
某工厂仓库的楼盖建筑平面图,如图一所示,环境类别为一类。楼面均布活荷载标准值为5.5kN / m2,楼盖结构形式为现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖,竖向承重结构体系采用外砖墙和钢筋混凝土内柱承重方案:
1.设计资料
(1)楼面恒载:楼面面层用20 mm厚石灰砂浆粉刷。
(2)材料:混凝土强度等级C25 ;梁内受力纵筋为HRB335,
其他为HPB235钢筋。
2.楼盖的结构平面布置
墙厚240 mm,板伸入墙体120 mm,次梁伸入墙体240 mm,
纵墙在主梁端部处有外伸扶壁120 mm×370 mm,主梁搁置长度
370 mm。柱截面350 mm×350 mm。主梁沿横向布置,次梁沿纵
向布置。主梁的跨度为6.3 m、次梁的跨度为7.5 m,主梁每跨内
布置两根次梁,板的跨度为2.1 m,L02/l 01 =7.5/2.1=3.57≥3,
因此按单向板设计。
按跨高比条件,要求板厚h≥2200/40=55 mm,对工业建筑
的楼盖板,要求h≥80 mm,取板厚h=80 mm。
次梁截面高度应满足h=L0/18~L0/12=7500/18~7500/12=
416.7~625 mm。考虑到楼面活荷载比较大,取h=500mm。截面
宽度取为b=200 mm。
主梁的截面高度应满足h=L0/15~L0/10=6300/15~6300/10
=420~630 mm,取h=600 mm,b=300 mm。
楼盖结构平面图布置图见图二。
3.板的设计
⑴荷载
板的恒荷载标准值
水泥砂浆面层: 0.65 kN / m2
80 mm钢筋混凝土板 0.08×25=2 kN / m2
20 mm 石灰砂浆 0.02×17=0.34 kN / m2
小计 2.99 kN / m2
板的活荷载标准值: 5.5kN / m2
恒荷载分项系数取1.2;因楼面活荷载标准值大于4.0 kN / m2,所以活荷载分项系数应取1.3。
于是板的
恒荷载设计值 g=2.99×1.2=3.588 kN / m2
活荷载设计值 q=5.5×1.3=7.15 kN / m2
荷载总设计值 g+q=10.738 kN / m2 ,近似取为g+q=10.3 kN / m2
⑵计算简图
次梁截面为500 mm×200 mm,现浇板在墙上的支承长度为120 mm。按内力重分布设计,板的计算跨度:
边跨
L0=l n+h/2 = 2100-100-120+80/2 = 1920 mm < 1.025 l n = 1927 mm,取L0 = 1920 mm。
中间跨
L0 = l n = 210-200 = 1900 mm
因跨度相差小于10% ,取1 m宽板带作为计算单
元,计算简图如图所示三。
⑶弯矩计值
由表一可查得,板的弯矩系数αm分别为:
边跨中,1/11;离端第二支座,-1/11;离端
第二跨中,1/16;中间支座;-1/14。故
M1 = -MB = (g+q) l201/11
= 10.3×1.9202/11 = 3.82 kN·m2
Mc = -(g+q) l201/14
= -10.3×1.92/14 = -2.94 kN·m2
M2 = (g+q) l201/16
= 10.3×1.92/16 = 2.57 kN·m2
表一 连续梁和连续单向板考虑塑性内力重分布的弯矩计算系数αm
| 支承情况 | 截 面 位 置 | ||||||
| 端支座 | 边跨跨中 | 离端第二支座 | 离端第二跨跨中 | 中间支座 | 中间跨跨中 | ||
| A | Ⅰ | B | Ⅱ | C | Ⅲ | ||
| 梁、板搁支在墙上 | 0 | 1/11 | 二跨连续: -1/10 三跨以上连续:-1/11 | 1/16 | -1/14 | 1/16 | |
| 板 | 与梁整浇 连 接 | -1/16 | 1/14 | ||||
| 梁 | -1/24 | ||||||
| 梁与柱整浇连接 | -1/16 | 1/14 | |||||
⒉连续梁或连续单向板的各跨长度不等,但相邻两跨的长跨与短跨之比值小于1.10时,仍可采用表中弯矩系数值。计算支座弯矩时应取相邻两跨中的较长跨度值,计算跨中弯矩时应取本跨长度。
⑷正截面受弯承载力计算
板厚80 mm,h0 = 80-20 = 60 mm;板宽b = 1000 mm。C25混凝土,α1= 1.0,fc = 11.9 kN / mm2;HPB235钢筋,fy = 210 kN / mm2。板配筋计算的过程列于表二。
表二 板的配筋计算
| 截 面 | 1 | B | 2 | C | |
| 弯矩设计值(kN·m) | 3.82 | -3.82 | 2.57 | -2.94 | |
