混凝土结构设计原理课程设计

混凝土结构设计原理课程设计 —现浇单向板肋梁楼盖设计

专 业： 工程管理 班 级： 四班 姓 名： 邓超 学 号： 12152679 指导教师： 王志美

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目 录

1、设计任务书-------------------------------------------------（1） 2、设计计算书-------------------------------------------------（2） 3、平面结构布置----------------------------------------------（2） 4、板的设计----------------------------------------------------（3） 5、次梁的设计-------------------------------------------------（6） 6、主梁的设计-------------------------------------------------（10） 7、关于计算书及图纸的几点说明-------------------------------- （16） 附图1、平面结构布置图------------------------------------（18） 附图2、板的配筋图------------------------------------------（19） 附图3、次梁的配筋图---------------------------------------（20） 附图4、主梁配筋图------------------------------------------（21）

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钢筋混凝土单向板肋梁楼盖课程设计任务书

一、设计题目

现浇单向板肋梁楼盖设计

二、设计资料

某多层民用建筑的标准层平面图如图所示，柱网尺寸为7.2m×7.2m。采用钢筋混凝土现浇单向板肋梁楼盖，楼面活载标准值及楼面构造做法等设计资料如下：

1. 楼面活载标准值为10kN/m2，楼面面层采用地砖楼面，地砖的自重为1.79 kN/m2，板底和梁表面均采用20mm厚水泥砂浆粉刷，水泥砂浆的自重为20 kN/m3，混凝土的自重为25 kN/m3。

2. 梁、板均采用强度等级为C30的混凝土，主梁的纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，次梁的纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，板的受力钢筋采用HPB300，箍筋和架立筋均采用HPB300级钢筋。

3. 板伸入墙内120mm，次梁伸入墙内240mm，主梁伸入墙内370mm；钢筋混凝土柱截面尺寸为400mm×400mm。

三、设计内容和要求

1. 合理确定标准层楼盖结构类型，进行楼盖结构平面布置。

2. 单向板和次梁按考虑塑性内力重分布方法计算内力；主梁按弹性理论计算内力，绘出弯矩包络图和剪力包络图。

3. 手工绘制下列结构施工图。

（1）标准层楼面结构平面布置图（标注墙、柱定位轴线编号和梁、柱定位尺寸及构件编号）。

（2）楼面板的模板图及配筋平面图（标注板厚、钢筋的直径、间距、编号及定位尺寸）。

（3）次梁的模板图及配筋图，（标注次梁截面尺寸、梁底标高、钢筋的直径、根数、编号及定位尺寸）。

（4）主梁的模板图及配筋图（按同一比例绘出主梁的弯矩包络图，标注主梁截面尺寸、梁底标高、钢筋的直径、根数、编号及定位尺寸）。

（5）列出主梁的钢筋材料表，写出有关设计说明，如混凝土强度等级、钢筋级别、混凝土保护层厚度等。

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4. 编写设计计算书一本。

四、参考资料

1.《混凝土结构》上、中册，东南大学，同济大学，天津大学合编。 2.《砌体结构》施楚贤主编。

3. 建筑结构制图标准GB/T50105-2010。 4. 砌体结构设计规范GB50003-2011。 5. 建筑结构荷载规范GB50009-2012。 6. 混凝土结构设计规范GB50010-2010。

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现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖设计计算书

2、平面结构布置：

（１）、确定主梁的跨度为7.2m,次梁跨度为7.2m,主梁每跨内布置两根次梁,板的跨度为7.2/3=2.4m。楼盖结构布置图如下：

(2)、按高跨比条件，当h≥2400/30=80mm时，满足刚度要求，可不验算挠度。对于工业建筑的楼盖板，要求h≥60mm，取板厚h=100mm。 （3）、次梁的截面高度应满足h=l/18～l/12=7200/18～

