第十四章 水工钢筋混凝土结构课程设计
14．1肋形楼盖设计参考资料
14．1．1 概述
肋形结构是土木工程中应用非常广泛的一种结构形式。它常用于钢筋混凝土楼盖、屋盖，也用于地下室基础底板，挡土墙面板，桥梁上部结构，储水池的池顶、池底等结构。
楼盖是房屋建筑的重要组成部分，常用的楼盖大多采用钢筋混凝土结构。按施工方法可将楼盖分为：现浇楼盖、装配式楼盖及装配整体式楼盖。现浇楼盖整体性好，结构布置灵活。按梁板的布置，现浇楼盖又可分为：肋形楼盖、无梁楼盖、双重井式楼盖及密肋楼盖等。
肋形楼盖是现浇楼盖中使用最普遍的一种。肋形楼盖由板、次梁和主梁(有时没有次梁)组成，三者整体相连。肋形楼盖的特点是用钢量较少，楼板上留洞方便，但支模较复杂。
14．1．2结构布置
结构布置要求如下。
(1)承重墙、柱网和梁格的布置首先要满足使用要求。如厂房设备布置、工艺要求等。
(2)在满足使用要求的基础上，梁格布置尽量求得经济和技术上的合理。
1)由于板的面积较大，为节省材料，降低造价，在保证安全的前提下，尽量采用板厚较小的楼板。
2)应尽量避免重大的集中荷载直接作用在板上，一般大型设备应直接由梁来承受。在大的孔洞边宜布置支承梁，另外隔墙下也宜布置梁。
3)梁格布置力求规整，梁系尽可能连续贯通，板厚和梁的截面尺寸尽可能统一。
4)为了提高建筑物的横向刚度，主梁宜沿建筑物的横向布置(主梁和柱可构成整体性较好的框架体系)。
主梁沿房屋横向布置时，房屋横向刚度较大。由于主梁搁置在纵墙的窗间墙上，因而便于开大窗，对室内采光有利，但天花板采光不均匀且不利于集中通风。当横向柱距大于纵向柱距较多时，主梁也可沿房屋纵向布置。这样，虽然房屋横向刚度小，不利于室内采光，但天花板采光较为均匀，有利于集中通风，可减小房屋净高。
5)在混合结构中，梁的支承点应避开门窗洞口。
6)在单向板肋形结构中，板的跨度常布置为1．7～2．5m，次梁的跨度以4～6m为宜，主梁的跨度以5～8m为宜。一般双向板的跨度(短向跨度)可布置为5m左右。
14．1．3 材料的选用和粱板截面尺寸初步选定
1．材料选用
混凝土：C20或C25。
钢筋：梁内纵向受力钢筋采用HRB400或HRB335钢筋，板内纵向受力钢筋采用HRB335钢筋，其他钢筋可采用HPB235钢筋。
2．板、梁截面尺寸的初步选定
(1)板：在一般建筑中，板的厚度为80～120mm；水电站厂房发电机层的楼板，板厚常采用120～200mm。单向板的最小板厚：屋面板60mm，民用建筑楼板70mm，工业建筑楼板80mm。双向板的厚度一般为80～160mm。按照刚度要求，楼板厚度取值见表14-1。
14．1．4单向板肋形楼盖设计要点
1．计算简图
板是以边墙和次梁为铰支座的多跨连续板。次梁是以边墙和主梁为铰支座的多跨连续梁。主梁的中间支座是柱，当主梁的线刚度与柱的线刚度之比大于5时，可把主梁看作是以边墙和柱为铰支座的连续梁，否则应作为刚架进行计算。对于五跨和五跨以内的连续梁(板)，计算跨数按实际跨数考虑；对于五跨以上的连续梁(板)，当跨度相差不超过10％，且各跨截面尺寸及荷载相同时，可近似按五跨等跨连续梁(板)计算。中间各跨内力，取与第三跨一样。
当按弹性方法计算内力设计值时，计算弯矩用的计算跨度l0一般取支座中心线间的距离lc；当支座宽度b较大时，按下列数值采用：
对于板，当b＞0．1lc时，取l0=1．1ln；对于梁，当b＞0．05lc时，取l0=1．05ln。其中，ln为净跨度；b为支座宽度。
当按塑性方法计算内力设计值时，计算弯矩用的计算跨度l0按下列数值采用：
对于板，当两端与梁整体连接时，取l0=ln；当两端搁支在墩墙上时，取l0=ln+h，且l0≤lc；当一端与梁整体连接，另一端搁支在墙上时，取l0=ln+h／2，且l0≤ln+a／2。其中，h为板厚；a为板在墩墙上的搁置宽度。
对于梁，当两端与梁或柱整体连接时，取l0=ln；当两端搁支在墙上时，取l0=1．05ln，且l0≤lc；当一端与梁或柱整体连接，另一端搁支在墙上时，取l0=1．025ln，且l0≤ln+a／2。
计算剪力时，计算跨度取为ln。
板和梁上荷载一般有永久荷载和可变荷载两种。设计时应考虑可变荷载的最不利布置方式。主梁以承受集中荷载为主，为简化计算，可将主梁自重也简化为集中荷载。