| αs = M/α1 fcb h02 | 0.0 | 0.0 | 0.060 | 0.069 | |
| ξ= 1- | 0.0934 | 0.0934 | 0.062 | 0.072 | |
| 轴线 A~B D~E | 计算配筋(mm2) AS=ζbhofc/fy | 318 | 318 | 211 | 245 |
| 实际配筋 (mm2) | Φ8@150 AS=335 | Φ8@150 AS=335 | Φ8@200 AS=251 | Φ8@200 AS=251 | |
| 轴线 B~D | 计算配筋(mm2) AS=ζbhofc/fy | 318 | 318 | 211×0.8 =169 | 245×0.8 =196 |
| 实际配筋 (mm2) | Φ8@150 AS=335 | Φ8@150 AS=335 | Φ8@200 AS=251 | Φ8@200 AS=251 | |
4、次梁的设计
按考虑内力重分布设计。根据本车间楼盖的实际使用情况,楼盖的次梁和主梁的活荷载部考虑从属面积的荷载折减。
1荷载的设计值
恒荷载设计值
板传来的恒荷载 3.588×2.1=7.53KN/m
次梁自重 0.25 (0.6-0.08)×25×1.2=3.9 KN/m
次梁粉刷 0.02×(0.6-0.08)×1.9×17×1.2=0.40 KN/m
小计 g=11.83 KN/m
活荷载设计值
q=7.15×2.1=15.015 KN/m
荷载总设计值
g+q=11.83+15.015=26.845 KN/m
⑵计算简图
次梁在砖墙上的支承长度为240mm。主梁截面为300mm×600mm。计算跨度:
边跨 LO= Ln +a/2=7500 – 120 - 300/2 + 240/2 = 7350
<1.025 Ln=1.025×7230=7410.75mm, 取LO =7350mm
中间跨 LO = Ln =7500 – 300 = 7200mm
因跨度相差小于10﹪,可以按等跨连续梁计算。次梁计算简图见图四
⑶内力计算
弯矩系数、剪力系数查表三、表四得:
表三 活荷载最不利布置
| 活 荷 载 布 置 图 | 最 大 值 | ||||||
| 活荷载最不利组合 | 弯矩 | 剪力 | |||||
| 正 | 负 | ||||||
| (恒载作用下,梁的弹性变形曲线) | |||||||
| (活1作用下,梁的弹性变形曲线) | |||||||
| (活2作用下,梁的弹性变形曲线) | |||||||
| 活1+活3+活5 | M1、M3、M5 | M2、M4 | VA、VF | ||||
| 活2+活4 | M2、M4 | M1、M3、M5 | |||||
| 活1+活2+活4 | MB | VB左、VB左 | |||||
| 活2+活3+活5 | MC | VC左、VC左 | |||||
| 活1+活3+活4 | MD | VD左、VD左 | |||||
| 活2+活4+活5 | ME | VE左、VE左 | |||||
表四 集中荷载修正系数η
| 荷 载 情 况 | 截 面 | |||||
| A | Ⅰ | B | Ⅱ | C | Ⅲ | |
| 当在跨中中点处作用一个集中荷载时 | 1.5 | 2.2 | 1.5 | 2.7 | 1.6 | 2.7 |
| 当在跨中三分点处作用两个集中荷载时 | 2.7 | 3.0 | 2.7 | 3.0 | 2.9 | 3.0 |
| 当在跨中四分点处作用三个集中荷载时 | 3.8 | 4.1 | 3.8 | 4.5 | 4.0 | 4.8 |
M2=(g+q)LO 2/16 = 26.845×7.22/16 = 86.78 KN·m
MC= -(g+q)LO2/14 = -26.845×7.22/14 = -99.40 KN·m
剪力设计 VA=0.45(g+q)Ln1=0.45×26.845×7.35=88.79 KN
VB1 =0.60(g+q)Ln1=0.60×26.845×7.35=118.39 KN
VBr=0.55(g+q)Ln1=0.55×26.845×7.2=106.31 KN
Vc=0.55(g+q)Ln1=0.55×26.845×7.2=106.31 KN
⑷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
=l/3=6300/3=2100mm, 除支座B截面纵向钢筋按两排布置外,其余截面均布置一排。
C25混凝土, =1.0, =11.9 KN/,=1.27 KN/,纵向钢筋采用HRB335级钢, =300 KN/,箍筋采用HPB235级钢, =210 KN/, 经判断跨内截面均属于第一类T形截面。正截面承载力计算如下:
表五 次梁正截面受弯承载力计算
| 截 面 | 1 | B | 2 | C |