7200/12=400～600。考虑到楼面可变荷载比较大，取h=550mm。截

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面宽度取为b=250mm。

（4）、主梁的截面高度应该满足h=l/15～l/10=7200/15～7200/10=480～720，取h=650mm。截面宽度取为b=300mm。 3、

板的设计：

（1）、荷载计算： 板的永久荷载标准值 取1m宽板带计算：

水磨石面层 1.79KN/㎡ 100mm钢筋混凝土板 0.1×25=2.5KN/㎡ 20mm混合砂浆 0.02×20=0.4KN/㎡ 小计 4.69KN/㎡（取5.0KN/㎡） 板的可变荷载标准值 10KN/㎡

永久荷载分项系数取1.2；因为工业建筑楼盖且楼面活荷载标准值大于4.0KN/㎡，所以活荷载分项系数取1.3。于是板的 永久荷载设计值 g=4.69×1.2=5.63KN/㎡ 可变荷载设计值 q=10×1.3=13KN/㎡ 荷载总设计值 g+q=18.63KN/㎡ （2）、板的计算简图：

按塑形内力重分布设计。次梁截面为250mm×550mm，板的计算跨度：

边跨 l01=ln=2400-200/2=2300mm， 中跨：l02=ln=2400-200=2200mm

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因跨度相差小于10％。可按等跨度连续板计算。取1m宽板带作为计算单元。计算简图如下图： q+g=15.186kN/m2200032000B2020CC2000B2020板的计算简图 （3）、弯矩设计值 不考虑板拱作用截面弯矩的折减。由表11-1可查得，板的弯矩系数αm分别为：边支座1/16；边跨中1/11；离端第二支座-1/11；中跨中1/16；中间支座1/14。故

MA=-(g+q)l01/16=-19×2.3/16=-6.28KN·m

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M1=(g+q)l01/14=19×2.3/14=7.18KN·m MB=-(g+q)l01/11=-19×2.3/11=-9.14KN·m MC=-(g+q)l02/14=-19×2.2/14=-6.57KN·m M2=M3=(g+q)l02/16=19×2.2/16=5.75KN·m

(4)、正截面受弯承载力计算

环境类别一级，C30混凝土，板的最小保护层厚度c=15mm。假定纵向钢筋直径d为10mm，板厚80mm，则截面有效高度h0=h-c-d/2=80-15-10/2=60mm；板宽b=1000mm。C30混凝土，α

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=1.0，fc=14.3KN/mm；HPB300钢筋，fy=270N/mm。板配筋计算的

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过程列于下表。

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截面 弯矩设计值（KN·m） αs=M/（α1A 1 B 2 C -6.28 7.18 -9.14 5.75 -6.57 0.122 0.139 0.178 0.112 0.128 fcbh02） 0.150 0.198<0.30.119 0.137<0.35 476.7 629.2 378.2 5 435.4 1120.131<0.3s 计算配筋（mm） As=bh0α125 416.3 fc/fy 实际配筋 φ10@200 φ（mm） 2φφφAs=393 10/12@2012/14@200 10@2010/12@200 0 As=479 As=668 0 As=393 As=479 计算结果表明，支座截面的均小于0.35，符合塑形内力重分布的原则：AS/bh=359/（1000×100）=0.42%，此值大于0.45ft/fy=0.45×1.27/270=0.21%，同时大于0.2%，满足最小配筋率的要求。 4.次梁设计

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根据本车间楼盖的实际使用情况，楼盖的次梁和主梁的可变荷载不考虑从属面积的荷载折减。 （1）、荷载设计值

永久荷载设计值

板传来永久荷载 5.63×2.4=13.512KN/m 次梁自重 0.25×（0.55-0.1）×25×1.2=3.375KN/m

次梁粉刷 0.02×（0.55-0.1）×2×20×1.2=0.3672KN/m 小计 g=17.25KN/m 可变荷载设计值 q=13×2.4=31.20KN/m 荷载总设计值 g+q=48.45KN/m （2）、计算简图

