專利名稱：鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算尺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明包括以下三個(gè)內(nèi)容
1、鋼筋混凝土單筋矩形截面梁正截面彎矩配筋計(jì)算尺；
2、每1000mm寬鋼筋混凝土板彎矩配筋計(jì)算尺；
3、鋼筋混凝土梁斜截面受剪承截力計(jì)算尺。
本發(fā)明屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明是鋼筋混凝土梁板設(shè)計(jì)計(jì)算及工程復(fù)核的專用工具，供廣大土木工程設(shè)計(jì)施工技術(shù)人員及大專院校有關(guān)專業(yè)師生使用。
目前，作鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)計(jì)算，除電算外，還是靠各種版本的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊作為工具書，利用其中的有關(guān)公式、表格進(jìn)行梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，十分繁瑣。使用本發(fā)明的計(jì)算尺作有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，能顯著提高設(shè)計(jì)工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，減輕腦力勞動(dòng)強(qiáng)度。
尺上所有刻度均為對數(shù)刻度。


圖1是鋼筋混凝土單筋矩形截面梁正截面彎矩配筋計(jì)算尺。該尺的設(shè)計(jì)是按公式
進(jìn)行構(gòu)思的。此式是發(fā)明人自己推導(dǎo)的，在現(xiàn)有技術(shù)資料及教科書中都沒有。這個(gè)公式的導(dǎo)出是產(chǎn)生本發(fā)明地關(guān)鍵。尺面設(shè)計(jì)的基本原理就是將上式演變成對數(shù)計(jì)算尺上的刻度。
由于配筋率
，代入導(dǎo)出的公式可得
上式中，暫將fcm、fy視為常數(shù)(為材料強(qiáng)度等級參數(shù))，則配筋率即ρ是
的函數(shù)。尺面設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)彎矩值M置于M數(shù)軸上；將bh02置于h1數(shù)軸上(不是用數(shù)字，而是用梁高標(biāo)注，方便使用)，此處視b為常數(shù)，取定b＝250mm，而將變量b設(shè)置于游標(biāo)面上，見圖2。按照配筋率的函數(shù)關(guān)系式
，即可用h1數(shù)軸上的某一相關(guān)數(shù)去除M數(shù)軸上的某一相關(guān)數(shù)，將得到一個(gè)相應(yīng)的配筋率ρ值。
但事實(shí)上材料強(qiáng)度等級參數(shù)fcm、fy不是常數(shù)，它們將隨所取定的材料強(qiáng)度等級(如混凝土有c15、c20、c25等等，鋼筋有I級、II級等等)的不同而變化，且直接影響ρ值的計(jì)算結(jié)果。為此，按混凝土和鋼筋的材料強(qiáng)度等級參數(shù)一般常用的七種組合c15-I級、c20-I級、c20-II級、c25-II級、c30-II級、c25-III級、c30-III級分別設(shè)計(jì)出ρ1-ρ7七條數(shù)軸，這樣，視材料強(qiáng)度等級參數(shù)組合的具體情況，M數(shù)軸被h1數(shù)軸
，可在ρ1-ρ7的某一數(shù)軸上得到一個(gè)唯一確定的ρ值。這就是在已知設(shè)計(jì)彎矩值M、梁斷面尺寸b、h后能在計(jì)算尺上求得配筋率ρ的基本原理。
求得確定的ρ值后，利用下式
As＝ρbh0
即可求得所需受力鋼筋截面面積As值。尺面上除ρ1-ρ7外，設(shè)置了一條通用的ρ數(shù)軸和一條代表bh0的h2數(shù)軸(此處仍取b＝250mm，變量b反映在游標(biāo)面上)。具體操作將ρ數(shù)軸與h2數(shù)軸相乘，即可在As數(shù)軸上得到所需受力鋼筋的截面面積As值。如此構(gòu)思，一個(gè)十分復(fù)雜的計(jì)算公式在本發(fā)明的計(jì)算尺上十分簡單的先一