| 弯矩设计值(kN·mm) | 131.84 | -131.84 | 86.98 | -99.40 |
| αs = M/α1 fcb h02 或 αs = M/α1 fcb’f h02 | =0.0244 | =0.22 | =0.016 | =0.1545 |
| ξ= 1- | 0.025 | 0.2<0.35 | 0.016 | 0.169<0.35 |
| AS=ζbhoa1fc/fy或 AS=ζb’f hoa1fc/fy | 968 | 1152 | 620 | 779 |
| 选配钢筋(mm2) | 2ф20+1ф22(弯)=1008 | 左 3ф20+1ф22(弯) =1321 右3ф20+1ф20(弯)=1125 | 2ф16+1ф20(弯) =716 | 3ф20(弯1) =941 |
②斜截面受剪承载力计算包括:截面尺寸的复核,腹筋计算和最小配筋率验算。
验算截面尺寸:
=-=440-80=360mm,因==1.8<4,截面尺寸按下式验算:
0.25=0.25×1.0×11.9×200×440=N>=118.93KN
故截面尺寸满足要求。
0.7=0.7×1.27×200×440=78.23KN<=88.79KN,故各截面应按配置腹筋计算。
采用6双肢箍筋,计算支支座B左侧截面。由Vcs=0.7ftbho+1.25fyvho,可得到箍筋间距
S===161 mm
调幅后受剪承载力应加强,梁局部范围内将计算和箍筋面积增加20% 或箍筋间距减小20% 。现调整箍筋间距,S=0.8×161=128.8,最后取箍筋间距S=100 mm。为方便施工,沿梁长不变。验算配箍率下限值:
弯矩调幅时要求和配箍率下限为:0.3=0.3×=0.18% ,实际配箍率===0.283%>0.18% ,满足要求。
5、主梁设计
主梁按弹性方法设计
1荷载设计值
为简化计算,将主梁自重等效为集中荷载
次梁传来的恒荷载 11.83×7.5=88.73KN
主梁自重(含粉刷) [(0.65-0.08)×0.3×2.1×25+0.02(0.65-0.08)×2×2.1×17]×1.2=11.75KN
恒荷载 G=88.73+11.75=100.48KN, 取G=100KN
活荷载 Q=15.015×7.5=112.614KN 取Q=113KN
⑵计算简图:
主梁按连续梁计算,端部支承在砖墙上,支承长度370mm,中间支承在350mm×350mm柱上,其计算跨度 :
Ln=6300-200-120=5980mm,因0.025 Ln=149. 5mm<=185mm
取 Lo=1.025 Ln+=1.025×5980+=6304.5mm,近似取Lo =6310mm
主梁的计算简图见图五。
因跨度相差不超过10%,故可利用表六计算内力
表六 两 跨 梁
| 荷 载 图 | 跨内最大弯矩 | 支座弯矩 | 剪 力 | |||
| M1 | M2 | MB | VA | VB左 VB右 | VC | |
| 0.070 | 0.0703 | -0.125 | 0.375 | -0.625 0.625 | -0.375 | |
| 0.096 | - | -0.063 | 0.437 | -0.563 0.063 | 0.063 | |
| 0.156 | 0.156 | -0.188 | 0.312 | -0.688 0.688 | -0.312 | |
| 0.203 | - | -0.094 | 0.406 | -0.594 0.094 | 0.094 | |
| 0.222 | 0.222 | -0.333 | 0.667 | -1.333 1.333 | -0.667 | |
| 0.278 | - | -0.167 | 0.833 | -1.167 0.167 | 0.167 | |
1弯矩设计值
弯矩M=k1GLO+ k2QLO 式中系数k1 、k2由附表六查得:
M1,max = 0.222× 100×6.31+0.278×113×6.31 = 338.30KN·m
MB,max = -0.333× 100×6.31+(-0.167)×113×6.31 = -329.20KN·m
M2,max = 0.222× 100×6.31 = 140.08KN·m
2剪力设计值
剪力V=k3GLO+ k4QLO 式中系数k3 、k4由附表六查得:
VA,max =0.667× 100+0.833×113 = 160.83KN
VBl,max =-0-1.333× 100-1.167×113=-265.17KN
VBr,max =1.333× 100+0.167×113 = 152.17KN
③弯矩、剪力包络图
弯矩包络图:
a.第一跨有活荷载,第二跨没有活荷载