按塑性内力重分布设计。主梁截面为300mm×650mm。其计算跨度：

边跨：l01=ln=7200-100-300/2=6950mm

中跨：l02=ln=7200-300=6900mm 因跨度相差小于10%，可按等跨连续梁计算，计算简图如下：

q+g=35.53kN/m2475034750B4870CC4750B4870次梁的计算简图 （3）、内力计算 由表11-1、表11-3可分别查得弯矩系数和剪力系数。 弯矩设计值：

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MA=-(g+q)l01/24=-48.45×6.95/24=-97.51KN·m M1=(g+q)l01/14=48.45×6.95/14=167.16KN·m MB=-（g+q）l01/11=-48.45×6.95/11=-212.75KN·m M2=M3=(g+q)l02/16=48.45×6.9/16=144.17KN·m Mc=-（g+q）l02/14=-48.45×6.9 /14=164.76KN·m 剪力设计值：

VA=0.50(g+q)ln1=0.50×48.45×6.95=168.36KN VBl=0.55（g+q）ln1=0.55×48.45×6.95=185.20KN VBr=Vc=0.55（g+q）ln2=0.55×48.45×6.9=183.87KN （4）、承截面承载力计算 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，翼缘宽度取

b'f2

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=l3=7200/3=2400mm、b'f=b+sn=250+2200=2450mm，b+12h'f=250-12

×80=1210mm三者的较小值，故取b'f=1210mm。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。

环境类别一级，C30混凝土，梁的最小保护层厚度c=20mm。假定箍筋直径10mm，纵向钢筋直径20mm，则一排纵向钢筋h0=500-20-10-20/2=460mm，二排纵向钢筋h0=460-25=435mm。

C25混凝土，α1=1.0，βc=1，fc=14.3KN/mm，ft=1.43KN/mm；纵向钢筋采用HRB400钢，fy=360N/mm，fyy=360N/mm。正截面承载力计算过程列于下表。经判别跨内截面均属于第一类型T形截面。

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次梁正截面受弯承载力计算

截面 弯矩设计值 (kNm) A 1 B 2 C -97.51 0.105 167.16 0.037 -212.75 144.17 -164.76 0.253 0.032 0.229 asM/a1fcbh0或αs=M/α1fcb'fh0 112s 0.111＜0.35 0.038 0.297＜0.35 0.033 0.264＜0.35 AS=bh0α1-fc/fy或 562.2 931.5 1430.4 808.9 1441.9 AS=b'fh0α1-fc/fy 选配钢筋 (mm) 22φ20 As=628 3φ20 As=942 4φ20 2φ22 3φ25 As=1520 As=760 As=1473 计算结果表明，支座截面的均小于0.35，符合塑形内力重分布的原则；AS/（bh）=628/（250×550）=0.46%，此值大于0.45ft/fy=0.45×1.27/360=0.16%，同时大于0.2%，满足最小配筋率的要求。

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2）、斜截面受剪承载力

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：

hw=h0-ht=485-100=385mm，因hw/b=385/250=1.54<4，截面尺寸按下式验算：

0.25βcfcbh0=0.25×1×14.3×250×485=433.47×10N＞Vmax=185.20KN截面尺寸满足要求。 计算所需腹筋：

采用Φ6双肢箍筋，计算支座 B左侧截面。由Vcs=0.7ftbh0+fyy

（ASV/S）h0，可得到箍筋间距S=（fyyAsvh0）/（VBl-0.7ftbh）=（360×56.6×435）/（185.20×10-0.7×1.43×250×485）=155mm

调幅后受剪承载力应加强，梁局部范围内将计算的箍筋面积增加20%或箍筋间距减小20%。现调整箍筋间距，s=0.8×155=124mm，截面高度在300~550mm的梁，最大箍筋间距200mm最后取箍筋间距s=200mm。为方便施工，沿梁长不变。

