工程結(jié)構(gòu)課程設(shè)計

1、<p>　　某1000矩形水池，池高H=4.0m，池壁厚為200mm，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土頂板，板與池壁的連接近似按鉸支考慮，其結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。池頂覆土厚為320mm，使用活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為9，活荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)，頂蓋底面為砂漿抹面，厚20mm?；炷敛捎肅25，梁中縱向鋼筋采用HRB335，梁中箍筋及板中鋼筋采用HPB235鋼筋。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)。試設(shè)計此水池頂蓋。</p><p><b>

2、;　　解：</b></p><p>　　根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010-2002）規(guī)定，本例中板區(qū)格長邊與短邊之</p><p>　　比為，介于2~3之間，宜按雙向板進行設(shè)計。但也可按沿短邊方向受力的</p><p>　　單向板計算，在沿長邊方向布置足夠數(shù)量的構(gòu)造鋼筋來處理。本題采用后一種方法。</p><p>　　

3、（一）材料指標(biāo)及梁、板截面尺寸</p><p><b>　　C25混凝土：</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　HPB235鋼筋：</b></p><p><b>　　，</b></p><p&g

4、t;<b>　　HRB335鋼筋：</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　混凝土重度標(biāo)準(zhǔn)值為，覆土重度標(biāo)準(zhǔn)值為，砂漿抹面層重度標(biāo)準(zhǔn)值</p><p>　　為。板厚采用l00mm，次梁采用b×h= 200mm×450mm，主梁采用b×h=250mm×650

5、mm。</p><p><b>　　（二）板的設(shè)計</b></p><p><b>　　1．荷載設(shè)計值</b></p><p>　　恒荷載分項系數(shù)；因為，故活荷載分項系數(shù)。</p><p>　　覆土重 </p><p>　　板自重 </p>

6、<p>　　抹面重 </p><p>　　恒荷載 </p><p>　　活荷載 </p><p>　　總荷載 </p><p><b>　　<3</b></p><p>　　考慮梁板整體性對內(nèi)力的影響，計算折算荷載：<

7、;/p><p>　　取1m寬板帶進行計算，故計算單元上的荷載為</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　計算簡圖如下</b></p><p><b>　　板計算簡圖</b></p><p><b>　　計算跨度：邊跨 &

8、lt;/b></p><p><b>　　中跨 </b></p><p><b>　　3.內(nèi)力計算</b></p><p>　　由于，介于2~3之間，可按單向連續(xù)板計算內(nèi)力，長邊方向配筋在構(gòu)造要求的基礎(chǔ)上加強。連續(xù)板實際為12跨，故利用附表3-2的附表3-2五跨連續(xù)梁的內(nèi)力系數(shù)進行計算。</p><

9、;p><b>　　跨中彎矩：</b></p><p><b>　　支座彎矩：</b></p><p>　　計算支座邊緣處的內(nèi)力：</p><p><b>　　4．配筋計算</b></p><p>　　板厚h= l00mm。按《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》CEC

10、S138:2002，</p><p>　　板中受力鋼筋的混凝土保護層厚度取30mm，故=35mm,=100 - 35=65mm。板正截</p><p>　　面承載力計算結(jié)果見表1。</p><p><b>　　板的配筋計算</b></p><p>　　注：1.表中取0.2%和較大值，比較后取=0.272%。</p&

11、gt;<p>　　2.對于板：b=1000mm，h=100mm。</p><p><b>　　5．裂縫寬度驗算</b></p><p>　　考慮到水池結(jié)構(gòu)的功能和所處環(huán)境都有其特殊性，故本例的裂縫寬度驗算采用《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50069-2002)所規(guī)定的最大裂縫寬度限值(0.25mm)及該規(guī)范附錄A（本書附錄5）的計算方法。&l

12、t;/p><p>　　第一跨跨中裂縫寬度驗算：</p><p>　　規(guī)范GB 50069-2002規(guī)定，構(gòu)件最大裂縫寬度按荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合值計算。板</p><p>　　恒載標(biāo)準(zhǔn)值，活載準(zhǔn)永久值，則折算恒載；折算活載，由荷載準(zhǔn)永久組合產(chǎn)生的跨中最大彎矩為：</p><p>　　裂縫寬度驗算所需的各項參數(shù)為：</p><p&

