.0×1.9/16=-1.805kN·m

22

M1= (g+q)l01/14=8.0×1.9/14=2.063kN·m

22

MB=-(g+q)l01/11=-8.0×1.9/11=-2.625kN·m

22

MC=-(g+q)l02/14=-8.0×1.8/14=-1.851kN·m

22

M3=M2= (g+q)l02/16=8.0×1.8/16=1.620kN·m

（4）正截面受弯承载力计算

环境类别为一类，混凝土强度等级C30，板的最小保护层厚度为c=15mm。假定纵向钢筋直径为10mm，另外已知板厚为70mm，则截面有效高度h0=h-c-d/2=70-15-10/2=50mm；板

22

宽b=1000mm。C30混凝土，α1=1.0，fc=14.3kN/mm；板采用HPB300级钢筋，fy=270kN/mm。板配筋计算的过程列入下表：

截面 弯矩设计值（kN·m) 截面抵抗矩系数αs 相对受压区高度ξ 计算配筋As(mm2) 实际配筋(mm2) 板的配筋计算 A 1 -1.805 2.063 0.050 0.052 137.261 ϕ6@200 0.058 0.059 157.5 ϕ6@180 B -2.625 0.073 0.076 202.161 ϕ6@140 As=202 ϕ6@140 As=202 2 1.620 0.045 0.046 122.85 ϕ6@200 C -1.851 0.052 0.053 140.857 ϕ6@200 As=141.0 As=157.0 调整后的配筋(mm2) ϕ6@160 ϕ6@160 As=141.0 As=141.0 ϕ6@160 ϕ6@160 As=177.0 As=177.0 α1 fc(N/mm) 2As=177.0 As=177.0 1.0 14.3 50 1000 270 h0(mm) b(mm) 2fy(N/mm)

2

αS=M/(α1 fcbh0)

ξ= 1−2αs

As=ξbh0α1fc/fy

计算结果表明，支座截面的ξ均小于0.35，符合塑性内力重分布的原则；

As/bh=141/(1000*70)=0.201%，此值小于0.45 ft/ fy=0.45*1.43/270=0.24%，小于最小配筋率。

2

重新调整，得保证As≥0.24%bh=168mm,调整后如上表。

4.次梁设计

根据本车间楼盖的实际使用情况，楼盖的次梁和主梁的可变荷载不考虑充属面积的荷载折减。

（1）荷载设计值

永久荷载设计值

板传来的永久荷载值 2.76×2=5.52kN/m 次梁自重 0.2×(0.5-0.07) ×25×1.2=2.58kN/m 次梁粉刷 0.02×(0.5-0.07) ×2×17×1.2=0.35kN/m 小计 g=8.45kN/m 可变荷载设计值

q=5.20×2=10.40kN/m 荷载总设计值 g+q=18.84kN/m （2）计算简图

按塑性内力重分布设计。主梁截面为300×600mm。计算跨度： 边跨l01=ln=6000-100-300/2=5750mm 中间跨l02=ln=6000-300=5700mm

因跨度相差小于10%，可按等跨连续梁计算。次梁的计算简图如下：

（3）内力计算

由表可分别查得弯矩系数和剪力系数。 弯矩设计值：

22

MA=-(g+q)l01/24=-18.84×5.75/24=-25.954kN·m

22

M1= (g+q)l01/14=18.84×5.75/14=44.493kN·m

22

MB=-(g+q)l01/11=-18.84×5.75/11=-56.627kN·m

22

MC=-(g+q)l02/14=-18.84×5.70/14=-43.722kN·m

22

M3=M2= (g+q)l02/16=18.84×5.70/16=38.257kN·m

剪力设计值：

VA=0.50(g+q) l01=0.50×18.84×5.75=54.165kN

VBl=0.55(g+q) l01=0.55×18.84×5.75=59.582kN VA=0.55(g+q) l02=0.50×18.84×5.70=53.694kN

（4）承载力计算

1〉正截面受弯承载力

’

