钢筋混凝土水池顶盖设计(共34页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上土建工程基础大作业系 别：环境与市政工程系专 业：给水排水工程姓 名：宋 严学 号：指导教师：肖晓存 分组号码： 第四组河南城建学院2012年 5 月 28 日钢筋混凝土水池顶盖设计1.1.1 设计资料某矩形水池顶盖平面尺寸为27.7m×16.5m，池高4.0m，池壁厚度为200mm，允许池内设计8根钢筋混凝土柱（假定柱截面尺寸300mm×300mm），顶盖平面图如图1-1所示。采用钢筋混凝土顶板，顶板与池壁的连接近似地按铰接考虑。试设计此水池顶盖。荷载及材料如下：（1）池顶覆土厚度为300mm（s=18kN/m3）；（2）池顶均布活荷载标准值为qk=5kN/m2，活荷载的准永久值系数；（3）顶盖底面用20mm厚水泥砂浆抹面（）。（4）材料强度等级：混凝土强度等级C25，主梁和次梁的纵向受力钢筋采用HRB335级，板、主次梁的箍筋采用HPB235级。图1-1 矩形水池顶盖平面1.1.2 单向板肋形梁结构设计 1. 结构布置及构件截面尺寸确定 （1）柱网尺寸确定主梁的跨度为5.5m，次梁的跨度为5.54m，即柱距为5.54m×5.5m。主梁每跨内布置两根次梁，板的跨度为1.83m。（2） 板厚度对于有覆土的水池顶盖，板厚，且不易小于150mm，所以取板厚。 （3）次梁截面尺寸根据刚度要求，取，截面宽度，取。图1-2 楼盖结构平面布置图（4）主梁截面尺寸根据刚度要求，取，截面宽度 取。水池顶盖结构平面布置如图1-2所示。2. 板的设计根据混凝土结构设计规范（GB 50010 - 2002）规定，本设计中板区格长边与短边之比为：，介于23之间，宜按双向板进行设计，但也可按沿短边方向受力的单向板计算，在沿长边方向布置足够数量的构造钢筋来处理。（1） 计算简图按弹性理论计算，取1m板宽作为设计单元，计算跨度：边跨 中跨 （2） 荷载计算恒载标准值：300mm厚覆土 150mm钢筋混凝土板 20mm水泥砂浆抹面 小计 活荷载标准值： 恒载设计值： 活载设计值： 考虑梁板整体性对内力的影响，计算折减荷载：计算单元上的荷载为：注：（）值为荷载标准值。计算简图如图1-3所示。图1-3 板的计算简图（3）内力计算连续跨数实际为9跨，按5跨连续单向板进行内力计算（教材附表5-3）。跨中正弯矩： 支座弯矩： 支座边缘处的弯矩： 支座弯矩： 支座边缘处的弯矩： （4）配筋计算板厚，按给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程（CECS138:2002）,板中受力钢筋的混凝土保护层厚度取30mm，故。板正截面承载力计算结果见表1-1.C25混凝土：， HPB235钢筋：板正截面承载力计算 表1-1截 面边跨跨中第一内支座第二跨中中间支座中间跨中M（kN·m)5.74-5.832.97-3.8243.810.03650.0370.01890.02430.02420.03720.03770.01910.02460.0245242.42245.68124.49160.31159.66实际钢筋（mm2/m)配筋率验算（5）裂缝宽度验算第一跨跨中裂缝宽度验算：板的恒载标准值，活荷载，活荷载永久值0.1×5.0=0.5kN/m，则折算荷载为： 由荷载永久组合产生的跨中最大弯矩为：裂缝宽度验算所需的各项参数为： 取=0.01，取最大裂缝宽度： （满足要求）其他各支座及各跨中截面的最大裂缝宽度，经验算均未超过规范限值，验算过程从略。（6） 挠度计算 给谁排水工程水池结构的有关规范对一般贮水池顶盖构件的挠度限值没有明确的规定。在实际工程设计时，通常根据经验对梁、板的跨高比设定在一定范围内即可不验算挠度。这里按混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）规定，一般楼、屋盖受弯构件的挠度限制进行验算。