13、gt;<b>　　<0.4，取</b></p><p><b>　　最大裂縫寬度：</b></p><p>　　=0.05mm<0.25mm</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　其他各支座及各跨中截面的最大裂縫寬度，經(jīng)驗算均未超過限值

14、，驗算過程從略。</p><p><b>　　6．撓度驗算</b></p><p>　　給水排水工程水池結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)范對一般貯水池頂蓋構(gòu)件的撓度限值沒有明確的規(guī)定。在實際的工程設(shè)計中，通常根據(jù)經(jīng)驗對梁、板的跨高比設(shè)定在一定的范圍內(nèi)即可不驗算撓度。對于初學(xué)者來說，也可參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對一般樓、屋蓋構(gòu)件的撓度限值進行驗算。《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定一般樓、屋蓋受

15、彎構(gòu)件按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮荷載長期作用影響計算的最大撓度，當(dāng)時，應(yīng)不超過（為構(gòu)件的計算跨度）。本例即按此進行驗算。</p><p>　　等截面等跨的多跨連續(xù)梁板的最大撓度一般產(chǎn)生在第一跨內(nèi)。故本例的梁板均只驗算第一跨，且均取跨中點撓度進行驗算。雖然實際的最大撓度均產(chǎn)生在略偏近于端支座一側(cè)，但取跨中點撓度進行控制所帶來的誤差甚小，可以忽略不計。</p><p>　　第一跨正彎矩區(qū)段的剛度

16、計算：</p><p>　　按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計算的第一跨跨中最大彎矩為：</p><p>　　式中12.2kN/m為折算恒載標(biāo)準(zhǔn)值；3.5kN/m為折算活載標(biāo)準(zhǔn)值。</p><p>　　計算短期剛度所需的參數(shù)：</p><p><b>　　<0.01</b></p><p>　　?。?

17、 ,</p><p>　　則第一跨正彎矩區(qū)段的短期剛度為：</p><p>　　考慮荷載長期作用影響的剛度為：</p><p>　　B支座負彎矩區(qū)段的剛度計算：</p><p>　　在計算第一跨的撓度時所采用的活荷載分布狀態(tài)應(yīng)該是使第一跨跨中產(chǎn)生最大正彎矩的活荷載分布狀態(tài)，此時B支座的負彎矩也應(yīng)按這種活荷載分布狀態(tài)進行計算。如果用、

18、分別表示在這種活荷載分布狀態(tài)下B支座的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合值和荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合值，則：</p><p>　　在B支座邊緣截面相應(yīng)的彎矩分別為：</p><p>　　計算短期剛度所需的參數(shù)：</p><p><b>　　>0.1</b></p><p>　　?。?,</p><p

19、>　　則B支座處負彎矩區(qū)段的短期剛度為：</p><p>　　考慮荷載長期作用影響的剛度為：</p><p>　　可見與很接近，滿足0.5B<B<2B，按規(guī)范可取整跨剛度均為計算撓度。這樣的簡化使撓度計算大為方便。</p><p>　　第一跨跨中撓度驗算：</p><p>　　從附錄3-2附表3-2 (4)可查得五跨連續(xù)梁第

20、一跨跨中撓度的計算系數(shù)，計算撓度時計算跨度取相鄰兩跨的平均值，即1.95m，則第一跨的跨中撓度為：</p><p>　　=6.62mm<mm</p><p><b>　　符合要求。</b></p><p><b>　　板的配筋</b></p><p>　　板的配筋如圖3所示，分布鋼筋采用8@

21、250，每米板寬的分布鋼筋截面面積為201，大于。同時大于該方向截面面積的0.15%，即：</p><p><b>　　次梁的設(shè)計</b></p><p><b>　　1．荷載計算</b></p><p>　　板傳來恒荷載設(shè)計值 </p><p>　　梁自重設(shè)計值 </p>

22、;<p>　　恒荷載 </p><p>　　活荷載 q=1.3×7×2=18.2kN/m</p><p>　　總荷載 g +q=22.88+18.2=41.08 kN/m</p><p><b>

23、;　　< 3</b></p><p>　　考慮主梁扭轉(zhuǎn)剛度的影響，調(diào)整后的折算荷載為</p><p><b>　　計算簡圖</b></p><p>　　主梁截面尺寸為b×h= 250×650mm</p><p><b>　　計算跨度：邊跨 </b></p&