正截面受弯承载力计算时，跨内按T形截面计算，翼缘宽度取bf= l/3=6000/3=2000mm、’’’

bf=b+sn=200+2000=2200mm、bf=b+12hf=200+12×70=1040mm三者中的较小值，故取’

bf=1040mm。假设各截面纵筋均布置一排。

环境类别一级，C30混凝土，梁的最小保护层厚度c=20mm。假定箍筋采用10mm，纵筋直径20mm,则一排纵向钢筋h0=500-20-10-20/2=460mm。

22

C30混凝土，α1=1.0，βc=1，fc=14.3N/mm，ft=1.43N/mm；纵向钢筋采用HRB400级钢筋，

22

fy=360N/mm，fyv=360N/mm。

正截面承载力计算过程如下：

’’’

α1 fc bfhf(h0- hf/2)=1.0×14.3×1040×70×(460-70/2)=442.442kN·m大于跨中弯矩设计值，因此跨内截面均属于第一类T形截面。

截面 弯矩设计值（kN·m) A -25.954 25.954×106 1.0×14.3×200×4602 0.043 0.044 As=次梁正截面受弯承载力计算 1 B 44.493 -56.627 2 38.257 C -43.722 截面抵抗矩系数αs 44.493×106 56.627×106 38.257×106 43.722×106 1.0×14.3×11.0×14.3×1.0×14.3×11.0×14.3×040×4602 200×4602 040×4602 200×4602 0.014 0.094 0.012 0.072 0.014 As=相对受压区高度ξ 0.098 As=0.012 As=0.075 As=计算配筋As(mm2) ξbh0α1fc/fy ξb′fh0α1fc/fy ξbh0α1fc/fy ξb′fh0α1fc/fy ξbh0α1fc/fy 160.2 0.2%bh 216 As=402 mm2 1.0 14.3 460 200 1040 360 270.6 359.6 232.4 200 274.3 最小配筋量(mm2) 选配钢筋(mm2) α1 fc(N/mm) 2h0(mm) b(mm) 'bf(mm) 2fy(N/mm) 216 216 216 216 As=402 mm2 As=402 mm2 As=402 mm2 As=402 mm2 计算结果表明，支座截面的ξ均小于0.35，符合塑性内力重分布的原则；

As/(bh0)=160/(200×460)=0.174%，此值小于0.45 ft/ fy=0.45*1.43/360=0.179%且小于

0.2%，故应该调整钢筋面积。

2〉斜截面受剪承载力计算

斜截面受剪承载力计算包括：截面尺寸的复核、腹筋计算和最小配箍率验算。验算截面尺寸：

’

hw=h0-hf=460-70=390mm，因hw/b=390/200=1.95<4，截面尺寸按下式验算：

0.25βc fcbh0=0.25×1×14.3×200×460=328.9kN>Vmax=59.582kN，截面尺寸满足要求。 计算所需腹筋：

采用6双肢箍筋，计算支座B左侧截面。由Vcs=0.7ftbh0+ fyvAsvh0/s，可得到箍筋间距

s=(360×56.6×460)/(59.582×1000-0.7×1.43×200×460)<0，应该按照最小配箍筋配置。 弯矩调幅时要求的配箍率下限值：0.3ft/fyv=0.3×1.43/360=0.119%，则在此条件下得到的s上限值为：Asv/(0.119%b)=56.6/(0.119%×200)=237.82mm。

最后，次梁采用双肢箍筋6@200，沿梁长方向不变。

5.主梁设计

主梁按照弹性方法设计。 （1）荷载设计值

为简化计算，将主梁自重等效为集中荷载。 次梁传来的永久荷载 8.45×6=50.7kN 主梁自重（含粉刷）:

[(0.6-0.07) ×0.3×2×25+0.02×(0.6-0.07) ×2×2×34] ×1.2=11.27kN 永久荷载设计值 G=50.7+11.27=61.97kN 可变荷载设计值 Q=10.40×6=62.4kN （2）计算简图