混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）规定，一般楼、屋盖受弯构件按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响计算的最大挠度，当<7m时，不应超过（为构件的计算跨度）。等截面等跨的多跨连续梁板的最大挠度一般产生在第一跨内。本设计的梁板均只验算第一跨，且取跨中点挠度进行验算。虽然实际的最大挠度均产生在略偏近于端支座一侧，但取跨中点挠度进行控制所带来的误差甚小，可以忽略不计。第一跨正弯矩区段的刚度计算：按荷载标准组合计算的第一跨中最大弯矩为：由荷载准永久组合产生的跨中最大弯矩为：计算短期刚度所需的参数：，取取则第一跨正弯矩区段的短期刚度为： 考虑长期作用影响的刚度为： 支座负弯矩区段的刚度计算：在计算第一跨的挠度时所采用的活荷载分布状态应该时第一跨跨中产生最大正弯矩的活荷载分布状态，此时支座的负弯矩也应按这种活荷载分布状态进行计算。如果用分别表示在这种活荷载分布状态下支座的荷载效应标准组合值和荷载效应准永久组合值，则 在支座边缘截面相应的弯矩分别为： 计算短期刚度所需的参数：则支座负弯矩区段的短期刚度为： 考虑长期作用影响的刚度为： 可见按混凝土结构设计规范（GB 50010-2002) 可取整跨刚度为计算挠度，这样的简化使挠度计算大为方便。第一跨跨中挠度验算： (7) 板的配筋图板的配筋如图1-4（）所示。板中配筋除计算外，还应配置构造钢筋如分布钢筋和长边方向支座附加钢筋等。分布钢筋采用，每米板宽的分布钢筋的截面面积为，大于15%，同时大于该方向截面面积的0.15%，即。板端与池壁整体连接，端支座处钢筋的截断位置如图1-4（）所示，图中，；伸入支座的锚固长度。图1-4 板配筋图（板厚150mm）3.次梁的设计（1）计算简图按弹性理论计算次梁内力，计算跨度：边跨中跨（2） 荷载计算板传来的荷载标准值 梁自重标准值 小计 恒载设计值 板传来的活荷载标准值 小计 活载设计值 考虑主梁扭转刚度的影响，取折算荷载为： 计算简图如图1-5所示。图1-5 次梁计算简图（3） 内力计算 按5跨连续梁计算跨中和支座弯矩以及各支座左右截面的剪力值（教材附表5-3）。跨中正弯矩：支座弯矩： 支座边缘处的内力： 支座右侧剪力 支座右侧边缘剪力 支座左侧剪力 支座左侧边缘剪力 支座右侧剪力 支座右侧边缘剪力 支座左侧剪力 支座左侧边缘剪力 支座右侧剪力 支座右侧边缘剪力 （4）正截面承载力计算梁跨中按T形截面计算，其翼缘宽度可取下面两项中的较小者： 故取。根据给谁排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程（CECS138:2002）钢筋混凝土保护层厚度为35mm，故对跨中T形截面，取，有效高度=500-45=455mm（按 一排钢筋考虑），（按两排钢筋考虑）。判别各跨T形截面的类型： 故第1、第2及第3跨中均属于第一类T形截面。次梁的正截面承载力计算结果见表1-2。 次梁正截面承载力计算 表1-2截 面1B2C389.36-103.947.82-81.0259.80455430455430455截面类型第一类T形矩形第一类T形矩形第一类T形-0.236-0.184-0.0191-0.0106-0.01320.9900.8630.9950.9000.993661.26933.29352.29697.85441.18实际钢筋配筋率验算（5）斜截面承载力计算 截面尺寸可按下式验算： 次梁斜截面受剪承载力计算结果见表1-3。当时，配筋率要满足故 ，取鼓劲间距为180mm，沿梁长不变。次梁斜截面受剪承载力计算 表1-3截面AB左B右C左C右75.6644.03101.3692.7597.25箍筋肢数、直径双肢，双肢，双肢，双肢，双肢，构造要求170.00330.19391.95413.47实际配箍量最小配箍率验算（6） 裂缝宽度验算次梁恒载标准值，活载标准值，其准永久值。则次梁按荷载准永久值组合计算时的折算荷载值为：折算荷载值： 第一跨跨中裂缝宽度验算：由荷载准永久组合引起的跨中最大弯矩为： 则， 最大裂缝宽度： 支座裂缝宽度验算：由荷载准永久组合引起的支座最大弯矩为： 支座边缘处的内力： 则， 最大裂缝宽度： 次梁负弯矩钢筋的混凝土保护层厚度为板的保护层厚度加板的负弯矩钢筋的直径，即mm。