24、gt;<p><b>　　中跨 </b></p><p><b>　　3．內(nèi)力計算</b></p><p>　　按附表3-2的附表3-2 (2)的三跨連續(xù)梁內(nèi)力系數(shù)表計算跨中及支座彎矩以及各支座左右截面的剪力。</p><p><b>　　跨中彎矩：</b></p>&l

25、t;p><b>　　支座彎矩：</b></p><p><b>　　B支座邊緣處彎矩：</b></p><p><b>　　A支座右側(cè)剪力：</b></p><p><b>　　A支座右邊緣剪力</b></p><p><b>　　B支座左

26、側(cè)剪力</b></p><p><b>　　B支座左邊緣剪力</b></p><p><b>　　B支座右側(cè)剪力</b></p><p><b>　　B支座右邊緣剪力</b></p><p><b>　　正截面承載力計算</b></p&g

27、t;<p>　　梁跨中按T型截面計算。其翼緣寬 取下面兩項中的較小者：</p><p>　　故取。按《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》CECS138：2002鋼筋的混凝土保護層厚度為35mm，故對跨中T形截面，取，有效高度（按一排鋼筋考慮）。</p><p>　　支座處按矩形截面計算，其有效高度為（按二排鋼筋考慮）。</p><p>　　判別各

28、跨T形截面的類型：</p><p>　　故第一，二跨跨中均屬于第一類T形截面。</p><p>　　次梁正截面承載力計算結(jié)果見表。</p><p>　　表中第一跨跨中正彎矩區(qū)段鋼筋必須排成兩排，則將增大為70mm，減少為380mm。經(jīng)重新驗算承載力不夠，將跨中鋼筋修改為（）</p><p><b>　　斜截面承載力計算</b&

29、gt;</p><p>　　次梁剪力全部由箍筋承擔(dān)時，斜截面承載力計算結(jié)果見表</p><p>　　由表可看出，當(dāng)配置的箍筋時，支座A,B截面均能滿足抗剪承載力要求，不必配置彎起鋼筋。</p><p><b>　　裂縫寬度驗算 </b></p><p>　　次梁實際恒載標(biāo)準(zhǔn)值，</p><p>&

30、lt;b>　　活荷載準(zhǔn)永久值，</b></p><p>　　則次梁按荷載準(zhǔn)永久組合計算時的折算恒載值為：</p><p><b>　　折算活載值為：</b></p><p>　　第一跨跨中的裂縫寬度驗算：</p><p>　　由荷載準(zhǔn)永久組合值引起的跨中最大彎矩為：</p><p&g

31、t;<b>　　則， </b></p><p>　　=0.0623mm<0.25mm</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　B支座裂縫寬度驗算：</p><p>　　由荷載準(zhǔn)永久組合引起的B支座最大彎矩為：</p><p>&l

32、t;b>　　則， </b></p><p>　　次梁負彎矩鋼筋的混凝土保護層厚度為板的保護層厚加板的負彎矩鋼筋直徑，即，</p><p><b>　　最大裂縫寬度：</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　第2跨跨中經(jīng)過驗算最大裂縫寬

33、度亦未超過限值。驗算過程從略。</p><p><b>　　7.撓度驗算</b></p><p>　　按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計算時，次梁的折算恒載為：</p><p>　　折算活載為： </p><p>　　第1跨正彎矩區(qū)段的剛度計算</p><p>　　按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計算的跨中最大彎矩為：<

34、/p><p>　　由裂縫驗算已知荷載準(zhǔn)永久組合引起的第1跨踞中彎矩：</p><p>　　計算短期剛度所需要的參數(shù)：</p><p>　　在的計算公式中，如果則應(yīng)取，次梁跨中截面的，故取計算。</p><p>　　第1跨正彎矩區(qū)段的短期剛度為：</p><p>　　考慮荷載長期作用影響的剛度為：</p>&l

35、t;p>　　B支座負彎矩區(qū)段的剛度計算：</p><p>　　相應(yīng)于的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合引起的B支座負彎矩為：</p><p>　　支座邊緣處負彎矩為：</p><p>　　計算短期剛度所需的參數(shù)：</p><p>　　?。?,</p><p>　　短期剛度按具有受拉翼緣的倒T行截面計算，受拉翼緣體現(xiàn)在