因主梁的线刚度与柱线刚度之比大于5，竖向荷载下主梁内力近似按照连续梁计算，按弹性理论设计，计算跨度取支承中心线之间的距离，l0=6000mm。

主梁的计算简图如下：

（3）内力设计值及包络图 1〉弯矩设计值

弯矩 M=k1Gl0+k2Ql0

式中系数查表可得。

M1,max=0.222×61.97×6+0.222×62.4×6=165.66kN·m MB,max=-0.333×61.97×6-0.333×62.4×6=-248.49kN·m 2〉剪力设计值

剪力 V= k3G+k4Q 式中系数查表可得。

VA,max=0.667×61.97+0.667×62.4=82.95kN

VBl,max=-1.333×61.97-1.333×62.4=-165.785kN VBr,max=1.333×61.97+1.333×62.4=165.78kN 3〉弯矩包络图

1第1跨有可变荷载，第2跨没有可变荷载 ○

由附表知道，支座B的弯矩值为：

MB=-0.333×61.97×6-0.333×62.4×6=-248.49kN·m

在第1跨内：以支座弯矩MA=0,MB=-248.49kN·m的连线为基线，作G=61.97kN，Q=62.4kN的剪支梁弯矩图，得到第1个集中荷载和第2个集中荷载作用处的弯矩值分别为： (G+Q)l0/3+MB/3=(61.97+62.4)×6/3-248.49/3=165.91kN·m（与前面计算的M1,max=165.66kN·m接近）

(G+Q)l0/3+2MB/3=(61.97+62.4)×6/3-2×248.49/3=83.08kN·m

在第2跨内：以支座弯矩MB=-248.49kN·m，MC=0的连线为基线，作G=61.97kN，Q=0的剪支梁弯矩图，得集中荷载作用点处的弯矩值： Gl0/3+MB/3=61.97×6/3-248.49/3=41.11kN·m

Gl0/3+2MB/3=61.97×6/3-2×248.49/3=-41.72kN·m

2第1跨有无变荷载，第2跨有可变荷载 ○

MB=-0.333×61.97×6-0.333×62.4×6=-248.49kN·m

在第2跨内：以支座弯矩MA=0,MB=-248.49kN·m的连线为基线，作G=61.97kN，Q=62.4kN的剪支梁弯矩图，得到第1个集中荷载和第2个集中荷载作用处的弯矩值分别为：

(G+Q)l0/3+MB/3=(61.97+62.4)×6/3-248.49/3=165.91kN·m（与前面计算的

M1,max=165.66kN·m接近）

(G+Q)l0/3+2MB/3=(61.97+62.4)×6/3-2×248.49/3=83.08kN·m

在第1跨内：以支座弯矩MB=-248.49kN·m，MC=0的连线为基线，作G=61.97kN，Q=0的剪支梁弯矩图，得集中荷载作用点处的弯矩值： Gl0/3+MB/3=61.97×6/3-248.49/3=41.11kN·m

Gl0/3+2MB/3=61.97×6/3-2×248.49/3=-41.72kN·m （包络图如附图）

（4）承载力计算

1〉跨内按T形截面计算，因跨内设有间距小于主梁间距的次梁，翼缘计算宽度按

’

l/3=6/3=2m和b+sn=0.3+6=6.3m中较小值确定，取bf=2m。

主梁混凝土保护层厚度的要求以及跨内截面有效高度的计算方法同次梁，支座截面因存在板、次梁、主梁上部钢筋的交叉重叠，截面有效高度的计算方法有所不同。板混凝土的保护层厚度15mm、板上部纵筋6mm、次梁上部纵筋直径16mm。假定主梁上部纵筋直径22mm，则一排钢筋时，h0=600-15-6-16-22/2=552mm，取h0=550mm。

22

纵向受力钢筋均一排排布。C30混凝土，α1=1.0，βc=1，fc=14.3N/mm，ft=1.43N/mm；纵

22

向钢筋采用HRB400级钢筋，fy=360N/mm，fyv=360N/mm。

正截面承载力计算过程如下：

’’’

α1 fc bfhf(h0- hf/2)=1.0×14.3×2000×70×(550-70/2)=1031 kN·m大于跨中弯矩设计值，因此跨内截面均属于第一类T形截面。(柱尺寸：400×400)