当按弹性方法计算内力时，将板与次梁的中间支座均简化为铰支座，没有考虑次梁对板、主梁对次梁的转动约束能力。其效果是把板、次梁的弯矩值算大了。设计中常用调整荷载的办法来近似考虑次梁(或主梁)抗扭刚度对连续板(或次梁)内力的有利影响，以调整后的折算荷载代替实际作用的荷载进行最不利组合及内力计算。折算荷载见表14-3。
2．按弹性理论计算连续梁、板内力
对于承受均布荷载的等跨连续梁(板)和承受固定的或移动的集中荷载的等跨连续梁，其内力可利用图表进行计算(计算方法见教材)。计算出永久荷载作用下内力和各可变荷载最不利布置情况下内力后，可绘出连续梁的内力包络图。对于承受均布荷载的等跨连续梁，也可利用教材附录9的表格直接绘出弯矩包络图；对于承受集中荷载的等跨连续梁，也可利用教材附录8的影响线系数表绘制。连续板一般不需绘制内力包络图。
与支座整体浇筑的梁、板，最危险的截面是在支座边缘，所以应按支座边缘处的内力进行设计。
3．考虑塑性变形内力重分布方法计算连续板、次梁内力
计算方法见教材。
主梁是结构的主要承重构件，一般不宜采用考虑塑性变形内力重分布的方法计算内力。
4．连续梁板的截面设计
(1)楼板。计算出板各跨中及各支座截面弯矩后，按宽度b=1m的单筋矩形截面进行正截面承载力计算(若按考虑塑性变形内力重分布方法计算内力，设计时应满足x≤0．35h0)。当单向连续板的周边与钢筋混凝土梁整体连接时，除边跨跨内和第一内支座外，各中间跨中和支座的弯矩值均可减少20％。
楼板一般能满足斜截面受剪承载力要求，不必进行斜截面承载力计算。
(2)次梁。等跨或接近等跨的多跨连续次梁，跨中截面按T形截面梁进行正截面承载力计算。支座截面按b×h的矩形截面梁进行计算(在考虑塑性变形内力重分布方法计算内力时，跨中和支座截面必须满足x≤0．35h0)。
通常次梁的剪力不大，配置一定数量的箍筋即可满足斜截面承载力要求，故一般仅需进行箍筋计算。
(3)主梁。主梁的正截面受弯承载力计算同次梁。由于在主梁支座(柱)处板、次梁和主梁的钢筋重叠交错，主梁负筋位于次梁和板的负筋之下，故截面有效高度在支座处减小。当钢筋单层布置时h0=h—60mm；双层布置时h0=h—80mm。
主梁承受集中荷载，剪力图呈矩形。如果在斜截面承载力计算中，要利用弯起钢筋抵抗部分剪力，则应考虑跨中有足够根数的钢筋可供弯起。若跨中钢筋可供弯起的根数不够，则应在支座设置专门抗剪的吊筋。
5．连续梁、板的构造要求
(1)楼板。板的支承长度应满足其受力筋在支座内的锚固要求，且一般不小于板厚，当板搁支在砖墙上时，不小于120mm。
楼板中纵向受力钢筋一般采用HRB335钢筋，常用直径为6mm、8mm、10mm，最小间距为70mm，最大间距可取200mm。
楼板的跨中受力筋可弯起1／2～1／3(最多不超过2／3)到支座上部以承担负弯矩，弯起角度一般为30。，当板厚h>120mm时可采用45。。
连续板的配筋形式有两种：弯起式和分离式。对于承受均布荷载的等跨连续板，钢筋布置(确定弯起点和切断点)可按构造要求处理。详见教材图9-20(弯起式)或图9-21(分离式)。
楼板中的构造钢筋有：分布钢筋、嵌入墙内的板面附加钢筋、垂直于主梁的板面附加钢筋。具体规定见教材图9-22和图9-23。
(2)次梁。多跨连续次梁的一般构造，如截面尺寸，受力钢筋直径、净距、根数与层数，箍筋、弯起钢筋、架立筋、钢筋的锚固等与单跨梁要求基本相同。梁中受力钢筋的弯起与切断，原则上应按弯矩包络图确定。对于跨度相差不超过20％，承受均布荷载的次梁，当可变荷载与永久荷载之比不大于3时可按构造图14-1和图14-2进行布置。
(3)主梁。主梁纵向受力钢筋的弯起与切断，应根据弯矩包络图和剪力包络图来确定。通过绘制抵抗弯矩图来校核纵筋弯起位置是否合适，并确定支座顶面受力钢筋的切断位置。
主次梁交接处应设置附加横向钢筋，计算方法和构造规定详见教材。
14．2水闸工作桥设计参考资料
14．2．1概述
在水闸的闸孔上往往要架设工作桥，以满足安置闸门启闭机和供工作人员进行操作的需要。工作桥专为启闭闸门而设，平时不供给车辆和行人交通之用，因而工作桥一般与公路桥(交通桥)分开设置。工作桥大多支承于闸墩顶的钢筋混凝土刚架上(图14-3、图14-4)。它的位置常相应地放在闸门上面。工作桥的高程主要取决于所采用的闸门和启闭机形式、闸门高度及启门方式。最好使闸门开启后，门底高于上游最高水位，以免阻碍过闸水流。对于一般平面闸门，采用固定启闭机时，由于闸门开启后悬挂的需要，工作桥的横梁底部高程应在闸底板以上2倍闸门高度，再加上1．0～1．5m的富裕高度。为满足闸门检修的需要，一般要求闸门能提出闸墩，而且闸门底距离闸墩顶应至少有0．5m的空间。在地震区应当注意尽量降低工作桥高程，以减小地震影响。