第2跨的跨中截面经过验算最大裂缝宽度也未超过限值，验算过程从略。（7） 挠度验算荷载标准组合计算时，次梁的折算荷载为： 第1跨正弯矩区段的刚度计算：按荷载标准组合计算的跨中最大弯矩为： 由裂缝验算知荷载准永久组合引起的第1跨的跨中弯矩为： 计算短期刚度所需的参数： 则第一跨正弯矩区段的短期刚度为： 考虑长期作用影响的刚度为： 支座负弯矩区段的刚度计算：相应于的荷载标准组合引起的支座负弯矩为： 支座边缘处的负弯矩为： 相应于的荷载准永久组合引起的支座负弯矩为： 支座边缘处的负弯矩为： 计算短期刚度所需的参数： 取 则支座负弯矩区段的短期刚度为： 对于翼缘位于受拉区的倒T形截面，荷载长期作用影响系数应增大20%，则考虑长期作用影响的刚度为： 可见，按规范可取整跨刚度为计算挠度，则第一跨跨中挠度验算： （8） 次梁的配筋图次梁配筋构造特点：1） 伸入池壁支座时，梁顶面纵向钢筋的锚固长度按下式确定： 2）伸入池壁支座时，梁底面纵向钢筋锚固长度： 3） 梁底面纵向钢筋伸入中间支座的长度应满足： 4）纵向钢筋的截断点距支座的距离： 连续次梁的纵向受力钢筋的切点和弯起位置，可按构造来确定，而不必绘制弯矩包络图和材料图。 确定次梁的配筋图如图1-6所示。图1-6 次梁配筋图4. 主梁的设计（1）按弹性理论计算主梁内力，计算跨度：边跨中跨（2） 荷载计算次梁传来的恒载标准值 主梁自重标准值 小计 次梁传来的活载标准值 小计 恒载设计值 活载设计值 计算简图如图1-7所示。（a）（b）图1-7 主梁计算简图（3） 内力计算1）弯矩设计值及包络图，根据下式计算： 系数按教材附表5-2确定，具体计算见表1-4，弯矩包络图如图1-8（）所示。（7） 剪力设计值及包络图，根据下式计算： 系数按教材附表5-2确定，具体计算见表1-4，剪力包络图见图1-8（）所示。（4） 正截面承载力计算各跨中截面按T形截面计算，其翼缘宽度bf' 取下列两项中的较小者。 bf' =1850mm bf'=mm取bf'=1850mm。第1跨中的截面有效高度按两排钢筋考虑，则h0=60070=530mm。第2跨跨中弯矩较第1跨小，故第2跨跨中按一排钢筋考虑，则h0=60045=555mm。B、C支座按矩形截面计算，按两排钢筋考虑：h0=60090=510mm。T型截面类型的判别弯矩为：kN·mM>M1、M>M2，故第1、2跨的跨中均属于第一类T型截面。各支座边缘弯矩：B支座边缘弯， MB,e=MBV0=MB（G+Q） =313.34+（134.41+66.14）×=283.26kN·m专心-专注-专业 主梁弯矩计算 表1-4序号荷载简图 弯矩示意图内力组合+288.11205.20-2481.161.16-248+165.8182.96-248123.4123.4-248+266.08161.88-313.3485.22112.38-231.85+171.1393.97-231.85112.3885.22-313.34最不利内力组合项次+165.8782.96-313.341.161.16-313.34组合项次+288.11205.20-231.85123.4123.41-231.85主梁剪力值计算 表1-5序号荷载简图弯矩示意图52.98733.089.35267.0-3.170267.1-41.13400.129.57866.086.8134.0-00.73134.1-57.45689.057.20311.0-71.86311.1-82.80222.168.14222.046.51778.-089.5089.0-89.5089.0-89.5089.0-46.51778.046.-4.68751778.068.14222.0内力组合+155.8-44.84-245.3134.4100注：跨中剪力值由静力平衡确定+144.09-56.46-257.01215.2314.6851.46+92.63-41.78-176.19185.87-5.4614.68最不利内力组合项次+155.8-56.46-257.01215.2314.6814.68图1-8 主梁弯矩包络图和剪力包络图（a） 弯矩包络图；（b）剪力包络图主梁正截面承载力计算过程见表1-6。