《混凝土结构》课程设计--现浇钢筋混凝土整体式肋梁楼盖结构

《混凝土结构》（楼盖）课程设计任务书一．设计题目现浇钢筋混凝土整体式肋梁楼盖结构二．设计目的1．了解现浇混凝土结构单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖的一般设计过程；2．通过单向板肋梁板、次梁的设计计算，掌握考虑塑性内力重分布的计算方法；通过主梁的设计计算，掌握按弹性理论分析内力的方法；3．通过双向板、次梁、主梁的设计计算，掌握按弹性理论分析内力的方法；4．熟悉现浇梁、板的构造要求；5．掌握钢筋混凝土结构施工图的表达方式、制图规范、提高绘图能力；6．学习绘制钢筋材料表。

三．设计内容及要求(一)设计计算说明书的编制依据有关规范、文献，进行结构选型、结构布置、结构设计计算。

主要包括如下内容：1．进行结构选型、柱网布置，主、次梁布置；2．楼板、主梁及次梁截面尺寸的确定；3．混凝土、钢筋强度等级的选择；4．确定连续板、连续次梁及连续主梁的计算单元及计算简图；5．计算永久荷载（恒荷载）及可变荷载（活荷载）；6．不同荷载下的连续板、连续次梁及连续主梁的内力计算：单向板：按考虑塑性内重分布的方法计算。

次梁：按考虑塑性内重分布的方法计算。

主梁：按弹性理论方法计算。

双向板及其主、次梁：按弹性理论方法计算。

7．选取板、次梁及主梁控制截面内力，分别进行配筋设计及构造设计，并进行裂缝及变形验算。

（二）绘制结构施工图及钢筋材料表：（1）楼盖结构布置图（楼板、次梁、主梁布置）；（2）楼板配筋图及钢筋表；（3）次梁的配筋图及钢筋表；（4）主梁的抵抗弯矩图，配筋图及钢筋表。

（三）完成成果要求：（1）设计计算书一份。

（2）绘制结构施工图一张A1号图纸，包括楼盖结构布置图，楼板配筋图，次梁的配筋图，主梁的抵抗弯矩图，配筋图。

四．设计原始资料1．学生分组及设计参数见表1。

每组3-5人，其他参数由指导教师确定。

2．楼面做法：工业仓库：20-25mm厚水泥砂浆地面；钢筋混凝土现浇楼板；15-20mm厚石灰砂浆抹底。

百货商场、百货商场楼盖：大理石地面，可根据相关图集由学生自己确定构造做法。

钢筋混凝土现浇楼板，15-20mm厚石灰砂浆抹底，吊顶材料自选。

3．材料：混凝土强度等级为C25-C40；主、次梁内纵向受力钢筋为HRB335或HRB400；板中钢筋及梁中箍筋为HPB300或HRB335。

4．楼面活荷载查阅荷载规范确定。

表1 学生分组及主要参数表注：梁柱线刚度比大于5。

《混凝土结构》（楼盖）课程设计指导书楼盖结构设计的整体专业知识概念框图第一部分设计计算说明书的编制混凝土肋梁楼盖结构设计的计算说明书，主要包括如下内容：一、楼盖结构选型及结构布置依据设计任务书的给定资料，确定楼盖结构的类型，选择柱网尺寸，进行主、次梁布置。

并初步确定构件的截面形状、尺寸，对选用楼板、次梁、主梁等构件类型及相关尺寸（跨度）的说明。

1、在设计中，对l2/l2≥3的板按单向板计算，而忽略长跨方向的弯矩，仅通过长跨方向配置必要的构造钢筋予以考虑；对l2/l1≤2的板按双向板计算；当2＜l2/l1＜3时，宜按双向板计算，如按单向板计算，则需注意在长跨方向配置足够的构造钢筋。