验算配筋率下限值：

弯矩调幅时要求的配筋率下限为：0.3ft/fyy=0.3×1.43/360=0.12%,实际配箍率ρ=0.1132%＞0.11%，满足要求。 5、主梁设计（按弹性方法设计）： （1）、荷载计算：

为简化计算，将主梁自重等效为集中荷载。

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SV

3

3

‘

=ASV/(bs)=56.6/（250×200）

次梁传来的永久荷载 17.25×7.2=124.20KN

主梁自重（含粉刷） [(0.65-0.1) ×0.3×2.4×25+0.02×(0.65-0.1) ×2×2.4×20] ×1.2=13.15KN 永久荷载设计值 G=124.20+13.15=137.35KN 可变荷载设计值 Q=31.20×7.2=224.64KN （2）、计算简图

因主梁的线刚度与柱线刚度之比大于5，竖向荷载下主梁内力近似按连续梁计算，按弹性理论设计，计算跨度取支承中心线之间的距离，l0=6900mm。主梁的计算简图如下，利用附表6-2计算内力。

GGG=58.53kN/mGGB664026600主梁的计算简图C（B）G16640GA （3）、内力设计值及包络图 1）、弯矩设计值

弯矩Mk1GLk2QL。式中系数k1、k2由附表6-2相应栏内查得。 M1，max=0.244×137.35×7.2+0.289×224.64×7.2=708.73KN·m MB,max=-0.267×137.35×7.2-0.311×224.64×7.2=-767.06KN·m M2，max=0.067×137.35×7.2+0.200×224.64×7.2=389.74KN·m 2）、剪力设计值

剪力Vk3Gk4Q，式中系数k3、k4附表6-2相应栏内查得。 VA,max=0.733×137.35-0.866×224.64=295.22KN

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VBl，max=-1.267×137.35-1.311×224.64=-468.53KN VBr，max=1.0×137.35+1.22×224.64=411.86KN 3）、弯矩包络图

①第1、3跨有可变荷载，第2跨没有可变荷载 由附表6-2知，座B或C的弯矩值为：

MB=MC=-0.267×137.35×7.2-0.133×224.64×7.2=-479.16KN·m 第1跨内：以支座弯矩MA=0，MB=-479.16kN·m的连线为基线，作G=137.35kN，Q=224.64kN的简支梁弯矩图，得第1个集中荷载和第2个集中荷载作用点处弯矩值分别为： 1/3(G+Q)l0+MB/3=1/3(137.35+224.64)

×

7.2+479.16/3=709.06kN·m（与前面计算的M1，max=708.73kN·m接近） 1/3(G+Q)l0+2MB/3=1/3(137.35+224.64) ×7.2+2×479.16／3=549.34KN·m

在第2跨内：以支座弯矩MB=-479.16KN·m，MC=-479.16KN·m的连线为基线，作G=137.35KN,Q=0的简支弯矩图，得集中荷载作用点处的弯矩值：1／3Gl0+MB=1／3×137.35×7.2-479.16=-149.52KN·m。

②第1、2跨有可变荷载，第3跨没有可变荷载

第1跨内：在第1跨内以支座弯矩MA=0，MB=-767.06KN·m的连线为基线，作G=137.35kN，Q=224.64kN的简支梁弯矩图，得第1个集中荷载和第2个集中荷载作用点处弯矩值分别为： 1／3（137.35+224.64）×7.2-767.06／3=613.09KN·m

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1／3（137.35+224.64）×7.2-2×767.06／3=357.40KN·m

在第2跨内：MC=-0.267×137.35×7.2-0.089×224.64×7.2=-407.99KN·m。以支座弯矩MB=-767.06KN·m，MC=-407.99的连线为基线，作G=137.35KN,Q=224.64KN的简支梁弯矩图，的第1个集中荷载和第2个集中荷载作用处弯矩值分别为：

