同济大学混凝土结构课程设计混合结构房屋36.pdf

混合结构房屋设计 主梁布置：横向 楼面活荷：8.0KN/层数：3 土木 4 班 2012 年 6 月 2/25 2 目录 1.工程概况.3 1.1 设计题目.3 1.2 设计任务.3 1.3 设计资料.3 2 结构设计及计算.4 2.1 楼盖 .4 2.1.1 设计资料.5 2.1.2 截面尺寸选择.5 2.1.3 板的设计（塑性方法）.5 2.1.4 次梁的设计.6 2.1.5 主梁的设计（按弹性理论计算）.8 2.2 楼梯.12 2.2.1 设计资料.12 2.2.2 尺寸选择.13 2.2.3 梯段板设计.13 2.2.4 平台板设计.14 2.2.5 平台梁设计.15 2.2.6 楼梯构造说明.16 2.3 屋面.17 2.4 墙 .17 2.4.1 设计资料.17 2.4.2 静力计算方案.18 2.4.3 底层纵墙验算.18 2.4.4 底层横墙验算.21 2.5 基础.21 2.5.1 设计资料.21 2.5.2 墙下条形基础设计.21 2.5.3 柱下独立基础计算.23 3/25 3 1.工程概况 1.1 设计题目 某三层仓库采用混合结构方案。楼盖为现浇混凝土单向板肋梁楼盖，现浇钢筋混凝土柱及砖墙作为承重体系，现浇钢筋混凝土柱下单独基础及墙下条形基础。1.2 设计任务 （1）按建筑平、立、剖面图进行结构平面布置（2）按选定的结构方案进行结构计算 A.估算钢筋混凝土柱截面尺寸 B.楼盖结构计算 a)板及次梁按塑性计算 b)主梁按弹性计算 C.钢筋混凝土楼梯计算 D.承重外墙验算 a)确定结构静力计算方案 b)验算墙体高厚比 c)验算底层墙体承载力 E.墙下条形基础计算（3）绘制施工图（2 号图纸三张）A.基础平面布置图及基础配筋图 B.楼盖结构平面布置图（包括连续板配筋）C.次梁配筋图和剖面图 D.主梁配筋图和剖面图 E.楼梯配筋图 1.3 设计资料 （1）柱网尺寸为 5.0 m 6.0 m，三层房屋，主梁沿横向布置。4/25 4 （2）荷载：A.二毡三油加绿豆砂 0.35kN/m3 B.石灰砂浆容重（天花板抹灰）17kN/m3 C.水泥砂浆容重 20kN/m3 D.钢筋混凝土容重 25kN/m3 E.细石混凝土容重 24kN/m3 F.砖墙容重 19kN/m3 G.钢窗自重 0.45kN/m3 H.屋面活荷载 0.5kN/m3 I.楼面活荷载 7kN/m3 (3)基础：室外地坪以下 1.5 m 处为老土层，地基承载力标准值按 100 kN/M2 考虑，地下水位于地面以下 0.5 m 处。2 结构设计及计算 2.1 楼盖 楼盖采用整体式钢筋混凝土结构单向板肋梁楼盖，结构平面图如下图所示，下面根据 GB50010 规范设计此肋梁楼盖。单向板肋梁楼盖结构平面布置图 5/25 5 2.1.1 设计资料 （1）楼面构造做法：20mm 厚水泥砂浆找平层，20mm 厚纸筋灰内粉刷。（2）楼面可变荷载标准值为 8.0kN/mm2。（3）材料选用：混凝土：采用 C30（fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/m2）；钢筋：梁中受力纵筋均采用 HRB400 钢筋（级钢，fy=360N/mm2）；其他钢筋均采用 HPB300 钢筋（级钢，fy=270N/mm2）。2.1.2 截面尺寸选择 柱：500mm500mm。板：hl/35=2000/35=57mm，取板厚 h=100mm。次梁：h=（1/181/12）l=5000/185000/12=278417mm，取 h=350mm，b=200mm。主梁：h=（1/141/8）l=6000/146000/8=429750mm，取 h=550mm。b=（1/31/2）h=550/3550/2=183275mm，取 b=250mm 2.1.3 板的设计（塑性方法）（1）荷载 永久荷载标准值：20mm 水泥砂浆面层 0.0220=0.4kN/m2 80mm 钢筋混凝土板 0.1025=2.5kN/m2 20mm 混合砂浆天棚抹灰 0.0217=0.34kN/m2 3.24kN/m2 永久荷载设计值：g=1.23.24=3.89kN/m2 可变荷载设计值：q=1.38.0=10.40kN/m2 合计 g+q=14.29kN/m2 （2）正截面受弯承载力计算及配筋 计算跨度：取 1m 宽板按连续梁进行计算，由于中间跨板与次梁固接；而边跨搁置在承重墙上，可以视为铰接，故板的计算长度为：中间跨：l0=ln=2.00-0.20=1.80m 边跨：ln=2.00-0.20/2-0.37/2=1.72m 6/25 6 l0=ln+a/2=1.72+0.37/2=1.90m l0ln+h/2=1.72+0.10/2=1.77m，取 l0=1.77m。