MB = -0.333× 100×6.31+(-0.167)×113×6.31 = -329.20KN·m
在第一跨内以支支座弯矩MA=0,MB=-329.20KN·m的连线为基线,作G=100KN,Q=113 KN的简支梁弯矩图,得第一个集中荷载和第二个集中荷载作用点处弯矩值分别为:
(G+Q)LO + MA/3 =(100+113)×6.31-
= 448.01-109.73 = 338.28 KN·m (与前面计算的M1,max =338.30 KN·m相近)
(G+Q)LO + 2MB/3 =(100+113)×6.31- = 228.54 KN·m
在第二跨内以支支座弯矩,MB=-329.20 KN·m ,MC=0 KN·m的连线为基线,作G=100KN,Q=0KN的简支梁弯矩图,得集中荷载作用点处弯矩值为:
GLO + MB =×100×6.31-329.20 = -118.87KN·m
b.第二跨有活荷载,第一跨没有活荷载
MB = -0.333× 100×6.31+(-0.167)×113×6.31 = -329.20KN·m
在第二跨两个集中荷载作用点处弯矩设计值分别为:
(G+Q)LO + MA/3 =(100+113)×6.31- = 338.28 KN·m
(G+Q)LO + 2MB/3 =(100+113)×6.31- = 228.54KN·m
弯矩包络图如图六(a)所示。
第一跨与第二跨情况相似,关于B点对称,则:
VA,max=160.83KN,过第一个集中荷载后为160.83-100-113=-52.17KN,过第二个集中荷载后为-52.17-100-113=-265.17KN。剪力包络图如图六(b)所示。
4承载力计算
a.正截面受弯承载力
跨内按T形截面计算,因b’f/ho=80/565=0.14>0.1,翼缘计算宽度按L/3=7.5/3=2.5m,取b’f=2.5m,
B支座边和弯矩设计值MB = MBmax - VO= -329.20+200×0.4×2=- 2.20。纵向受力钢筋除B支座截面为两排外,其余均为一排。跨内截面经判别都属于第一类T形截面。下截面受弯承载力和计算过程列于表六。
表六 主梁正截面承载力计算
| 截 面 | 1 | B |
| 弯矩设计值(kN·mm) | 335.62 | -326.59 |
| αs = M/α1 fcb h02 | =0.039 | =0.302 |
| = | 0.980 | 0.815 |
| AS= M/γsfyho | 1951 | 2429 |
| 选配钢筋(mm2) | 5ф25(弯3) AS =2454 | 2ф25+1ф22+3ф22 AS =2502 |
主梁纵向钢筋的弯起和切断按弯矩包络图确定。
b.斜截面受剪承载力
验算截面尺寸:
Hw=ho-h’f530-80=450 mm,因hw/b=450/300=1.5<4,截面尺寸按下式验算:
0.25=0.25×1.0×11.9×300×530=N>=160.83KN,
故截面尺寸满足要求。
0.7=0.7×1.27×300×530=141.351KN<=160.83KN,故各截面应按计算配置腹筋。
计算所需腹筋:
采用双肢箍筋,
VCS=0.7+1.25
=0.7×1.27×300×530+1.25×210××530=211.33KN
VA,max=160.83KN<VCS ,VBr,max= 152.17KN<VCS ,VBl,max =-265.17KN>VCS ,知支座B截面左边尚需配置弯起钢筋,弯起钢筋所需面积(弯起角取=45。)
Asb=(VBL,max-Vcs)/0.8fysinas==317.30 mm2
主梁剪力图呈矩形,在B截面左边的2.5 m范围内需布置三排弯起筋才能覆盖此最大剪力区段,现分三批弯起第一跨跨中的ф22钢筋,Asb=380 mm2<317.30 mm2.。
验算最小配箍率:
===0.168%>0.24=0.126%满足要求。
次梁两侧附加横向钢筋的计算:
次梁传来和集中力Fl=88.73+112.61=201.34KN,h1=600-500=100 mm,附加箍筋布置范围s=2h1+3b=2×100+3×200=800 mm。取附加箍筋双肢,则在长度S内可布置附加箍筋的排数,m=800/200+1=5排,取6排,次梁两侧各布置3排。另加吊筋1ф18,Asb = 254.5 mm2,则:
2fyAsbsina + m·nfyvAsv1
=2×300×254.5×0.707+5×2×210×50.3=213.5KN>Fl,满足要求。
因主梁的腹板高度大于450 mm,需在梁侧设置纵向构造钢筋,每侧纵向构造钢筋的截面面积不小于腹板面积 的0.1%,且其间距不大于200 mm。现每侧配置2Φ14,308/(300×570)=0.18%>0.1%,满足要求。