1／3(G+Q)l0+MC+2／3(MB-MC)=1／3(137.35+224.64) ×7.2-407.99+2／3(-767.06+407.99)=221.41KN·m

1／3(G+Q)l0+MC+1／3(MB-MC)= 1／3(137.35+224.64) ×7.2-407.99+1／3(-767.06+407.99)=341.10KN·m ③第2跨有可变荷载，第1、3跨没有可变荷载

MB=MC=-0.267×137.35×7.2-0.133×224.64×7.2=-479.16KN·m 第2跨两集中荷载作用点处的弯矩为：

1／3(G+Q)l0+MB=1／3(137.35+224.64) ×7.2-479.16=389.62KN·m（与前面计算的M2，max=328.74KN·m接近）

第1、3跨两集中荷载作用点处的弯矩分别为：

1／3Gl0+1／3MB=1／3×137.35×7.2+1／3×479.16=169.92KN·m 1／3Gl0+2／3MB=1／3×137.35×7.2+2／3×479.16=10KN·m 弯矩包络图如下所示：

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红线：①+④黄线：①+③蓝线：①+②灰线：①+④-368.58-368.58-179.44-15.0756.0169.74168.68291.54236.45341.44弯矩包络图9.92106.38169.42195.76106.37169.42195.76-88.16-88.16-179.44-15.079.92168.68236.45291.54341.4456.0169.74 （4）、承载力计算 1）、正截面受弯承载力

跨内按T形截面计算，因跨内设有间距小于主梁间距的次梁，翼缘计算宽度按l／3=6.9／3=2.3m和b+sn=6m中较小值确定，取bf=2.3m。

主梁混凝土保护层厚度的要求以及跨内截面有效高度的计算方法同次梁，支座截面因存在板、次梁、主梁上部钢筋的交叉重叠，截面有效高度的计算方法有所不同。板混凝土保护层厚度15mm、板上部纵筋10mm、次梁上部纵筋直径18mm。假定主梁上部纵筋直径25mm，则一排钢筋时，h0=650-55=595mm；二排钢筋时，h0=595-25=570mm。

纵向受力钢筋除B支座截面为2排外，其余均为1排。跨内截面经判别都属于第一类T形截面。B支座边的弯矩设计值MB=MBmax-V0b／2=-767.06-235.55×0.40／2=-719.95KN·m。正截面受弯承载力

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‘

的计算过程列于下表：

主梁正截面承载力计算

截面 弯矩设计值（kN·m） MM1fcbh02或s21fcb'fh01 780.73 B -409.94 389.74 2 -149.52 s0.064 0.967 3676.6 3φ40 As=3770 0.294 0.821 2433.8 2φ40 As=2513 0.032 0.984 1803.6 2φ36 As=2036 0.098 0.948 718.2 2φ22 As=760 Ys AsM/sfyh0 选配钢筋 （mm） 2主梁纵向钢筋的弯起和切断按弯矩包络图确定。 2）、斜截面受剪承载力

验算截面尺寸 hw=h0-hf=570-80=490mm。因hw/b=490／300=1.63＜4，截面尺寸按下式验算：

0.25βcfcbh0=0.25×1×14.3×300×570=611.33×10N＞Vmax=303.55KN，截面尺寸满足要求。 计算所需腹筋：

采用Φ10-200双肢箍筋，

VCS=0.7ftbh0+fyy（ASV/S）h0

=0.7×1.43×300×570+360×(157／200) ×570 =332.25KN＞Vmax,不需要配置弯起钢筋。

验算最小配箍率：

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3

‘

ρSV=ASV/bs=157／300×200=0.26%＞0. 24ft/fyy=0.10%，满足要求。 次梁两侧附加横向钢筋的计算

次梁传来的集中力

Fl=137.35+224.64=361.99kN，

h1=650-500=150mm，附加箍筋布置范围s=2h1+3b=2×150+3×250=1050mm。取附加箍筋Φ10-200双肢，则在长度s内可布置附加箍筋的排数，m=1050／200+1=6排，次梁两侧各布置3排。由式，m·nfyyAsv1=6×2×360×157=678.24kN＞Fl，满足要求。

