之前学《水工钢筋混凝土结构学》时,觉得各种形式的配筋计算、查表配筋和安全校核计算繁琐,所以假期写了个Android小软件(RCHelper)用于设计课程。

RCHelper可以进行单筋矩形截面、双筋矩形截面、T型截面设计及相关校核等功能,同时提供了快速配筋、资料查询等功能,方便相关人员设计计算。

RCHelper现在在安智应用市场(http://www.anzhi.com/pkg/8eeb_com.example.ron_wang.rchelper.html)、小米应用市场(http://app.mi.com/details?id=com.example.ron_wang.rchelper&ref=search)和百度手机助手(https://shouji.baidu.com/software/24756518.html)上线,欢迎下载(免费~)。

RCHelper项目详见:https://github.com/Ron-Wang/RCHelper


目录

一、引言

1.1 概述

1.2 开发技术

二、功能设计

三、运行环境

3.1 硬件环境

3.2 软件环境

四、运行说明

4.1 主界面

4.2 配筋设计使用说明

4.3 配筋校核使用说明

4.4 快速配筋使用说明

4.5 资料查询使用说明

附录

附录1 结构环境条件类别

附录2 材料强度的标准值、设计值和材料弹性模量

附录3 钢筋的计算截面面积表

附录4 其他规定

参考文献


一、引言

1.1 概述

钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料组成共同受力的结构,能够充分利用这两者的力学性能——一般由混凝土主要承担压力,钢筋主要承担拉力(必要时也可承担压力)。在相应的结构中,钢筋和混凝土这两种材料的配比关系往往会造成构件受力性能的变化,因此根据需要合理进行配筋设计是必不可少的[1]。

RCHelper就是一款用来进行钢筋混凝土(Reinforced Concrete)截面配筋设计的Android软件。

该软件根据《水工混凝土结构设计规范》(SL191-2008),同时参考《水工钢筋混凝土结构学(第4版)》一书编写。进入软件后,用户可以使用单筋矩形截面、双筋矩形截面、T型截面等设计及校核功能。同时,软件还提供了根据计算面积得到配筋方案的功能,大大减少了查表配筋的工作量;在“资料查询”中,提供了规范中一些常用的设计要求等,也提供了联系开发者的选项。

1.2 开发技术

开发工具:Android Studio 3.1.4

开发技术:Java

二、功能设计

RCHelper主要包括以下几种功能模块

  1. 设计功能:单筋矩形截面设计、双筋矩形截面设计、T形截面设计、偏心受压截面设计和斜截面抗剪设计共5种;
  2. 校核功能:单筋矩形截面校核、双筋矩形截面校核和T形截面校核共3种;
  3. 快速配筋功能:根据面积和允许上下限,找出符合要求的配筋方案;
  4. 资料查询功能:规范中一些常用的设计要求(混凝土保护层最小厚度、安全系数等的取值)、查看RCHelper设计说明书、向开发者反馈。

三、运行环境

3.1 硬件环境

各类Android手机或者平板电脑。

3.2 软件环境

Android4.2及以上版本。

四、运行说明

4.1 主界面

RCHelper第一次安装时,会要求获取相应的权限。

安装完成进入RCHelper的主界面,该界面设置了十个 Button(按钮),背景分别填充了相应的图标。用户点击不同的按钮后即可跳转相应的功能模块,包括“功能设计”中提到的十个功能。

4.2 配筋设计使用说明

不同形式的配筋设计使用基本相同,下面以单筋矩形截面设计为例进行说明。

进入“截面设计”后,根据相应提示输入计算信息:其中构件种类、混凝土种类和钢筋种类等通过下拉菜单选择,用以确定计算中最小配筋率、混凝土强度设计值及钢筋设计值等信息;其余信息(如截面高度、截面宽度等)通过用户编辑文本框输入。

输入完成后,点击“计算配筋面积”,计算结果会以弹出对话框的形式呈现。输出的结果包括一些已知的基本信息、计算过程和最终结果。

4.3 配筋校核使用说明

配筋校核的使用与配筋设计基本相同。输入计算信息后,点击“校核构件是否安全”,校核结果同样以弹出对话框的形式呈现。输出结果包括一些已知的基本信息、计算过程、最大承载力和安全情况。