，后一
，即可得到結(jié)果。比翻書查表或用計(jì)算器運(yùn)算要快得多。既方便，又準(zhǔn)確。
當(dāng)然，也可以在已知設(shè)計(jì)彎矩值M，并選定材料強(qiáng)度等級和一個(gè)經(jīng)濟(jì)配筋率p值后，在計(jì)算尺上算出合理的梁截面尺寸b、h，并求得受力鋼筋截面面積As。
還可以在已知b、h、As并確定材料強(qiáng)度等級參數(shù)后求梁所能承受的設(shè)計(jì)彎矩值M，即進(jìn)行工程復(fù)核。
圖2是梁彎矩配筋計(jì)算尺游標(biāo)板面設(shè)計(jì)圖。圖1尺面上的h1(代表bh02)數(shù)軸、h2(代表bh0)數(shù)軸均視b為常數(shù)，取定b＝250mm，而將事實(shí)上是變量的b值刻度設(shè)置在游標(biāo)板面上，使計(jì)算尺尺面設(shè)計(jì)得以簡化。
圖3是每1000mm寬鋼筋混凝土板彎矩配筋計(jì)算尺。
圖3與圖l原理完全相同，只不過b＝1000mm是個(gè)常數(shù)。因此它的游標(biāo)面上只有一條游標(biāo)線a，沒有b的刻度線。
圖4是鋼筋混凝土梁斜截面受剪承載力計(jì)算尺尺面設(shè)計(jì)圖。
尺面設(shè)計(jì)的基本原理是將書本上的受剪承載力有關(guān)公式演變成對數(shù)計(jì)算尺上的刻度。
尺面設(shè)計(jì)考慮了均布荷載作用下和集中荷載(包括作用有多種荷載，且其于集中荷載對支座截面所產(chǎn)生的剪力值占該截面總剪力值的75％以上的情況)作用下兩種情況。
首先是計(jì)算已知截面所能承受的最大剪力值[V]和已知截面混凝土所能承受的剪力值[Vc]。值設(shè)在A數(shù)軸上。A數(shù)軸上的[V0]是當(dāng)截面特征系數(shù)m≤4時(shí)的[V]。值設(shè)在B數(shù)軸上。
均布荷載情況下用
線對準(zhǔn)相應(yīng)的混凝土強(qiáng)度等級c15-c30；集中荷載作用下則用λ線對準(zhǔn)相應(yīng)的混凝土強(qiáng)度等級c15-c30。然后滑動(dòng)游標(biāo)，使游標(biāo)線a對準(zhǔn)C數(shù)軸上相應(yīng)的h值，在游標(biāo)面上相應(yīng)的b值線下讀出[Vc]及[V0]，再使游標(biāo)線a對準(zhǔn)[V0]，在游標(biāo)線m值線下讀出[V]。
h值形如
時(shí)，當(dāng)縱向受力鋼筋為一排時(shí)，用下半段長線，為兩排時(shí)，用上半段短線。
m為截面特征系數(shù)。
hw為截面的腹板高度。矩形截面取有效高度h0，T形截面取有效高度減去翼緣高度，工形截面取腹板凈高。
當(dāng)設(shè)計(jì)剪力值V≤[Vc]，箍筋按構(gòu)造要求配置即可。
當(dāng)V＞[V]時(shí)，應(yīng)加大梁截面尺寸或提高混凝土強(qiáng)度等級，使其滿足V≤[V]。
當(dāng)V≤[V]時(shí)，進(jìn)行下一步計(jì)算。
先計(jì)算需要箍筋承受的剪力值VsVS＝V-[VC]-Vw。(Vw為已知彎起鋼筋所能承擔(dān)的剪力值。Vw的計(jì)算見圖6，設(shè)在本尺反面)。
然后使
線對準(zhǔn)E數(shù)軸上所選定的箍筋直徑甲6-10。滑動(dòng)游標(biāo)線a，使其對準(zhǔn)C數(shù)軸上相應(yīng)的h值。拉尺均布荷載時(shí)，令D數(shù)軸上的Vs值對準(zhǔn)游標(biāo)線a；集中荷載時(shí)令VS對準(zhǔn)游標(biāo)面上的線P，此時(shí)，
線所對準(zhǔn)的E數(shù)軸上的某一數(shù)S即為所求的箍筋間距值。
在既有均布荷載，又有集中荷載時(shí)，令由均布荷載算出的箍筋間距為S1，由集中荷載算出的箍筋間距為S2，則所求箍筋間距。
在已知箍筋直徑和間距時(shí)，求箍筋受剪承載力Vs的方法如下
1、
線對準(zhǔn)已知的箍筋直徑值6-10。
2、滑動(dòng)游標(biāo)使a線對準(zhǔn)已知的h值。