36、中。 </p><p>　　對翼緣位于受拉區(qū)的倒T行截面，荷載長期作用影響系數(shù)θ應(yīng)增大20%，則考慮荷載長期作用影響的剛度為：</p><p>　　可見BB與B1非常接近，完全符合0.5B1<BB<2B1的條件，可按整垮剛度均為吧B1的等截面梁計算撓度。</p><p><b>　　8．次梁配筋圖</b&g

37、t;</p><p>　　根據(jù)以上計算，最后實際確定的縱向受拉鋼筋為：第一跨跨中采用3Φ14 +2Φ12，</p><p>　　B支座采用3Φ14+2Φ16；第二跨跨中采用3Φ12。箍筋采用?8@2000。B支座處設(shè)置</p><p>　　鴨筋1Φ14，鴨筋并不為支座抗剪而設(shè)置，只為彎起的2Φ14作為支座負鋼筋而保證構(gòu)造彎起位置。鋼筋的彎起和切斷根據(jù)圖8-15確定。

38、根據(jù)第一章式(1-11)確定的受力鋼筋錨固長度Za= 38d（后面的主梁亦同）。次梁配筋圖見圖8-230</p><p><b>　?。ㄋ模┲髁旱脑O(shè)計</b></p><p><b>　　1．荷載計算</b></p><p>　　次梁傳來恒荷載設(shè)計值 22.8

39、8×5.4=123.55kN</p><p>　　主梁自重設(shè)計值 1.2×0.25×(0.65 - 0.l)×2×25=8.25kN</p><p>　　恒荷載 G =131.8kN&l

40、t;/p><p>　　次梁傳來的活荷載設(shè)計值 Q= 18.2×5.4=98.28kN</p><p><b>　　2．計算簡圖</b></p><p>　　柱截面尺寸300mm×300mm</p><p><b>　　計算跨度== 6m

41、</b></p><p>　　計算簡圖如附圖8-24所示。</p><p><b>　　3．內(nèi)力計算</b></p><p>　　(1)彎矩設(shè)計值及包絡(luò)圖，根據(jù)公式(8-3)，</p><p>　　M= KG+KQ=K×131.8×6+K×98.28×6</p&g

42、t;<p>　　= 790.8K+589.68K</p><p>　　具體計算見表8-4，彎矩包絡(luò)圖見圖8-25</p><p>　　剪力設(shè)計值及包絡(luò)圖，根據(jù)公式</p><p>　　具體計算見表22，剪力包絡(luò)圖見圖88</p><p><b>　　正截面承載力計算</b></p><p

43、>　　各跨跨中按T形截面計算。其翼緣寬度b'取下面兩項中的較小者：</p><p><b>　　b'=m</b></p><p>　　b'=b+s=0.3+5.7=6m</p><p><b>　　取b'=2m。</b></p><p>　　第1跨中的截面有效高

44、度按兩排鋼筋考慮，則，</p><p>　　h=650 ? 70=580mm</p><p>　　第2跨跨中彎矩遠小于第1跨，故第2跨按第一排鋼筋考慮，則h=650 ? 45=605mm。</p><p>　　B ，C支座按矩形截面計算，按兩排鋼筋考慮：</p><p>　　h=650 ? 90=560mm</p><p&

45、gt;　　T形截面類型的判別彎矩為</p><p>　　b'h'(h ? )= kN·m</p><p>　　>和 ，故第1，2跨跨中均屬于第一類T形截面。</p><p>　　各支座截面的配筋應(yīng)按支座邊緣處的彎矩計算。</p><p><b>　　在B支座邊緣處，</b></p&

46、gt;<p><b>　　= kN·m</b></p><p><b>　　在C支座邊緣處，</b></p><p><b>　　kN·m</b></p><p>　　計算結(jié)果見表8-6。</p><p><b>　　主梁正截面計算&

47、lt;/b></p><p><b>　　注：mm</b></p><p><b>　　斜截面承載力計算</b></p><p>　　主梁所需要的箍筋計算見表8-7。</p><p><b>　　主梁箍筋計算</b></p><p>　　由第四章可