4.4 快速配筋使用说明

进入“快速查找配筋”后的界面,根据查找类型选择对应的输入类型,依此输入所需面积大小和允许相对误差的上下限百分比等。

输入完成后,点击“查找面积相近的配筋方案”,符合要求的结果以弹出对话框的形式显示。输出的结果包括基本的已知信息、每种方案(钢筋的公称直径、根数、面积及相对误差等)和方案种数。

4.5 资料查询使用说明

进入“资料查询”的界面,其中列出了结构环境条件类别判定、材料的强度与弹性模量查询、钢筋的计算截面面积表及其他相关规定等。

用户如果对使用过程有疑问,可以点击上方的“查阅设计说明书”,查看相应的设计说明。

用户如果对RCHelper的使用还有疑问或者对软件的改进有什么建议,可以点击设计说明书上方的“联系开发者”,选择相应的邮件类应用,通过邮件形式与开发者沟通。

开发者邮箱为:wangrongxin168@163.com 。

附录

附录1 结构环境条件类别

表1.水工混凝土结构所处的环境类别

环境类别

环 境 条 件

室内正常环境

室内潮湿环境;露天环境;长期处于水下或地下的环境

淡水水位变化区;有轻度化学侵蚀性地下水的地下环境;海水水下区

海上大气区;轻度盐雾作用区;海水水位变化区;中度化学侵蚀性环境

使用除冰盐的环境;海水浪溅区;重度盐雾作用区;严重化学侵蚀性环境

注1:海上大气区与浪溅区的分界线为设计最高水位加1.5m;浪溅区与水位变化区的分界线为设计最高水位减1.0m;水位变化区与水下区的分界线为设计最低水位减1.0m;重度盐雾作用区为离涨潮岸线50m内的陆上室外环境;轻度盐雾作用区为离涨潮岸线50~500m内的陆上室外环境。

注2:冻融比较严重的二类、三类环境条件下的建筑物,可将其环境类别分别提高为三、四类。

注3:化学侵蚀性程度的分类见SL191-2008规范中表3.3.9。

附录2 材料强度的标准值、设计值和材料弹性模量

1.混凝土强度的标准值、设计值和材料弹性模量

表1.混凝土强度标准值    单位:N/mm2

强度种类

符号

混凝土强度等级

C15

C20

C25

C30

C35

C40

C45

C50

C55

C60

轴心抗压

fck

10.0

13.4

16.7

20.1

23.4

26.8

29.6

32.4

35.5

38.5

轴心抗拉

ftk

1.27

1.54

1.78

2.01

2.20

2.39

2.51

2.64

2.74

2.85

表2.混凝土强度设计值    单位:N/mm2

强度种类

符号

混凝土强度等级

C15

C20

C25

C30

C35

C40

C45

C50

C55

C60

轴心抗压

fc

7.2

9.6

11.9

14.3

16.7

19.1

21.1

23.1

25.3

27.5

轴心抗拉

ft

0.91

1.10

1.27

1.43

1.57

1.71

1.80

1.89

1.96

2.04

注:计算现浇钢筋混凝土轴心受压和偏心受压构件时,如截面的长边或直径小于300mm,则表中的混凝土强度设计值应乘以系数0.8;当构件质量(如混凝土成型、截面和轴线尺寸等)确有保证时,可不受此限制。

表3.混凝土弹性模量Ec(×104)    单位:N/mm2

混凝土

强度等级

C15

C20

C25

C30

C35

C40

C45

C50

C55

C60

Ec

2.20

2.55

2.80

3.00

3.15

3.25

3.35

3.45

3.55

3.60

2.钢筋强度的标准值、设计值和材料弹性模量

表4.普通钢筋强度标准值    单位:N/mm2

种  类

符号

d(mm)

fyk(N/mm2)

热轧钢筋

HPB235

A

8~20

235

HRB335

B

6~50

335

HRB400

C

6~50

400

RRB400

CR

8~40

400

注1:热轧钢筋直径d系指公称直径。

注2:当采用直径大于40mm的钢筋时,应有可靠的工程经验。

表5.普通钢筋强度设计值    单位:N/mm2

种  类

符号

fy

fy’

热轧钢筋

HPB235

A

210

210

HRB335

B

300

300

HRB400

C

360

360

RRB400

CR

360

360

注:在钢筋混凝土结构中,轴心受拉和小偏心受拉构件的钢筋抗拉强度设计值大于300N/mm2时,仍应按300N/mm2取用。

表6.钢筋弹性模量Es(×104)    单位:N/mm2

钢 筋 种 类

Es

HPB235级钢筋

2.1×105

HRB335级钢筋、HRB400级钢筋、RRB400级钢筋

2.0×105

消除应力钢丝(光圆钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝)