截面内力及配筋计算：b=1000mm，h=80mm，h0=80-20=60mm。计算简图如下：板的计算结果见下表，板的配筋见附图：板的受弯承载力及配筋计算（取 1m 宽板带计算）截面 端支座 边跨跨中 离端第二支座 中间支座 中间跨跨中 弯矩系数 0 1/11-1/11-1/14(-1/140.8)1/16(1/160.8)M/kNm-4.05-4.05-3.31（-2.65）2.89（2.31）受压区高度x/mm-3.62 3.62 2.94（2.35）2.57（2.05）As/mm2-191.7 191.7 156.0（124.3）136.1（108.6）选配-8200 8200 8200 8200 实际 As/mm2-251 251 251 251 配筋率/%-0.25 0.25 0.25 0.25%24.0)27043.145.0%,2.0max()4.0%,2.0max(minytff，因此配筋满足最小配筋率要求。（3）构造说明 沿单向板长边方向的分布钢筋通长采用8200（As=251mm）板中垂直于主梁的构造钢筋取，伸出主梁的长度0/4l=500mm,故取 500mm 嵌固在承重墙内板上部的构造钢筋取8200，伸出墙边=500mm。2.1.4 次梁的设计 （1）荷载 7/25 7 永久荷载设计值：由板传来 3.892.0=7.78kN/m 次梁自重 1.2250.20（0.35-0.10）=1.50kN/m 梁侧抹灰 1.2170.02（0.35-0.10）2=0.20kN/m g=9.48kN/m 可变荷载设计值：由板传来 q=10.402.0=20.80kN/m 合计 g+q=30.28kN/m （2）正截面受弯承载力计算及配筋 计算跨度：次梁与主梁整浇，故中间跨次梁跨度取净跨；边跨次梁搁置在承重墙上，视为铰支，故计算跨度为：中间跨：l0=ln=5.00-0.25=4.80m 边跨：ln=5.00-0.25/2-0.37/2=4.69m l0=ln+a/2=4.69+0.37/2=4.88m l01.025ln=4.81m，取 l0=4.81m 计算简图如下：次梁的计算结果如下表，次梁配筋见附图：次梁的受弯承载力及配筋计算 截面 端支座 边跨跨中 离端第二支座 中间支座 中间跨跨中 弯矩系数 0 1/11-1/11-1/14 1/16 M(kNm)-63.61-63.61-48.80 42.70 受压区高度 x/mm-10.25 81.04 59.85 6.85 As/mm2-570.3 643.8 475.5 380.7 选配-318 318 218 218 实际 As/mm2-763 763 509 509 bh0或 bfh0(mm)-1400315 200315 200315 1400315 配箍率/%-1.21 1.21 0.81 0.81%2.0)36043.145.0%,2.0max()4.0%,2.0max(minytff，因此配筋满足最小配筋率要求。8/25 8 （3）斜截面受剪承载力及箍筋计算 次梁的斜截面承载力计算及配筋 截面 端支座内侧 离端第二支座外侧 离端第二支座内侧 中间支座外侧 中间支座内侧 剪力系数 0.45 0.60 0.55 0.55 0.55 V/kN 64.72 86.30 79.11 79.11 79.11 As/s 0.020 0.273 0.189 0.189 0.189 选配(双肢箍)6200 6200 6200 6200 6200 实际 As/s 0.283 0.283 0.283 0.283 0.283 配箍率/%0.14 0.14 0.14 0.14 0.14%13.0270/43.124.0/24.0min,yvtsvff，因此配筋满足最小配箍率要求。（4）构造说明 实际配箍率均大于最小配箍率，满足要求，不需要弯起钢筋。由于各跨跨度相差不超过 20，可变荷载与永久荷载的比值 q/g0.7ftbh0计，las 12d=1225=300mm（带肋钢筋），故一律取伸入支座的锚固长度为 360mm。