工作桥的结构形式可视水闸的规模而定。为了使闸门开启后在桥下有较大的净空，工作桥通常采用梁式桥的形式。多孔水闸的工作桥如位置不是很高，模板架设方便，可采用现场浇筑的方式，以利于整体性。如工作桥位置较高，架设模板不够方便，常做成每孔单跨简支梁式桥，在工地平地预制；如果水闸较大，工地吊装能力有限，工作桥可做成装配式结构，每孔工作桥沿纵向划分成两个装配单元(两根纵梁)，横梁和面板均分成两半做成悬臂式，拼装后再加以可靠的刚性联结，如图14-5所示。为了保证工作桥在启闭闸门时的整体刚度和能承受振动荷载，应特别注意两个装配单元之间的拼装联结；在吊装能力许可时，尽可能不划分装配单元，做成每孔工作桥整体预制，如图14-6所示。
工作桥设计时除必须保证它的承载力外，还应限制变形，以免启闭闸门时受到破坏或产生过大的变形而影响闸门的启闭。在必要时应限制其裂缝的开展。
工作桥的混凝土强度等级不应低于C25。工作桥、刚架及梁的纵向受力筋可用HRB400或HRB335钢筋，板的纵向受力钢筋可用HRB335钢筋，梁、柱箍筋、板的分布钢筋及其他构造钢筋可用HRB335钢筋，也可用HPB235钢筋。
14．2．2工作桥的结构布置和尺寸
工作桥的结构布置与采用的启闭机型式有关。常用的绳鼓式启闭机(即卷扬式启闭机)主要由电动机、减速箱、传动轴和绳鼓组成。绳鼓固定在传动轴上，绳鼓上回绕钢丝绳，并穿过桥面板的孔洞连接在闸门吊点上。启闭闸门时，通过电动机、减速箱和传动轴使绳鼓转动，带动闸门升降。在这种启闭机上还设有手摇箱，供停电或电气设备发生故障时人力启闭。图14-7为2×160kN绳鼓式QPQ型启闭机的示意图和主要尺寸；图14-8为其地脚螺栓位置示意图和机座尺寸，图中Q1～Q4为启闭机传给各地脚螺栓的作用力(包括启门力)，均为设计值。
工作桥面板所受荷载不大，其厚度常做得较薄。启闭机重量和全部启门力由纵梁和横梁来承担，并依据预埋在混凝土机墩(在纵、横梁上浇筑)内的机座地脚螺栓位置以及闸门的吊点位置等布置工作桥的纵、横梁。
图14～9为绳鼓式QPQ型启闭机工作桥结构布置简图。
横梁的设置决定于启闭机位置。如采用绳鼓式QPQ型启闭机，则将绳鼓安置在桥跨两端，因而在桥跨两端各需布置一对横梁(图14-9)。横梁轴线最好与地脚螺栓排列的轴线相一致，以改善受力条件。当闸门吊点中心距离比较大时，在桥跨中部也可考虑增设一根横梁作为联系梁之用。
确定绳鼓式启闭机的绳鼓位置时，可将机座尺寸图所示的吊孔(开孔)中心点对准闸门的吊点，使吊绳中心线位于垂直方向。由机座平面尺寸，即可决定绳鼓的正确位置。如设有手摇装置，则在布置时要求手摇柄与相邻闸孔的绳鼓之间留有适当距离。若不能满足此要求时，可配合闸门设计改变闸门吊点位置(减小吊点中心距离，即闸门横梁位置应加以调整)，再重新布置启闭机位置。当启闭机的绳鼓位置决定后，便能相应地定出横梁的位置。
在预制工作桥纵、横梁时，常因启闭机未到货而不能决定预埋地脚螺栓的正确位置，或因启闭机高度较小，以致直接安装在纵、横梁上而形成操作不便(如手摇柄转轴的位置低于桥面以上900～1000mm)，所以往往待工作桥吊装后，将预先埋在纵横梁的竖向钢筋板直，浇筑机墩混凝土，再根据已到货的启闭机机座螺栓孔的位置预埋机座地脚螺栓，以便在机墩上安装启闭机。
工作桥纵梁承受整个桥跨包括启门力在内的全部荷载，因此截面尺寸比较大。初步拟订尺寸时，梁高一般取为跨度的1／8～1／10，梁肋宽度为梁高的1／2～1／3，但不小于200～250 mm，一般为250～400mm。纵梁翼缘的厚度在悬臂端部常用100mm，在悬臂根部梁肋处则加厚为150～200mm。悬臂伸出长度小于700mm时可以不做挑梁。横梁高度可取为纵梁高度的2／3～3／4，常用350～500mm；横梁宽度常取200～250mm。