2.05×105

钢绞线

1.95×105

螺纹钢筋、钢棒(螺旋槽钢棒、螺旋肋钢棒)

2.0×105

注:必要时钢绞线可采用实测的弹性模量。

附录3 钢筋的计算截面面积表

表1.钢筋的公称直径、公称截面面积及公称质量

公称直径(mm)

不同根数钢筋的公称截面面积(mm2)

单根钢筋公称质量(kg/m)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

6

28.3

57

85

113

142

170

198

226

255

0.222

6.5

33.2

66

100

133

166

199

232

265

299

0.260

8

50.3

101

151

201

252

302

352

402

453

0.395

10

78.5

157

236

314

393

471

550

628

707

0.617

12

113.1

226

339

452

565

678

791

904

1017

0.888

14

153.9

308

461

615

769

923

1077

1231

1385

1.210

16

201.1

402

603

804

1005

1206

1407

1608

1809

1.580

18

254.5

509

763

1017

1272

1527

1781

2036

2290

2.000

20

314.2

628

942

1256

1570

1884

2199

2513

2827

2.470

22

380.1

760

1140

1520

1900

2281

2661

3041

3421

2.980

25

490.9

982

1473

1964

2454

2945

3436

3927

4418

3.850

28

615.8

1232

1847

2463

3079

3695

4310

4926

5542

4.830

32

804.2

1609

2413

3217

4021

4826

5630

6434

7238

6.310

36

1017.9

2036

3054

4072

5089

6107

7125

8143

9161

7.990

40

1256.6

2513

3770

5027

6283

7540

8796

10053

11310

9.870

50

1964

3928

5892

7856

9820

11784

13748

15712

17676

15.420

表2.各种钢筋间距时每米板宽中的钢筋截面面积

钢筋间距/mm

钢筋直径(mm)为下列数值时的钢筋截面面积/mm2

6

6/8

8

8/10

10

10/12

12

12/14

14

14/16

16

16/18

18

20

22

25

70

404

561

718

920

1122

1369

1616

1907

2199

2536

2872

3254

3635

4488

5430

7012

75

377

524

670

859

1047

1278

1508

1780

2053

2367

2681

3037

3393

4189

5068

6545

80

353

491

628

805

982

1198

1414

1669

1924

2218

2513

2847

3181

3927

4752

6136

85

333

462

591

758

924

1127

1331

1571

1811

2088

2365

2680

2994

3696

4472

5775

90

314

436

559

716

873

1065

1257

1484

1710

1972

2234

2531

2827

3491

4224

5454

95

298

413

529

678

827

1009

1190

1405

1620

1869

2116

2398

2679

3307

4001

5167

100

283

393

503

644

785

958

1131

1335

1539

1775

2011

2278

2545

3142

3801

4909

110

257

357

457

585

714

871

1028

1214

1399

1614

1828

2071

2313

2856

3456

4462

120

236

327

419

537

654

798

942

1113

1283

1480

1676

1899

2121

2618

3168

4091

125

226

314

402

515

628

767

905

1068

1232

1420

1608

1822

2036

2513

3041

3927

130

217

302

387

495

604

737

870

1027

1184

1366

1547

1752

1957

2417

2924

3776

140

202

280

359

460

561

684

808

954

1100

1268

1436

1627

1818

2244

2715

3506

150

188

262

335

429

524

639

754

890

1026

1183

1340

1518

1696

2094

2534

3272

160

177

245

314

403

491

599

707

834

962

1110

1257

1424

1590

1963

2376

3068

170

166

231

296

379

462

564

665

785

906

1044

1183

1340

1497

1848

2236