上部纵向受力钢筋中的 2 根直径为 25mm 的钢筋兼做架力钢筋。构造钢筋：主梁扣除翼缘板厚度后截面高度为 550-100=450mm，故应该在主梁的每个侧面沿高度配置纵向构造钢筋（腰筋），腰筋间距200mm，考虑保护层厚度，沿高度方向布置 1 排腰筋。承重墙支座处负弯矩钢筋的锚固长度：竖直段：15d=1525=375mm，取 400mm 水平段：与上部相同，取为 360mm 支座处的负弯矩钢筋可在距离支座边3nl=1833mm 的距离处切断，取 2000mm。（7）裂缝验算 边跨跨中:，ho=515mm 其中=1.9（受弯构件）12/25 12 =0.3mm 满足要求 内支座：由于内支座处配筋与边跨跨中相同，且弯矩小于边跨跨中，故边跨跨中满足裂缝要求，则内支座也满足要求。中间跨跨中：，ho=515mm 其中=1.9（受弯构件）=0.3mm 满足要求 2.2 楼梯 2.2.1 设计资料 混凝土：采用 C30（fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/m2）；钢筋：梁中受力纵筋均采用 HRB400 钢筋（级钢，fy=360N/mm2）；13/25 13 其他钢筋均采用 HPB300 钢筋（级钢，fy=270N/mm2）。2.2.2 尺寸选择（1）两跑楼梯的一个梯段的尺寸见下图：（2）计算跨度及截面尺寸的确定：tan=167/270，cos=0.8505 梯段斜板：水平计算跨度：l0=ln=2970mm；斜向计算跨度0l=l0/cos=3492mm；板厚 t=(1/251/35)0l=99.8139.7mm，故取 t=120mm 平台梁：计算跨度 l0=（2600-240）1.05=2480mm，截面高度 hl/12=206.7mm，考虑构造要求，取 h=350mm，b=150mm 平台板：板厚取 t=70mm，计算跨度 l01=(6000-2970-1502)/2-120+70/2=1280mm 楼梯踏步取 b=270mm，h=167mm，满足 b+2h=604mm(600，620)和 b+h=437mm450mm的构造要求。2.2.3 梯段板设计 （1）荷载 永久荷载设计值 11 级混凝土踏步 1.2110.270.167/225/2.97=2.51kN/m2 120mm 厚钢筋混凝土板 1.20.1225/0.8505=4.23kN/m2 20mm 厚水泥砂浆面层(踏步)1.20.0220=0.48 kN/m2 14/25 14 20mm 厚水泥砂浆面层（踢脚）1.20.02200.16711/2.97=0.30 kN/m2 20mm 厚纸筋灰粉刷 1.20.0217/0.8505=0.48 kN/m2 g=8.00 kN/m2 可变荷载设计值 q=1.43.5=4.9 kN/m2 合计 g+q=12.90 kN/m2 （2）正截面受弯承载力验算及配筋（取 1m 宽板带）：计算简图如下：按单筋矩形截面模型计算：计算跨度 l0=2.97m，0l=3.492m，h0=120-20=100mm，b=1000mm b=0.8/1+270/(0.00332.1105)=0.576 xb=b h0=0.576100=57.60 mm minmax 0.45/,0.2%0.24%tyff As,min=minbh=0.241000120=288mm2 跨中maxM=1/1012.902.972=11.38kNm 由正截面受弯承载力公式可知：x=8.30mm xb=57.60 mm，故不会发生超筋破坏。As=1 fcbx/fy=439.74mm2 选配12200，As=565.49mm2，满足最小配筋率要求。2.2.4 平台板设计 15/25 15 （1）荷载 永久荷载设计值 80mm 厚钢筋混凝土板 1.2250.07=2.1 kN/m2 20mm 厚水泥砂浆面层 1.2200.02=0.48 kN/m2 20mm 厚纸筋灰粉刷 1.2170.02=0.41 kN/m2 g=2.99 kN/m2 可变荷载设计值 q=1.43.5=4.9 kN/m2 合计 g+q=7.89 kN/m2 （2）正截面受弯承载力及配筋（取 1m 宽板带）：计算跨度 l01=1.28m，b=1000mm，h=80mm，h0=80-20=60mm b=0.8/1+270/(0.00332.1105)=0.576 xb=b h0=0.57650=34.56 mm 跨中maxM=1/87.891.182=1.62 kNm 由正截面受弯承载力公式可知：x=2.32mm0.1，故fb=minl0/6,b+Sn/2=413.3mm 因为maxM=1/825.902.482=19.91 kNm 判断截面类型：maxMM=1fc bfhf(h0-hf/2)=115.84 kNm，故跨中截面为第一类倒 L 型截面。