为了减小纵梁吊装重量，可将两根纵梁之间的翼缘(桥面板)做成可拆卸的活动铺板，简支在纵梁上，活动铺板顶面须与纵梁顶面平齐。铺板常用钢筋混凝土实心板，其宽度(沿桥跨方向)主要视运输和安装设备的能力以及横梁布置的具体情况而定，板宽的变化幅度为400～1000mm，其长度为两纵梁的净距加上每边80～100mm的支承宽度。为了便于安装，铺板的实际宽度应比设计宽度减小10mm；实际长度应比设计长度减小20mm。铺板的厚度一般取为80～100mm。工作桥的桥面宽度应满足安置启闭机和管理运用上的要求。桥面总宽度常在2．5～4．5m之间变化。如2×80kN绳鼓式QPQ型启闭机，机墩所占宽度为1．26m，加上两边操作宽度1．5～2．0m，则桥面净宽2．76～3．26m，再加两边栏杆占用的宽度各为0．2m，桥面总宽则为3．16～3．66m，因此桥面总宽度采用3．2～3．7m左右。
工作桥上应设置栏杆及照明设备，以便管理人员安全操作。栏杆在纵梁接缝处应分开设置，其高度为1．1～1．2 m，可采用镀锌或不锈钢管。灯柱设置间距为2 0～25m左右。
栏杆和灯柱可参考图14-10、图14-11。
14．2．3工作桥的计算和配筋
1．面板
桥面板荷载除板的自重和栏杆重外，还受到桥面活荷载以及安装或检修启闭机时放置启闭机部件的集中荷载。面板自重可由结构尺寸确定；每边栏杆重取为1．5kN／m；桥面活荷载可取4．0kN／m2；安装或检修荷载可考虑为一个绳鼓(启闭机最重部件)重量，并相应考虑它的着地面积。
活动铺板是以两纵梁为支座的单跨简支板。由铺板跨中的最大弯矩，按单筋受弯构件正截面承载力计算决定受力钢筋用量。其计算可分为两种情况：
(1)安装或检修启闭机时，板的荷载为板的自重、桥面活荷载(可不计)以及一个绳鼓重量的集中荷载。集中荷载应置于板的跨径中部。
如按计算而得的钢筋面积很小时，应采用最小配筋率配置钢筋。
(2)正常使用时，板上无集中荷载，应计入桥面活荷载。
受力钢筋沿板底布置，并直伸至板端，直径不小于6mm，间距不宜大于200mm。分布钢筋直径常用6～8mm，间距不大于300mm。
若纵梁之间的面板不做成活动铺板而与纵、横梁一起整浇成整体，则可将此部分面板当作直接支承于纵梁的两边支承的单向板(当横梁间距为纵梁间距的3倍以上)计算，或当作支承于纵、横梁上的四边支承双向板(当横梁间距不超过纵梁间距3倍)计算。对于单向板，当集中荷载置于板跨中部时，除了直接承受荷载的板带外，每边不小于l0／6的相邻板带也参加工作，见图14-12(a)，此时承受集中荷载的板带工作宽度常取为：b=a+l0／3(但不小于2／3l0)，其中a为绳鼓着地宽度，l0为板的计算跨度。面板是以纵梁梁肋为支承的单跨板。其支承既非自由支承又非完全固定，而属弹性支承。为了简化内力计算，工程实用上近似地取：跨中弯矩可按简支板跨中弯矩的0．7倍计算，支座弯矩可按简支板跨中弯矩的0．5倍计算。计算时，荷载按其所在位置的板带工作宽度分布，注意所得弯矩值应除以板带的工作宽度以换算为相应于每米宽的板带的弯矩值。
计算四边支承双向板承受集中荷载如图14-11(b)的弯矩时，每米板宽的弯矩值可查有关结构计算手册。
挑出纵梁以外部分按悬臂板计算。沿桥跨方向取1m宽的板带由根部的最大弯矩计算板的钢筋用量。其计算亦分为两种情况：①安装检修启闭机时；②正常使用时。对前一种情况，当板上作用有安装或检修的集中荷载，可不计桥面活荷载，板上作用的荷载P1为栏杆荷载，P为安装或检修的集中荷载，g1、g2为面板自重荷载(图14-13)。按受弯构件配筋计算。
计算时应根据绳鼓着地面积(设着地宽度每边为a)将集中荷载P放置在可能离纵梁最远的地方，如图14-12(c)所示，取c值(集中荷载至悬臂根部的距离)为可能最大值。则集中荷载P对悬臂根部的弯矩值为Pc，由宽度b=a+2c的板带承受，所以每米宽的板带上弯矩为Pc／(a+2c)。
悬臂板中的受力钢筋布置在板顶面，每米不少于5根8mm的钢筋，其间距最好与纵梁箍筋间距相协调，直径可用两种；分布钢筋直径不应小于6mm，间距不大于300mm。
应当指出，桥面板的配筋往往以安装检修时集中荷载为依据，使用时的均布荷载影响较小，仅为复核性质。桥面板的斜截面承载力可不必计算。
2．横梁
设计横梁时，只需设计绳鼓下面的横梁，位于桥跨中部仅起联系纵梁作用的横梁，所受外力很小无需计算。
绳鼓下面的横梁的荷载，除自重和机墩重量外，还受到启闭机机座的地脚螺栓传来的作用力(包括启闭机重量和启门力，见图14-8)。前两项荷载可由结构尺寸估计，后一项作用力可按启闭机的型号决定。若在布置上将启闭机机座地脚螺栓设置于两根纵梁内，则横梁就不承受后一项作用力。