2887

180

157

218

279

358

436

532

628

742

855

985

1117

1266

1414

1745

2112

2727

190

149

207

265

339

413

504

595

703

810

934

1058

1199

1339

1653

2001

2584

200

141

196

251

322

393

479

565

668

770

888

1005

1139

1272

1571

1901

2454

220

129

178

228

293

357

436

514

607

700

807

914

1036

1157

1428

1728

2231

240

118

164

209

268

327

399

471

556

641

740

838

949

1060

1309

1584

2045

250

113

157

201

258

314

383

452

534

616

710

804

911

1018

1257

1521

1963

260

109

151

193

248

302

369

435

514

592

682

773

858

979

1208

1462

1888

280

101

140

180

230

280

342

404

477

550

634

718

814

909

1122

1358

1753

300

94

131

168

215

262

319

377

445

513

592

670

759

848

1047

1267

1636

320

88

123

157

201

245

299

353

417

481

554

630

713

795

982

1188

1534

330

86

119

152

195

238

290

343

405

466

538

609

690

771

952

1152

1487

附录4 其他规定

1.混凝土结构构件的承载力安全系数

表2.混凝土结构构件的承载力安全系数K

水工建筑物级别

1

2、3

4、5

荷载效应组合

基本

组合

偶然

组合

基本

组合

偶然

组合

基本

组合

偶然

组合

钢筋混凝土、预应力混凝土

1.35

1.15

1.20

1.00

1.15

1.00

素混凝土

按受压承载力计算的受压构件、局部承压

1.45

1.25

1.30

1.10

1.25

1.05

按受拉承载力计算的受压、受弯构件

2.20

1.90

2.00

1.70

1.90

1.60

注1:水工建筑物的级别应根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)确定。

注2:结构在使用、施工、检修期的承载力计算,安全系数K应按表中基本组合取值;对地震及校核洪水位的承载力计算,安全系数K应按表中偶然组合取值。

注3:当荷载效应组合由永久荷载控制时,表列安全系数K应增加0.05。

注4:当结构的受力情况较为复杂、施工特别困难、荷载不能准确估计、缺乏成熟的设计方法或结构有特殊要求时,承载力安全系数K宜适当提高。

2.混凝土保护层最小厚度

表2.混凝土保护层最小厚度    单位:mm

项次

构 件 类 别

环 境 类 别

1

板、墙

20

25

30

45

50

2

梁、柱、墩

30

35

45

55

60

3

截面厚度不小于2.5m的底板及墩墙

40

50

60

65

注1:直接与地基接触的结构底层钢筋或无检修条件的结构,保护层厚度应适当增大。

注2:有抗冲耐磨要求的结构面层钢筋,保护层厚度应适当增大。

注3:混凝土强度等级不低于C30且浇筑质量有保证的预制构件或薄板,保护层厚度可按表中数值减小5mm。

注4:钢筋表面涂塑或结构外表面敷设永久性涂料或面层时,保护层厚度可适当减小。

注5:严寒和寒冷地区受冰冻的部位,保护层厚度还应符合《水工建筑物抗冰冻设计规范》(SL211-2006)的规定。

3.纵向受力钢筋的最小配筋率

表3.钢筋混凝土构件纵向受力钢筋的最小配筋率ρmin(%)

项次

分    类

钢 筋 种 类

HPB235级

HRB335级

HRB400级、RRB400级

1

受弯构件、偏心受拉构件的受拉钢筋

0.25

0.20

0.20

0.15

0.20

0.15

2

轴心受压柱的全部纵向钢筋

0.60

0.60

0.55

3

偏心受压构件的受拉或受压钢筋

柱、拱

墩墙

0.25

0.20

0.20

0.15

0.20

0.15

注1:项次1、3中的配筋率是指钢筋截面面积与构件肋宽乘以有效高度的混凝土截面面积的比值,即ρ=As/bh0或ρ'=As'/bh0;项次2中的配筋率是指全部纵向钢筋截面面积与柱截面面积的比值。

注2:温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时,纵向受拉钢筋的最小配筋率应适当增大。

注3:当结构有抗震设防要求时,钢筋混凝土框架结构构件的最小配筋率应按SL191-2008规范中第13章的规定取值。

4.梁中箍筋的最大间距

表4.梁中箍筋的最大间距s    单位:mm

项次

梁高h

KV>Vc

KV≤Vc

1

h≤300

150

200

2

300<h≤500

200

300

3

500<h≤800

250

350

4

h>800

300

400

注:薄腹梁的箍筋间距宜适当减小。

参考文献

[1] 河海大学, 大连理工大学, 西安理工大学等. 水工钢筋混凝土结构学-第4版[M]. 中国水利水电出版社, 2009.

[2] 中华人民共和国水利部发布. 中华人民共和国水利行业标准水工混凝土结构设计规范:SL191-2008:[S]. 中国水利水电出版社, 2008.

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