min=max0.45ft/fy,0.2=0.2 As,min=minbh=0.002150350=105mm2 可求得受压区高度 x=10.88mm As=1 fcbx/fy=178.6mm2 选配 212，实际 As=226mm2，满足最小配筋率要求。(3)斜截面抗剪承载力及配筋 在支座处，Vmax=32.12kN0.25fcbh0=168.92kN，故截面满足要求 又有 Vmax0.7ftbh0=47.30kN，因此只需要按照构造配筋即可 sv,min=0.24ft/fy=0.13 因此选配8200 的箍筋，sv=0.3，满足最小配箍率要求 2.2.6 楼梯构造说明 斜板内垂直于受力筋方向每踏步一根8 平台板内垂直于受力钢筋方向配分布钢筋8200 梯段斜板在距离平台梁为 l0/4=742.5mm（取 750mm）范围内配置负弯矩受力筋10150 平台板在距离平台梁为 l01/4=320mm（偏于安全取 450mm）范围内配置负弯矩受力筋8200 17/25 17 平台板搁置在承重墙端上的距离为 120mm 范围内配置负弯矩受力筋8200 2.3 屋面 屋面的结构布置平同楼盖，设计方法与楼盖设计类似，故省略。仅计算屋面荷载设计值以供承重墙验算及地基设计时使用。荷载设计值计算：永久荷载标准值 二毡三油防水层，上铺绿豆砂 1.20.35=0.42kN/m2 20mm 水泥砂浆找平层 1.20.0220=0.48 kN/m2 100mm 现浇混凝土肋梁屋盖 1.20.1025=3.00 kN/m2 20mm 纸筋灰内粉刷 1.20.0217=0.41kN/m2 合计 g=4.31kN/m2 屋面活荷载设计值 q=1.40.50=0.7 0kN/m2 合计 g+q=5.01kN/m2 2.4 墙 2.4.1 设计资料 （1）材料选用：砖：MU20 普通烧结粘土砖。砂浆：M7.5 混合砂浆。砌体抗压强度设计值 f=2.39 N/mm2。（2）截面尺寸：墙厚 370mm，纵墙壁柱 490mm490mm（3）荷载 屋面荷载 5.01kN/m2 楼面荷载 3.89+0.8510.40=12.73kN/m2 主梁自重 1.2250.25（0.55-0.10）=3.38kN/m 次梁自重 1.2250.20（0.35-0.10）=1.50kN/m 过梁自重 250.370.3=2.78kN/m 370mm 砖墙自重 190.37=7.03 kN/m2 钢框玻璃窗自重 0.45 kN/m2 18/25 18 2.4.2 静力计算方案 根据楼（屋）盖类别为整浇钢筋混凝土楼（屋）盖，横墙间距 S=20m2H=10m，故 H0=1.0H=5.0m 1=1.0，2=1-0.42.4/5=0.808 =H0/hTA=5000/415.3=12.0412 =21.01 满足高厚比要求。壁柱间墙：S=5.0m=H，故 H0=0.6S=3.0m =H0/h=3000/370=8.11 N=333.44kN 故局部受压满足要求。（4）窗间墙承载力验算 -截面：N=532.05+208.59=740.64kN ei=y1-0.4a0=199.1-0.486.47=164.51mm M=208.590.16451=34.32kNm e=M/N=34.321000/740.64=46.34mm0.3 m2 故不用考虑强度调整 kNNkNfAn64.74064.1390102080039.257.0 满足承载力要求。-截面：N=740.64+7.03（55-2.41.6）+2.41.60.45=891.12kN 由于轴心受压承载力要高于偏心受压承载力，N1390.64kN，则必定满足轴心受压承载力的要求。综上，纵墙满足承载力要求。2.4.4 底层横墙验算 由于横墙验算的方法和步骤与纵墙验算类似，不予赘述。仅计算横墙传至基础的荷载，以供墙下条形基础设计时使用。