2、当L1梁与L2梁的线刚度比大于8时，L2梁在交叉点处的负弯矩与连续梁L2’梁中间支座负弯矩基本接近。

3、肋形楼盖的结构布置（包括柱网布置、主梁布置、次梁布置）柱网布置决定了主梁的跨度，主梁布置决定了次梁的跨度，次梁布置决定了板的跨度。

通常钢筋混凝土主梁的经济跨度为5~8m。

主梁应尽可能沿柱网短跨方向布置，主梁与柱形成框架作为抗侧力体系。

肋形楼盖中，板的混凝土用量占整个楼盖的50％～60％。

因此次梁间距一般不宜太大，单向板跨度取1.5~3m（双向板的跨度取4~6m较为合适，板双向受力比单向受力更为有效，宜优先考虑双向板布置）。

4、构件的尺寸选择单向板：连续，h/l不小于1/40简支，h/l不小于1/35最小板厚，一般屋面≥60mm一般楼面≥70mm双向板：四边简支，h/l1不小于1/45四边连续，h/l1不小于1/50连续次梁：h/l 不小于1/18~1/12连续主梁或框架梁：h/l 不小于1/14~1/10。

二、计算单元及计算简图 1．板板为连续板，从整个板面上沿板短跨方向取单位板宽（b=1000mm ）作为计算单元。

通常，板的刚度远小于次梁的刚度，次梁可作为单位板宽板带的不动支座，故可按单位板宽板带简化为连续梁计算。

仅在荷载组合中考虑次梁对板的约束作用。

2．次梁次梁为连续梁，取一次梁相邻两跨1/2跨度宽的从属面积作为计算单元。

对于次梁和主梁组成交叉梁系，当主次梁线刚度比大于8时，主梁可作为次梁的不动支座，次梁可简化为支承于主梁和墙上的连续梁。

仅在荷载组合中考虑主梁对次梁约束作用。

3．主梁以主次梁交点为中心的四面各1/2跨宽所围面积作为（集中荷载）计算单元。

当主梁线刚度与柱线刚度之比大于5时，主梁的转动受柱端的约束可忽略，而柱的受压变形通常很小，则此时柱可作为主梁的不动铰支座，主梁也可简化为连续梁。

当主梁与柱形成框架结构时，则按框架计算。

4.计算简图跨度钢筋混凝土楼盖结构通常为现浇整体，连续梁的计算跨度l 0应根据支座实际尺寸和受力情况确定。

从理论上来说，计算跨度l 0是两端支座处转动点之间的距离按弹性理论计算连续梁内力时，几种支座情况下计算跨度l 0的确定方法见图。

按塑性理论计算时，考虑到塑性铰位于支座边，计算跨度取净跨l n 。

(a) 支承于墙上的单向板两者取小者两者取小者2,21h a 2,22h a(a) 支承于墙上的单向板(b) 支承于墙上的梁l 01=l n1+(a 1+a 2)/2≤1.05l n1 l n1l n2a 2a 22,21h a 两者取小者2,22h a 两者取小者ha 1l 02=l n2+a 2≤1.05l n2按照弹性理论计算b 1(c) 与次梁整浇的单向板和与主梁整浇的次梁l 01=l n1+(b 1+b 2)/2l 02=l n2+b 2l n1l n2b 2b 2h考虑塑性内力重分布图1 梁、板计算简图三、荷载计算 1.折算荷载：板：折算恒载：q g g 21+='；折算活载：q q 21=' 次梁：折算恒载：q g g 41+='；折算活载：q q 43='2.荷载组合①活荷载不利布置连续梁上荷载包括恒荷载和活荷载恒荷载保持不变，而活荷载由于其空间位置的随机性，在各跨的布置具有不确定性。

为确定各跨各个截面可能产生的最大内力，就需要确定针对某一指定截面内力的活荷载最不利布置，见图2。

并与恒荷载作用下产生的内力组合，得到该截面的内力设计值。

②内力计算按弹性理论计算连续梁的内力可采用结构力学方法。

对于工程中经常遇到的2~5跨等跨连续梁，在不同荷载布置下的内力已编制表格供查用。

5跨以上的等跨连续梁可简化为5跨计算，即所有中间跨的内力均取与第3跨相同。

计算单元（图3）范围内的荷载计算包括：1）竖向的恒荷载（构件自重）：按材料重度与体积或面积相乘计算转为线荷载或集中荷载；2）楼面活荷载；按荷载标准值与计算单元宽度相乘转为线分布荷载。