B支座边的弯矩设计值MB=MBmax-V0b/2=-248.49+(61.97+62.4)×0.4/2=-223.616kN·m。正截面受弯承载力的计算过程列入下表。 主梁正截面受弯承载力计算 截面 1 165.91 弯矩设计值（kN·m) 截面抵抗矩系数αs 0.019 Ys 计算配筋量As 实际配筋(mm) α1 fc(N/mm) 22B -223.62 0.172 1.810 624.1 316 As=603mm2 1 14.3 550 300 1.981 423.1 216 As=402mm2 1 14.3 550 300 h0(mm) b(mm) bf(mm) 2000 2000 2fy(N/mm) 360 360 主梁纵向钢筋的弯起和切断按弯矩包络图确定。 2〉斜截面受剪承载力

验算截面尺寸：

’

hw=h0-hf=550-70=480mm，因hw/b=480/300=1.6<4，截面尺寸按下式验算：

0.25βc fcbh0=0.25×1×14.3×300×550=5.88kN>Vmax=160.32kN，截面尺寸满足要求。 计算所需腹筋：

采用10双肢箍筋,由Vcs=0.7ftbh0+ fyvAsvh0/s，可得到箍筋间距:

0.7ftbh0=0.7×1.43×300×550=165.17kN>Vmax=160.32kN，因此不需要配置受力箍筋，按最小配筋率：

配箍率下限值：0.24ft/fyv=0.24×1.43/360=0.095%，则在此条件下得到的s上限值为：Asv/(0.095%b)= /(0.119%×200)=659.66mm。

而由梁高为500~800mm的梁中箍筋的间距范围为300~350mm，因此可取该主梁的箍筋间距为350mm。

最后，得到主梁的箍筋配置为：双肢箍筋10@350mm。 次梁两侧附加横向钢筋的计算：

次梁传来的集中力Fl=50.7+62.4=113.1kN，h1=600-500=100mm，附加箍筋布置范围s=2h1+3b=2×100+3×200=800mm。取附加箍筋10@350mm，则在长度s内可布置附加箍筋的排数，m=800/350+1=3.28排，取4排，次梁两侧各布置2排。

由于m·nfyvAsv1=4×2×360×78.5=226.08kN> Fl=113.11kN，满足要求。

6.绘制施工图 （1）施工说明

设计依据：混凝土结构设计规范GB50010-2010；楼盖（梁系、板）结构弹塑性内力计算原理及方法。

设计要求：楼盖结构应满足安全性、适用性和耐久性要求；所设计结构方案应该方便施工；应考虑结构的经济性要求；结构的内力计算采用弹性或塑性方法；施工图按照平法标注法绘制。

2

结构做法：全现浇钢筋混凝土楼盖和柱，楼面活荷载标准值4.00kN/m。 本设计不考虑结构水平荷载，梁柱结构按铰接考虑。 （2）结构平面布置（见附图） （3）板配筋图

板配筋采用分离式，板面钢筋从支座伸出长度a=ln/4=2000/4=500mm，板厚为70mm，分布钢筋为6@250。

板配筋（见附图） （4）次梁配筋图

次梁支座截面上部钢筋的第一批切断点要求离支座边ln/5+20d=6000/5+20×16=1520mm，现取1550mm；切断面积要求小于总面积的二分之一；由于次梁上部只配有两根纵力钢筋，因此对于B、C 截面，不需截断，即该216兼作架力筋。端支座上部钢筋伸入主梁长度la=(0.14×360/1.43)d=563.92mm。下部纵向钢筋在中间支座锚固长度las≥12d=12×16=192mm。

次梁配筋图（见附图） （5）主梁配筋图

主梁纵向钢筋的弯起和切断按包络图确定。底部纵向钢筋全部伸入支座，不配置弯起钢

'筋。截取附弯矩的弯矩包络图见附图。经过计算，离主梁B支座700mm处截断上部中间按一根16钢筋。

（另：基本锚固长度lab=0.14×360/1.43×16=563.92mm）