主梁正截面承力计算 表1-6截面1B2弯矩（kN·m)288.11-283.26123.14530510555截面类型第一类T形矩形第一类T形0.36610.04660.01820.97610.75870.99081856.382440.19746.45实际钢筋配筋率验算（5） 斜截面承载力计算Hw=hhf，=600150=450mm，<4，截面尺寸可按下式验算：V主梁受剪承载力计算结果见表1-7 主梁斜截面受剪承载力计算 表1-7截面ABBV(KN)155.80257.01215.230.25(kN)394.19>V379.31>V379.31>V0.7 (kN)117.79<V113.35<V113.35<V箍筋肢数、直径双肢，8双肢，8双肢，8S=（mm）368.0093.68143.76实际配筋811081108110最小配筋率验算>>>（6）裂缝宽度验算 主梁的恒载标准值Gk=112.01kN, 活载标准值Qk=50.88kN 活载准永久值Qq=q Qk=0.1×50.88=5.09kN 1)第一跨裂缝宽度验算 由荷载永久组合引起的跨中最大弯矩为： M1q=（0.244Gk +0.289Qq）l1 =（0.244×112.01+0.289×5.09）×5.5=159.85kN则，sq=184.01N/=>0.01=1.1=1.1>0.4最大裂缝宽度：= = =0.188mm<0.25mm（满足要求）（8） B支座边裂缝宽度验算由荷载准永久组合引起的B支座最大负弯矩为：=（0.267Gk+0.311Qq）=（0.267×112.01+0.311×5.09）×5.5=174.77kN·mB支座边缘最大负弯矩为：V0174.77+（112.01+5.09）×=160.13kN·m则，sq=N/mm2>0.01>0.4主梁支座负弯矩钢筋的保护层厚度c应为板保护层厚度30mm加板内弯矩钢筋直径8mm再加次梁负弯矩直径16mm，即c=30+8+16=54mm最大裂缝宽度： = =0.158mm<0.25mm（满足要求）其他支座及跨中最大裂缝宽度均未超过限值，计算过程从略。4） 挠度验算第1跨正弯矩区段的刚度计算：按荷载标准组合计算的跨中最大弯矩为： =（0.244×112.01+0.289×50.9）×5.5=232.29kN·m由裂缝验算知荷载准永久组合引起的第1跨跨中弯矩为： =（0.244×112.01+0.289×5.09）×5.5=159.85kN·m计算短期刚度所需的参数： N/mm2 >0.01 >0.4 则第一跨正弯矩区段的短期刚度为： N·mm2考虑长期作用影响的刚度为： = N·mm2B支座负弯矩区段的刚度计算：相应于M1k的荷载标准组合引起的B支座负弯矩为： =（0.267×112.01+0.133×50.88）×5.5=203.54N·m支座边缘处的负弯矩为： =203.54+（112.01+50.88）×=179.11kN·m相应于M1q的荷载永久组合引起的B支座负弯矩为： =（0.267×112.01+0.133×5.09）×5.5=169.74N·m支座边缘处的负弯矩为： =169.74+（112.01+5.09）×=152.18kN·m计算短期刚度所需的参数：N/mm2<0.01，取<0.4，取则B支座负弯矩区段的短期刚度为： =1.83×1014N·mm2对于翼缘位于受拉区的倒T形截面，荷载长期作用影响系数应增大20%，则考虑长期作用影响的刚度为： =N·mm2可见，0.5B1<BB<2B1,按规范可取整垮刚度B1为计算挠度，则第一跨的跨中挠度验算： =12.25mm<=27.5mm（符合要求）5） 主梁的附加钢筋计算由次梁传给主梁的全部集中荷载设计值为： F=1.2×106.81+1.3×50.88=194.32kN考虑此集中荷载全部由吊筋承受，所需的吊筋截面面积为： mm2吊筋选配218（=509mm2）6） 主梁的配筋图主梁纵向钢筋的弯起和切断根据弯矩图来确定，主梁配筋如图1-9所示图1-9 主梁配筋图