横梁以两根纵梁为支座，计算跨度取为梁肋中线之间的距离，横梁两端实际为半固定状态，为简化计算起见，横梁的跨中弯矩可按简支梁跨中弯矩的0．7倍计算，支座弯矩可按简支梁跨中弯矩的0．5倍计算。根据跨中与支座的弯矩值，分别确定跨中及支座的钢筋用量。当计算出受力钢筋面积很小时，可在梁顶和梁底分别配置两根直径不小于12mm的直钢筋。一般情况，横梁不必按计算配置抗剪钢筋，可按构造要求配置直径6mm或8mm间距150～200mm的双肢箍筋。
3．纵粱
作用在纵梁上的荷载可分为两部分：
(1)永久荷载。包括纵梁自重、栏杆重、桥面板重以及由横梁传给它的集中荷载。前三项可以合并成一项均布永久荷载g，以kN／m计；后一项为横梁自重、机墩重以及启闭机重量(通过地脚螺栓)传递给纵梁的集中荷载G1和G2，以kN计。若在桥跨中部设横梁，则还有传递给纵梁的集中荷载G3。
(2)可变荷载。包括两项：一是由横梁传递给纵梁或者由启闭机机座(通过地脚螺栓)直接作用在纵梁上的集中启门力P1和P2，以kN计；二是桥面活荷载p，以kN／m计，可由荷载强度(取为4．0kN／m2)以及活荷载活动宽度计算得出。
根据启门力分布情况，为安全起见，取两根纵梁中受力大的一根纵梁进行计算，然后，两根纵梁配置同样数量的钢筋。纵梁是以刚架的柱顶为支座的单跨简支梁。弯矩计算跨度取为两支座中心间距，即l0=ln+a≤1．05ln，a为一边的支承宽度，l0为净跨度；剪力计算跨度用净跨度ln。纵梁的计算简图如图14-14所示。
在设计时，先按受弯构件进行正截面承载力计算，确定纵向受力钢筋的用量。同时，还必须进行斜截面承载力计算，确定横向钢筋的用量。此外，尚应验算挠度及裂缝的开展宽度。纵向受力钢筋和横向钢筋的布置，应符合有关梁的构造要求。
4．吊装验算
为了便于桥身吊装，需在每根纵梁的两端预埋吊环。吊点位置可设在距端点约0．2l(l为梁的全长)处，以减小吊装高度。在吊装时，吊点截面(发生最大负弯矩和最大剪力)与跨中截面(发生最大正弯矩)均为最不利的受力截面，必须对此进行强度验算。
对于图14-5所示的预制装配式工作桥，为简单起见，可取半个桥身计算。吊装中它所受的荷载为纵梁自重g(均布荷载)和半跨横梁自重G(集中荷载)，铺板与栏杆待工作桥吊装就位后再铺设和安置，因而其重量不予以考虑。计算荷载(包括考虑动力系数1．1～1．3)确定后，按双悬臂简支梁(图14-15)计算其内力。由配置在纵梁内的钢筋，验算跨中和支座两个截面是否满足承载力要求。
对于图14-6所示的预制整体式工作桥，吊装时应取整个桥身计算。
在此应指出，实际工程中吊装构件也有不用吊环，而在构件上预留穿钢丝绳的洞孔，吊装时吊绳穿过洞孔直接捆绑在构件上代替预埋吊环的。
5．吊环计算
吊环不置及起吊方式如图14-16所示。
吊环必须采用HPB235钢筋制作，严禁采用冷加工钢筋。
在构件自重标准值作用下，每个吊环按两个截面计算的吊环应力不应大于50N／mm2(构件自重的动力系数已考虑在内)，即应满足
吊环钢筋直径不宜大于30mm。吊环埋入方向宜与吊索方向基本一致。埋入深度不应小于30d(d为吊环钢筋直径)，钢筋末端应设置180。弯钩，弯钩末端直段长度、钩侧保护层、吊环在构件表面的外露高度以及吊环内直径等尺寸应符合图14-17的要求。吊环应焊接或绑扎在构件的钢筋骨架上。
14．2．4刚架的计算
在多孔水闸中，当闸门比较高时，工作桥可支于闸墩顶的刚架上。刚架由立柱与横梁组成(图14-18)。在现场就地预制成整体，安装时吊立插入闸墩顶部预留的杯形孔内，然后再与闸墩加以联结，如图14-26所示。
刚架高度H小于5m时，常采用单层刚架；刚架高度H在5m以上时，宜采用双层刚架或多层刚架。立柱的中心线一般取与工作桥纵梁中心线相重合。
如图14-18(a)所示，立柱纵向(垂直于水流方向)的截面尺寸b1常为400～600mm；横向(顺水流方向)的截面尺寸h1常用300～500mm。立柱的顶部可加做短悬臂(牛腿)，以增加顶部的支承长度。短悬臂尺寸：长度c≥0．5b1，高度h≥b1，倾角θ=30。～45。。
对于双层刚架或多层刚架，横梁一般等间距布置。横梁的宽度b2不应超过闸墩门槽颈部的厚度(一般中墩门槽颈部的厚度不小于400mm)，最好采用b2=b1(优点在于施工预制方便，当闸门要出槽检修时，只要拆去活动门槽，闸门就可外移)，也有采用b2小于b1的；横梁的高度h2常用300～500mm。
考虑工作桥和刚架预制安装的误差，工作桥纵梁外侧面不宜与立柱外边缘平齐，因此，可将顶横梁端部在顺水流方向挑出100～150mm，如图14-18(b)所示。