相关材料的重力密度、荷载标准值可查《建筑结构荷载规范》。

图2 活荷载布置图3 计算单元四、内力计算及内力包络图1．内力计算弹性理论计算连续梁板时，假定结构的刚度不因荷载大小和作用时间的长短而变化，内力与荷载之间呈线性关系。

但是钢筋混凝土超静定结构在承受荷载的过程中，由于混凝土的非弹性变形、裂缝的出现和开展、钢筋的锚固滑移以及塑性铰的形成和转动等因素的影响，结构构件的刚度在受力不同阶段不断发生变化，这种刚度随荷载变化而引起的内力变化称为结构的塑性内力重分布。

图4 弹性内力计算按塑性内力重分布计算时，可充分发挥各截面承载力，发挥材料性能，从而提高整个结构的极限承载力。

但预应力结构、直接承受动荷载的结构等不宜采用。

11111-16141-16墙14111-16141-16梁161- (a) 板的弯矩系数α11111- 16141-16墙0.500.55 0.55 0.55 0.55 14 111-16 141-16梁241-111- 141- 柱161-(b) 次梁的弯矩系数α和剪力系数β图5 塑性内力计算系数连续梁、板设计考虑塑性内力重分布的分析方法很多，其中最简便的方法是弯矩调幅法（简称调幅法）。

所谓调幅法是先按弹性理论求结构控制截面的弯矩值，然后根据需要，适当调整某些截面的弯矩值，通常是支座处（边缘）截面绝对值较大的弯矩进行调整。

采用调幅法计算连续梁、板时，一般应遵循如下原则： 1） 截面弯矩调幅系数不宜超过0.25。

2） 弯矩调整后的截面相对受压区高度不应超过0.35，以保证塑性铰具有足够的转动能力；也不宜小于0.10，是保证塑性铰处混凝土裂缝宽度和挠度在允许的限值内。

3） 弯矩调幅后，梁、板各跨两支座控制截面弯矩平均值的绝对值与跨中弯矩值之和不得小于该跨按简支梁、板计算的跨中弯矩值的1.02倍；同时，各支座控制截面的弯矩不宜小于简支跨中弯矩值的1/3。

即：0002.12M M M M P BPAP ≥++ （1）031)(M M M BP AP ≥或 （2） 式中 AP M 、BP M ——分别为按考虑塑性内力重分布计算的支座控制截面的弯矩； P M 0——按考虑塑性内力重分布计算的跨中弯矩值；0M ——按简支梁、板计算的跨中弯矩值。

4） 连续梁、板设计考虑塑性内力重分布后的斜截面受剪承载力的计算方法与未考虑塑性内力重分布的计算方法相同。

但为了防止结构在实现弯矩调幅所要求的内力重分布之前发生剪切破坏，应将下列区段内计算的箍筋截面面积增大20%：对集中荷载，取支座边至最近一个集中荷载之间的区段；对均布荷载，取支座边至距支座边为1.05h 0的区段（h 0为梁的有效高度）。

箍筋的配箍率应满足下列要求：yVcSV f f 03.0≥ρ （3） 5）当多跨连续梁的跨数大于或等于5跨时，可按5跨计算；当跨数小于5时，可按实际跨数计算。

为简化计算，当相邻跨度相差不超过10%时，可按等跨计算；否则，当相邻跨度相差超过10%时，可按不等跨计算。

2．内力的计算截面位置按塑性理论计算(次梁、板)时，考虑到塑性铰具有一定的长度，因此，弯矩计算截面的位置为计算简图中跨中及支座处；剪力计算截面的位置为支座内、外侧截面。

按弹性理论计算（主梁）时，弯矩、剪力的计算截面为支座边缘处（图6）。

可根据荷载性质（均布、集中）按下列相应公式计算：均布荷载 20bV M M b -= (4)2)(0b q g V V b +-= 集中荷载 20bV M M b -= (5)V V b =式中 M 、V ——支座中心处截面上的弯矩和剪力设计值； b V ——支座边缘处剪力设计值；V——按简支梁计算的支座剪力设计值；b——支座宽度。