（单元长度为 2m）N=（5.01+12.732）2.52+1.502.53+7.03（42+5）2=346.38kN 2.5 基础 2.5.1 设计资料 室外地坪以下 1.5 m 处为老土层，地基承载力标准值按 100 kN/m2 考虑，地下水标高-0.95m(地面以下 0.5 m 处)。选用混凝土的强度等级为 C30(fc=14.3 N/mm2),混凝土垫层采用 C10，钢筋均采用其他钢筋均采用 HPB 300 级钢筋（级钢，fy=270N/mm2,E=2.1 105N/mm2）2.5.2 墙下条形基础设计 （1）荷载 由于壁柱的存在，基础顶面存在偏压，但影响较小，此处验算时忽略不计。对于纵墙和横墙采用相同的条形基础设计，故基础顶面荷载为：F=max891.21/5，345.38/2=178.22 kN/m 22/25 22 （2）地基持力层承载力验算：基础埋深:考虑增加 10 cm 的平整地层所用厚度，并取整，定为 1.6 m。故，基础埋置的标高为-2.050 m.mdfFbGk22.2)1105.020(10022.178 取，b=2.1m。由于地质具体情况不知，不考虑地基土承载能力的修正。kPafkPabGFpkk10039.941.2)1105.020(22.178 故地基持力层承载力满足要求。（3）控制截面抗剪高度验算 控制截面定为 II 截面，如上图。该截面距基础边缘距离为：mbbI8652/)3702100(2/)370(剪力为：mkNNbbVII/41.7322.1782100865 故截面高度定为：mmfVhthI34.7343.10.17.041.737.00 实际取基础边缘高度为 250 mm，基础边缘高度为 200 mm mm34.73mm210402500h 23/25 23 （4）控制截面抗弯验算及配筋 控制截面的弯矩为：kNmbVMIII75.31865.041.732121 基础每延米受力钢筋的截面面积为：203.5792102709.075.319.0mmhfMAyIy 选配12 200，实际25.565mmAs，沿垂直于砖墙长度的方向配置。沿墙方向按构造配8 250 的分布钢筋，下垫 100 mm 厚素混凝土垫层。2.5.3 柱下独立基础计算 （1）荷载 由柱子的轴心受压验算得知，基础顶面受到上部的总荷载为：Fk=（5.01+12.732）56+（3.385.5+1.504.53+0.50.525）3=1049.37kN （2）基础尺寸确定 根据地基承载力确定柱下独立基础底面尺寸：212.13)0.1105.020(10037.1049mA 故确定柱下独立基础的尺寸为：3600mm3600mm 实际基础的底面积为：12.96 m2 （3）强度验算及配筋设计 地基持力层承载力：kPafkPaAGFpakkk1005.826.3)205.00.110(37.10492 故地基持力层承载力满足要求。确定有效高度：假设基础高度 h 为 500mm,混凝土保护层厚度为 50mm 则基础有效高度为 h0=500-50=450m 确定相关系数以及抗冲切验算：24/25 24 1.0hp，ft=14.3 N/mm2，at=a=500mm,ab=a+2 h0=500+2450=1400mm 222002000250450400020002504503.512222clbblaAhlhm kPaApFljl20.28451.3)6.337.1049(2 mtb()2950aaamm hptm00.70.7 1.0 1.43 950450427.93lFf a hkN 故可知基础高度满足要求。基础内力的计算及配筋：设计控制截面在柱边处，此时相应的的值分别为（由于基础底面为 3.63.6 m2，因此可以取任意一边为长边，另一边则为短边）：mblmbakPapppmaIjjI6.3,5.0,96.80,55.1minmax 长边方向：mkNlppPpalaMImzxIjII62.249)()(2(121max2 短边方向：mkNppbbalMjjII62.249)(2()(121minmax2 所以配筋为：长边方向：25/25 25 208.22829.0mmhfMAyIsI 短边方向：203.2345)(9.0mmdhfMAyIsI 因此两个方向配筋可取为一样，故实际在长边和短边方向的配筋为:12180（实际配筋面积为 2261.9mm2，误差 5%以内），即沿长边和短边方向的钢筋均为 20 根。