必须指出，确定立柱的中心线和截面尺寸时，应当考虑满足杯形孔的杯口壁厚要求(图14-26，特别是在门槽一边)。
刚架的计算可分为横向和纵向两个方向。
1．横向计算
如图14-19所示，刚架在横向是固定于闸墩顶的结构，其计算简图由立柱租横梁轴线所组成，立柱底部一般按固定端考虑。
作用于刚架的荷载有水平荷载和垂直荷载。
水平荷载是指作用于工作桥、立柱和闸门上的风压力。
作用在工作桥上总的风压力T0可按下式计算
T0=ωA=μsμzω0A (14-2)
式中 ω——风压强度，kN／m2；
A——工作桥的受风面积，A=(0．75～0．80)HL，m2，0．75～0．80为实际受风面积系数；
H——纵梁底面至启闭机顶的高度(即纵梁高、机墩高与启闭机高之和，对于QPQ-2×160kN型启闭机，启闭机高见图14-7)，m；
L——工作桥跨中至跨中的距离，m。
式(14-2)中风压体型系数μs，风压高度变化系数μz和基本风压值ω0可按有关荷载规范查取。在此，建议取μs=1．3和μz=0．9。
作用在刚架立柱上的风压力，其计算公式与式(14-2)相同，但式中A取为立柱在垂直于水流方向的受风面积。
如闸门提升到最高位置后靠于立柱上，则立柱还受到闸门传来的风压力，计算公式亦同式14-2，但式中A取为闸门的受风面积。
为便于刚架的内力计算，可将作用在工作桥、立柱和闸门上的风压力化为节点荷载T1、T2，如图14-19(b)所示。T1等于工作桥的风压力T0和节点1下半柱范围内的风压力之和，T2的计算和T1相类似。
垂直荷载包括：①工作桥纵梁传来的压力P和P'；②作用在工作桥上的风压力通过纵梁支座在立柱顶形成等量反对称的力P''，它等于工作桥上的总风压力对顶横梁中心取矩再除以两立柱轴线距离；③刚架自重，计算中可化为节点荷载P1和P2，如图14-19(b)所示左边的P2等于图14-19(a)绘有阴影线部分的立柱和横梁重量之和，P1可按P2类似方法计算。
必须指出，上述刚架荷载需考虑加以组合，以求最不利的内力。刚架受力最为不利的情况是闸门开启到最高位置，并且在工作桥上无桥面活荷载。
垂直的节点荷载P、P'、P''、P1、P2只使立柱产生轴向力，对刚架不引起弯矩。
水平的荷载T1和T2可分为反对称[图14-20(a)]、和对称[图14-20(b)]两组荷载。对称荷载只引起横梁轴力；反对称荷载使整个刚架产生弯矩、剪力和轴力，其计算可用结构力学方法。
刚架的内力图(弯矩图和轴力图)如图14-20(c)、(d)所示。
立柱和横梁的剪力一般不大，可不必计算。
对于单层刚架的内力，可查有关手册进行计算。
刚架内力求出后，立柱可选择Mmax和相应的N，Nmax和相应的M，Nmin和相应的M等截面，按偏心受压构件进行配筋计算。由于风向是可变的，所以立柱在横向应当采用对称配筋，而且立柱中钢筋上下可全部直通，刚架横向每一层立柱的计算长度为两横梁轴线之间的距离，即取L。
横梁为偏心受压构件。当横梁的轴向压力较小时，可不考虑轴压力影响，按受弯构件进行配筋计算。
刚架中横梁和立柱的配筋构造要求与一般的梁和柱一样，节点构造可参阅刚架节点的构造。
2．纵向计算
立柱在纵向可视为独立的柱，所受荷载有立柱自重、横梁重和工作桥纵梁传来的压力，可按三角形分布考虑，如图14-18(a)所示。对于中墩上的立柱，计算纵梁传来的作用力和确定立柱的受力状态时，需考虑相邻两孔闸门的开启方式。
(1)一孔闸门刚开启，另一孔未开启，此时相邻两孔纵梁传来的压力不相等，如图14-18(a)所示，显然，立柱受有较大的偏心压力，应按偏心受压构件计算。必须注意：荷载计算时，未开启的一孔不考虑桥面活荷载。
(2)两孔闸门同时开启，此时相邻两孔纵梁传来的压力相等，则立柱受有较大的轴向压力，应按轴心受压构件计算。
当边孔闸门刚开启时，边墩上的立柱受有较大的偏心荷载，、应按偏心受压构件计算。
在纵向计算中，可以不考虑风荷载对立柱的作用。
考虑纵向弯曲时，立柱可视为下端固定，上端工作桥纵梁对它有一定的支承作用，建议取柱的计算长度l0=1．5H(H为刚架高度)。
中墩立柱受到相邻两孔纵梁传来的压力，可能是墩左一孔闸门开启，墩右一孔未开启，也可能是与前项相反。因此，中墩立柱应设计成对称配筋。
纵向计算中还需考虑施工期的验算。当一跨工作桥已吊装完毕，相邻一跨尚未吊装，刚架受到如图14-21所示的偏心荷载P，包括半跨工作桥自重和施工荷载，其中施工荷载可按6kN／m2考虑，作用于整个桥面上，此时立柱应按对称配筋的偏心受压构件验算。