3、拉尺使
線對準(zhǔn)已知的S值。
4、在a線(均布荷載時(shí))或P線(集中荷載時(shí))下讀得Vs值。
圖5是梁斜截面受剪承載力計(jì)算尺游標(biāo)板面設(shè)計(jì)圖。
游標(biāo)板面上的刻度均為對數(shù)刻度。作如下說明
1、a為常用游標(biāo)線；兩端a1、a2為輔助游標(biāo)線，供兩端游標(biāo)滑動(dòng)受阻時(shí)使用。
2、梁截面寬度參數(shù)b＝100-500mm，標(biāo)記在游標(biāo)板面上。圖4尺面刻度假定b為常數(shù)(取b＝25Omm)
3、m是梁截面特征系數(shù)，
圖4尺面中的[VC]尺刻度是假定m為常數(shù)(取m≤4)。
4、均布荷載時(shí)，Vs值對a線。集中荷載時(shí)，Vs值對P線。
圖6是梁中彎起鋼筋受剪承載力計(jì)算尺尺面設(shè)計(jì)圖。
尺面設(shè)計(jì)的基本原理是將公式Vw＝0.8fyAbSinα演變成對數(shù)計(jì)算尺上的刻度。說明如下
1、圖中45°、60°代表彎起鋼筋的彎起角度；I、II、III代表鋼筋級別，n(1-4)代表鋼筋根數(shù)，Vw代表需要彎起鋼筋承受的剪力值或已知彎起鋼筋所能承受的剪力值。
2、已知Vw＝V-[VC]-Vs，求彎起筋。
一般起彎角為45°，當(dāng)梁高h(yuǎn)＞800mm時(shí)，可采用60°。
彎起鋼筋級別(I-III級)及直徑事先設(shè)定。
滑動(dòng)游標(biāo)線a使其對準(zhǔn)已知的Vw。
拉尺使設(shè)定的彎起筋直徑對準(zhǔn)a線。
滑動(dòng)游標(biāo)線a使其對準(zhǔn)
線。
拉尺使
線對準(zhǔn)相應(yīng)的
線，這時(shí)，在a線下求得所需彎起筋根數(shù)n值。
或者，先確定彎起筋根數(shù)n，求彎起筋直徑
拉尺使
線對準(zhǔn)
線。
滑動(dòng)游標(biāo)使a線對準(zhǔn)n值，然后，拉尺使
線對準(zhǔn)a線。
滑動(dòng)游標(biāo)使a線對準(zhǔn)已知的Vw值，得彎起筋直徑。
3、已知彎起筋起彎角度、級別、直徑及根數(shù)，求Vw拉尺使
線對準(zhǔn)
線，然后滑動(dòng)α線對準(zhǔn)已知的n值，拉尺使
線對準(zhǔn)a線，然后滑動(dòng)a線對準(zhǔn)已知的彎起筋直徑線，得Vw值。
圖1與圖3分別置于尺的正面和反面，組成一把計(jì)算尺，命名為
。圖2的游標(biāo)板面設(shè)計(jì)與圖1配套使用。與圖3配套使用的游標(biāo)板面上只有一條游標(biāo)線a和兩條輔助游標(biāo)線a1、d2。
圖4與圖6分別置于尺的正面和反面，組成一把計(jì)算尺，命名為
。圖5的游標(biāo)板面設(shè)計(jì)與圖4配套使用。與圖6配套使用的游標(biāo)板面上只有一條游標(biāo)線a和兩條輔助游標(biāo)線a1、a2。
輔助游標(biāo)線a1、a2在游標(biāo)活動(dòng)受阻時(shí)使用。
尺的使用方法說明見附圖。
用本發(fā)明的兩把計(jì)算尺進(jìn)行鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，較之使用工具書中的有關(guān)公式、表格進(jìn)行計(jì)算有如下優(yōu)點(diǎn)
1、實(shí)用性本發(fā)明將梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中所要用到的各個(gè)參數(shù)通過數(shù)學(xué)加工形成一個(gè)有機(jī)整體，擺在尺面上，哪個(gè)參數(shù)的變化對計(jì)算結(jié)果有何影響，一目了然，很直觀。而計(jì)算手冊中的表格是將有關(guān)參數(shù)按材料強(qiáng)度等級參數(shù)的不同組合一組組的分別列在不同的表中，擺在不同的頁碼上，應(yīng)用時(shí)要東一篇、西一篇的去查找，費(fèi)時(shí)費(fèi)事，很不方便。相比之下，本發(fā)明在操作上要方便些，輕松些。計(jì)算速度快，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)。所以，實(shí)用性很強(qiáng)。