因主梁的腹板高度不大于450mm，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200mm。现每侧配置2Φ14,308／300×570=0.18%＞0.1%，满足要求。

6、绘制施工图

楼盖施工图包括施工说明、结构平面布置图、板配筋图、次梁和主梁配筋图。

（1）、施工说明

施工说明是施工图的重要组成部分，用来说明无法用图来表示或者图中没有表示的内容。完整的施工说明应包括：设计依据（采用的规范标准：结构设计有关的自然条件，如风荷载的基本情况以及工程地质简况等）；结构设计一般情况（建筑结构的安全等级、设计使用年限和建筑抗震设防类别）；上部结构选型概述；采用的主要结构材料及特殊材料；基础选型；以及需要特别提醒施工注意的问题。

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本设计示例楼盖仅仅是整体结构的一部分，施工说明可以简单些。

（2）、结构平面布置图

结构平面布置图上应表示梁、板、柱、墙等所有结构构件的平面位置、截面尺寸、水平构件的竖向位置以及编号，构件编号由代号和序号组成，相同的构件可以用一个序号。楼盖的平面布置图见图11-25.图中柱、主梁、次梁、板的代号分别用“Z”、“KL”、“L”和“B”表示，主、次梁的跨数写在括号内。

（3）、板配筋图

板配筋采用分离式，板面钢筋从支座边伸出长度a=ln/4=2000/4=500。板配筋见图11-30。

（4）、次梁配筋图

次梁支座截面上部钢筋的第一批切断点要求离支座边ln/5+20d=7200/5+20×18=1800mm，现取1800mm；切断面积要求小于总面积二分之一，B支座切断2Φ16,402／1005=0.4＜0.5，C支座切断1Φ18,254.5／658=0.39＜0.5，均满足要求；B支座第二批切断1Φ16，离支座边ln/3=7200／3=2400mm；剩余2Φ16兼做架立筋。端支座上部钢筋伸入主梁长度la=（0.14×360／1.27）d=396mm。下部纵向钢筋在中间支座的锚固长度las≥12d=216mm。次梁配筋图见图11-31。

（5）、主梁配筋图

主梁纵向钢筋的弯起和切断点需按弯矩包络图确定。底部纵向

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钢筋全部伸入支座，不配置弯起钢筋，所以仅需确定B支座上部钢筋的切断点。截取负弯矩的，弯矩包络图见图11-29（b）。将B支座的④、⑤、⑥号筋按钢筋面积比确定各自抵抗的弯矩。钢筋的充分利用点和不需要点的位置可按几何关系求得。第一批拟断⑤号钢筋，因截断点位于受拉区，离该钢筋充分利用点的距离应大于1.2l+1.7h0=2025mm；截断点离该钢筋不需要点的距离应大于1.3h0和20d。⑤号钢筋截断点离B支座中心线的距离；按第一个条件时2025+116=2141mm；按第二个条件时741+661=1402mm，由第一个条件控制。⑥号筋的截断点位置可同理确定。

主梁计算简图取为连续梁，忽略了柱对主梁弯曲转动的约束作用，梁柱的线刚度比越大，这种约束作用越小。内支座因节点不平衡弯矩较小，约束作用较小，可忽略；边支座的约束作用不可忽略。

主梁边跨的固端弯矩：

MAB=4（G+Q）l01/27=4×（137.35+224.64）×7.2／27=386.12kN·m

梁、柱线刚度比5.36，则梁端的最终弯矩：

MAB=-386.12+5.36／(5.36+2) ×386.12=104.92KN·m 将④号筋贯通，可承受负弯矩158.17kN·m＞MAB,满足要求。 因主梁的腹板高度hw=610-100=510mm＞450mm，需在梁的两侧配置纵向构造钢筋。现每侧配置2Φ14，配筋率308／300×510=0.2%＞0.1%，满足要求。主梁配筋见图11-31（b）。

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