应当指出，立柱还有一种受力状态，即一孔闸门开启，另一孔闸门关闭。在闸门开启的一孔，立柱受到闸门传来的风压力，在闸门关闭的一孔无风压力作用。此时立柱两边纵梁传来的压力也不相等。所以立柱还应当按双向偏心受压构件复核其强度(本设计从略)。
3．吊装验算
装配式刚架是平放在地面上预制的，在吊装中，刚架一端刚离开地面时，刚架受力最不利，应对此进行验算。总高度H在15m以内的刚架，常用两点吊(图14-22)，其吊点位置设在立柱和横梁相交的节点附近，并宜使立柱承受的正负弯矩相等或接近相等，以充分发挥材料的受力作用。
当刚架刚起吊时，吊点为刚架的一个支点，刚架的下端贴地亦为一个支点。两点吊时刚架为带悬臂的简支梁，可取半个刚架计算。所受荷载为立柱自重g和半跨横梁自重P，计算中需考虑1．1～1．3的动力系数。根据在刚架纵向计算时已配置的钢筋，按受弯构件验算跨中和支座两个截面是否能够满足强度要求。
14．2．5工作桥及其支承的若干构造
1．工作桥横梁的联结
当工作桥是由沿纵向分开的两个装配单元组成时，其横向联结最好采用刚性联结，使接头牢固可靠。这样，工作桥才能具有较好的整体稳定性和整体刚度，以保证闸门的正常启闭，并有利于抗震。
如图14-23(a)所示工作桥，为了便于拼接，预制时应将钢板埋在横梁接头处，待拼装好后再将联结钢板贴焊在预埋的钢板上，然后用水泥砂浆灌满缝隙，并用水泥砂浆抹平接缝处的凹槽如图14-23(b)所示，以避免钢板外露。面板纵向缝隙可用改性沥青油毡充填。
2．工作桥纵梁支座的构造
设计装配式工作桥应处理好支座的构造，特别是地震区水闸工作桥更为必要。
对大中型水闸的工作桥，应将每跨纵梁一端做成固定支座，另一端做成活动支座。固定支座用来固定桥身位置，通过铰接作用，桥身可以转动但不能移动；活动支座可以保证在温度变化，混凝土收缩和荷载作用下桥身能自由转动和移动。
图14-24是一种比较简单的支座形式，它适用于一般跨径的工作桥中，由于纵梁一端与支承结构以粗钢筋相联结，所以对工作桥抗震也是有利的。
在地震区，为了增强工作桥的抗震能力，防止震落或错位，可在预制刚架顶横梁时做小牛腿，其位置须由纵梁决定(图14-25)。应当注意，在纵梁与小牛腿间应有安装缝隙，工作桥吊装就位后再用沥青砂浆填缝，小牛腿内应配置构造钢筋。
3．刚架立柱与闸墩的联结
立柱所受荷载传给闸墩，因此预制刚架的立柱要与闸墩联结。在地震区，为避免柱根附近遭地震破坏，除柱底截面应有足够强度外，与闸墩的联结要特别加强。
立柱与闸墩的联结常用的有杯形基础联结和榫式联结。下面仅就杯形基础联结(图14-26)阐述其联结构造。
为了安装需要，在闸墩上预留杯形孔，立柱的插入深度h1大体在(1．2～0．8)h(h为立柱截面长边尺寸)。杯口壁厚t随h的不同应不小于150～400mm。h1及t的具体要求详见《建筑地基基础设计规范》。
刚架安装前，先在杯形孔底部垫50mm厚细石混凝土，立柱吊装定位后再用细石混凝土(混凝土强度等级应比闸墩混凝土强度等级高一级)将杯形孔四周浇灌密实。若闸墩杯口四周壁厚t比较大，可在杯口顶部配置8～12mm的构造钢筋，每边两根，否则应按《建筑地基基础设计规范》要求计算配筋。
4．活动门槽与刚架的联结
为了在闸墩以上能支承和移动闸门，可在工作桥的刚架上设置如图14-27所示的活动门槽。它的位置与闸墩门槽一致。活动门槽仅起限位和导向作用，因此受力不大，常用角钢、铸铁及钢筋混凝土制造(如图14-27所示，一节钢筋混凝土活动门槽)。为了便于闸门检修时活动门槽能够拆卸，所以应当采用对销螺栓将左右闸孔一边的活动门槽安装联结在刚架上。为此，通常在活动门槽及刚架上相应地设螺栓孔(图14-28)。
14．3钢筋混凝土单向板整浇肋形楼盖课程设计任务书
14．3．1 设计课题
设计图14-29所示钢筋混凝土单向板整浇肋形楼盖。
14．3．2设计资料
(1)该建筑位于非地震区。
(2)3级水工建筑物，基本荷载组合。
(3)结构环境类别一类。
(4)楼面做法：20mm厚水泥砂浆(重度为20kN／m3)面层，钢筋混凝土现浇板，12mm厚纸筋石灰(重度为17kN／m3)粉底。
(5)楼面可变荷载标准值为4kN／m2。
(6)材料：混凝土采用C25；梁内纵向受力钢筋采用HRB400钢筋，板内纵向受力钢筋采用HRB335钢筋，其他钢筋采用HPB235钢筋。