2、連續(xù)性本發(fā)明計(jì)算尺是將各個(gè)參數(shù)附在數(shù)軸線段上，數(shù)軸所反映的數(shù)是連續(xù)的。手冊表格中所列的數(shù)是不連續(xù)的。
3、靈活性由于本發(fā)明對鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的各個(gè)參數(shù)，通過數(shù)學(xué)加工，有機(jī)地濃縮在尺面上，對各個(gè)參數(shù)的選定，在一定范圍內(nèi)可作靈活調(diào)整，為選定合理的截面尺寸、經(jīng)濟(jì)配筋率及合理地決定材料強(qiáng)度等級等，都提供了極大的方便，十分靈活。
為制作本發(fā)明所述的兩把計(jì)算尺，可應(yīng)用制作普通數(shù)學(xué)計(jì)算尺的材料及工藝，也可應(yīng)用新材料、新工藝。制作本算尺的原則是刻度精確、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、使用方便。
擬批量生產(chǎn)本算尺，供廣大工程技術(shù)人員及院校師生使用，使本發(fā)明盡快地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
權(quán)利要求
本發(fā)明屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。是鋼筋混凝土梁板設(shè)計(jì)計(jì)算及工程復(fù)核的專用工具。本發(fā)明的特征是利用對數(shù)原理將鋼筋混凝土梁板設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算公式演變成尺面上的刻度，通過拉尺，即可得到鋼筋混凝土梁板設(shè)計(jì)的結(jié)果。在鋼筋混凝土梁板設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，設(shè)計(jì)彎矩值、設(shè)計(jì)剪力值、梁板截面幾何尺寸、混凝土強(qiáng)度等級、鋼筋類別型號、荷載形式等各個(gè)參數(shù)都直接影向著梁板設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果。本發(fā)明是把上述各參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系及規(guī)范的有關(guān)規(guī)定按對數(shù)計(jì)算尺的原理融合成為一個(gè)有機(jī)整體，濃縮到尺面上，制成可在尺上進(jìn)行計(jì)算的適用工具。
制作本算尺，可應(yīng)用制作普通數(shù)學(xué)計(jì)算尺的材料及工藝，也可以應(yīng)用新材料、新工藝。制作本算尺的原則是刻度精確、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、經(jīng)久耐用。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。在鋼筋混凝土梁板設(shè)計(jì)計(jì)算過程中,設(shè)計(jì)彎矩值、設(shè)計(jì)剪力值、梁板截面幾何尺寸、混凝土強(qiáng)度等級、鋼筋類別型號、荷載形式等各個(gè)參數(shù)都直接影響著梁板設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果。本發(fā)明是把上述各參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系及規(guī)范的有關(guān)規(guī)定按對數(shù)計(jì)算尺的原理融合成為一個(gè)有機(jī)整體,濃縮到尺面上,制成可在尺上進(jìn)行計(jì)算的適用工具。
文檔編號G06C1/00GK1191999SQ97101379
公開日1998年9月2日 申請日期1997年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月25日
發(fā)明者楊祖文 申請人:楊祖文