48、知，允許的箍筋最大間距為=250mm，表8-7所用s<s。箍筋配筋率>。</p><p>　　由表8-7可以看出，當(dāng)配置@150的箍筋時，對支座A斜截面受剪均能滿足要求，但對支座B的左側(cè)及右側(cè)和C支座的左，右側(cè)均應(yīng)設(shè)置彎起鋼筋。</p><p>　　B支座左側(cè)彎起鋼筋的面積為：</p><p><b>　　= </b></p&

49、gt;<p><b>　　=274mm</b></p><p><b>　　取 mm</b></p><p>　　B支座右側(cè)彎起鋼筋的面積為：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=274mm</b></

50、p><p><b>　　取 mm</b></p><p>　　C支座左側(cè)右側(cè)彎起鋼筋的面積為：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=78.1mm</b></p><p><b>　　取 mm</b>

51、</p><p><b>　　裂縫寬度驗算</b></p><p>　　主梁的恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值 KN</p><p>　　活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 KN</p><p>　　活荷載準(zhǔn)永久值 KN</p><p>　　第一跨跨中裂縫寬度驗算</p><

52、;p>　　由荷載準(zhǔn)永久組合引起的跨中最大彎矩為：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=169.8 kN·m</p><p>　　則 =N/mm</p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　

53、　=</b></p><p>　　=0.101mm<0.25mm</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　　B支座裂縫寬度驗算</b></p><p>　　由荷載準(zhǔn)永久組合引起的B支座最大負彎矩為：</p><p><

54、b>　　= - </b></p><p>　　= -202.98kN·m</p><p>　　B支座的最大負彎矩為：</p><p><b>　　則，</b></p><p>　　主梁支座負鋼筋的保護層高度c應(yīng)為板的保護層厚度30mm加板內(nèi)負鋼筋直徑8mm再加次梁負彎矩鋼筋直徑16mm，即：C

55、=30+8+16=54mm。</p><p><b>　　最大裂縫寬度為：</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　　7 撓度驗算</b></p><p>　　同樣僅驗算第一跨中點撓度，由荷載標(biāo)準(zhǔn)組合引起的跨中最大彎矩為:</p&

56、gt;<p>　　從裂縫驗算已知由荷載標(biāo)準(zhǔn)組合引起的跨中最大彎矩為:由同一荷載標(biāo)準(zhǔn)組合引起的B支座相應(yīng)負彎矩為：</p><p><b>　　支座邊負彎矩為：</b></p><p>　　由與跨中彎矩相同的荷載準(zhǔn)永久組合引起的B支座負彎矩為：</p><p><b>　　支座邊負彎矩為：</b></p&

57、gt;<p>　　第一跨正彎矩區(qū)段的剛度計算：</p><p><b>　　短期剛度為：</b></p><p>　　考慮荷載長期作用影響的剛度：</p><p>　　B支座負彎矩區(qū)段的剛度計算：</p><p><b>　　短期剛度為：</b></p><p>

58、;　　考慮荷載長期作用影響的剛度為：</p><p><b>　　撓度驗算</b></p><p>　　為了示范，現(xiàn)特按分區(qū)段剛度，并用圖乘法計算主梁第一跨重點撓度。此時取主梁第一跨為脫離體，其計算簡圖如圖8-27（a)所示。并繪出使第一跨產(chǎn)生最大正彎矩的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合引起的彎矩圖如圖8-27（b)所示及在跨重點作用單位荷載所引起的彎矩如圖8-27（c)所示，跨中撓度為

59、：</p><p><b>　　，滿足要求。</b></p><p>　　如果考慮B1和BB很接近，按規(guī)范允許的簡化即取B1為全跨剛度，并用附錄3-2的撓度系數(shù)法計算撓度，可得af=10.19mm。可見兩種計算法所得結(jié)果基本一致。計算過程從略。</p><p><b>　　主梁吊筋計算</b></p><

60、;p>　　由次梁傳給主梁的全部集中荷載設(shè)計值為：</p><p>　　F=123.55+98.28=221.83N</p><p>　　考慮此集中荷載全部由吊筋承受，所需吊筋截面面積為：</p><p>　　吊筋采用512，=565mm2。</p><p><b>　　主梁配筋圖</b></p>&l