(7)外墙厚度为370mm，板在墙上的搁置长度为120mm，次梁在墙上的搁置长度为240mm，主梁在墙上的搁置长度为370mm。
(8)钢筋混凝土柱截面尺寸为350mm×350mm。
14．3．3设计内容
1．确定结构布置方案
(1)进行柱网布置；
(2)进行主梁和次梁布置；
(3)确定各构件的截面尺寸。
2．板设计
(1)确定计算简图并进行荷载计算；
(2)内力计算；
(3)正截面配筋计算。
3．次梁设计
(1)确定计算简图并进行荷载计算；
(2)内力计算(弯矩和剪力计算)；
(3)正截面配筋计算；
(4)斜截面配筋计算。
4．主梁设计
(1)确定计算简图并进行荷载计算；
(2)内力计算(弯矩和剪力计算、绘制内力包络图，对于承受三等分集中荷载作用的三跨连续主梁，弯矩和剪力查表14-4进行计算)；
(3)正截面配筋计算；
(4)斜截面配筋计算(绘制抵抗弯矩图)。
5．绘制施工图
(1)结构平面布置和楼板配筋图；
(2)次梁配筋图；
(3)主梁配筋图；
(4)钢筋型式图；
(5)施工说明。
14．3．4设计要求
(1)完成设计计算书一份，用钢笔书写整齐并装订成册。
(2)绘制施工图一张，图幅为2号。用铅笔或墨线绘制，要求布置匀称、比例协调、线条分明、尺寸齐全，文字书写一律采用仿宋字，严格按制图标准作图。
(3)绘图比例：结构平面布置和楼板配筋图为1:100；次梁配筋图为1:50，剖面图为。1:20；主梁配筋图为1:50，剖面图为1:25。
(4)图签可参照图：14-30绘制。
14．4水闸工作桥设计任务书
1．设计课题
某排涝闸上装配式钢筋混凝土工作桥。
2．设计资料
根据初步设计成果，提出设计数据和资料如下：
(1)排涝闸示意图(图14-31)。
(2)工作桥桥面高程31．4m。
(3)闸墩顶高程24．0m。
(4)该闸共五孔，每孔净宽7m。
(5)中墩宽度1m，边墩宽度0．9m。
(6)闸门采用平面闸门，闸门自重200kN。
(7)启闭设备采用五台(每孔一台)绳鼓式QPQ-2×160kN型启闭机，启门力(标准值)320kN。每台启闭机重量(标准值)70kN，启闭机形式及主要尺寸见图14-7和图14-8。
(8)闸门吊点中心位置见图14-8，吊点中心距离4．75m。
(9)设计依据的规范：
《水工混凝土结构设计规范》(SL 191—2008)
(10)荷载：
桥面活荷载标准值4．0kN／m2；
栏杆重标准值1．5kN／m；
安装荷载(最重部件为绳鼓)，每个绳鼓重(标准值)6．54kN(考虑着地面积为350mm×350mm)；
施工荷载标准值6．0kN／m2；
水闸所在地区基本风压ω0=0．4kN／m2(风荷载体型系数μs=1．3，风压高度变化系数μz=0．9)；
钢筋混凝土重力密度25kN／m2；
按教材式(2-31)进行荷载组合设计值计算时，注意启门力属可控制其不超出规定限值的可变荷载。
水闸所在地区地震烈度为6度，可不考虑地震作用，但应注意工作桥纵梁与刚架的节点构造，以增强抗震能力。
(11)吊装机械的最大起重量250kN。
(12)水工建筑物级别3级，基本荷载组合。
(13)结构环境类别二类。
(14)建筑材料：
钢筋：梁柱纵向受力筋为HRB400钢筋，板纵向受力筋为HRB335钢筋，其余为HPB235钢筋。
混凝土：强度等级C25～C30。
3．设计要求
学生应在规定时间内，完成下列成果：
(1)设计计算书一份。包括：设计资料；结构布置简图与扼要说明；桥面板、横梁、纵梁[纵梁除承载能力(不考虑检修)计算外，还应进行挠度和裂缝开展宽度验算]和刚架的计算；材料用量表(仅要求计算桥身所用钢筋和混凝土数量)。
计算说明书分章节次序，采用设计纸书写。要求数字计算正确，草图齐全并大体按比例绘制，书写端正并符合设计书格式，装订成册。
(2)施工详图一张(图框尺寸750mm×500mm)。包括：工作桥立面和平面布置，桥面板、横梁、纵梁和刚架配筋等。
要求构造合理正确、线条清晰匀称、尺寸与符号注解齐全。
4．设计进度
设计进度见表14-5。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/a837d652cf84b9d528ea7a4d.html
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