专利名称：钢筋混凝土梁板结构设计计算尺的制作方法
技术领域：
本发明包括以下三个内容
1、钢筋混凝土单筋矩形截面梁正截面弯矩配筋计算尺；
2、每1000mm宽钢筋混凝土板弯矩配筋计算尺；
3、钢筋混凝土梁斜截面受剪承截力计算尺。
本发明属于钢筋混凝土结构设计技术领域。
本发明是钢筋混凝土梁板设计计算及工程复核的专用工具，供广大土木工程设计施工技术人员及大专院校有关专业师生使用。
目前，作钢筋混凝土梁板结构计算，除电算外，还是靠各种版本的钢筋混凝土结构设计手册作为工具书，利用其中的有关公式、表格进行梁板结构设计计算，十分繁琐。使用本发明的计算尺作有关设计计算，能显著提高设计工作效率和设计质量，减轻脑力劳动强度。
尺上所有刻度均为对数刻度。
图1是钢筋混凝土单筋矩形截面梁正截面弯矩配筋计算尺。该尺的设计是按公式
进行构思的。此式是发明人自己推导的，在现有技术资料及教科书中都没有。这个公式的导出是产生本发明地关键。尺面设计的基本原理就是将上式演变成对数计算尺上的刻度。
由于配筋率
，代入导出的公式可得
上式中，暂将fcm、fy视为常数(为材料强度等级参数)，则配筋率即ρ是
的函数。尺面设计，将设计弯矩值M置于M数轴上；将bh02置于h1数轴上(不是用数字，而是用梁高标注，方便使用)，此处视b为常数，取定b＝250mm，而将变量b设置于游标面上，见图2。按照配筋率的函数关系式
，即可用h1数轴上的某一相关数去除M数轴上的某一相关数，将得到一个相应的配筋率ρ值。
但事实上材料强度等级参数fcm、fy不是常数，它们将随所取定的材料强度等级(如混凝土有c15、c20、c25等等，钢筋有I级、II级等等)的不同而变化，且直接影响ρ值的计算结果。为此，按混凝土和钢筋的材料强度等级参数一般常用的七种组合c15-I级、c20-I级、c20-II级、c25-II级、c30-II级、c25-III级、c30-III级分别设计出ρ1-ρ7七条数轴，这样，视材料强度等级参数组合的具体情况，M数轴被h1数轴
，可在ρ1-ρ7的某一数轴上得到一个唯一确定的ρ值。这就是在已知设计弯矩值M、梁断面尺寸b、h后能在计算尺上求得配筋率ρ的基本原理。
求得确定的ρ值后，利用下式
As＝ρbh0
即可求得所需受力钢筋截面面积As值。尺面上除ρ1-ρ7外，设置了一条通用的ρ数轴和一条代表bh0的h2数轴(此处仍取b＝250mm，变量b反映在游标面上)。具体操作将ρ数轴与h2数轴相乘，即可在As数轴上得到所需受力钢筋的截面面积As值。如此构思，一个十分复杂的计算公式在本发明的计算尺上十分简单的先一
，后一
，即可得到结果。比翻书查表或用计算器运算要快得多。既方便，又准确。
当然，也可以在已知设计弯矩值M，并选定材料强度等级和一个经济配筋率p值后，在计算尺上算出合理的梁截面尺寸b、h，并求得受力钢筋截面面积As。
还可以在已知b、h、As并确定材料强度等级参数后求梁所能承受的设计弯矩值M，即进行工程复核。
图2是梁弯矩配筋计算尺游标板面设计图。图1尺面上的h1(代表bh02)数轴、h2(代表bh0)数轴均视b为常数，取定b＝250mm，而将事实上是变量的b值刻度设置在游标板面上，使计算尺尺面设计得以简化。
图3是每1000mm宽钢筋混凝土板弯矩配筋计算尺。
图3与图l原理完全相同，只不过b＝1000mm是个常数。因此它的游标面上只有一条游标线a，没有b的刻度线。
图4是钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力计算尺尺面设计图。
尺面设计的基本原理是将书本上的受剪承载力有关公式演变成对数计算尺上的刻度。
尺面设计考虑了均布荷载作用下和集中荷载(包括作用有多种荷载，且其于集中荷载对支座截面所产生的剪力值占该截面总剪力值的75％以上的情况)作用下两种情况。
首先是计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]。值设在A数轴上。A数轴上的[V0]是当截面特征系数m≤4时的[V]。值设在B数轴上。
均布荷载情况下用
线对准相应的混凝土强度等级c15-c30；集中荷载作用下则用λ线对准相应的混凝土强度等级c15-c30。然后滑动游标，使游标线a对准C数轴上相应的h值，在游标面上相应的b值线下读出[Vc]及[V0]，再使游标线a对准[V0]，在游标线m值线下读出[V]。
h值形如
时，当纵向受力钢筋为一排时，用下半段长线，为两排时，用上半段短线。
m为截面特征系数。
hw为截面的腹板高度。矩形截面取有效高度h0，T形截面取有效高度减去翼缘高度，工形截面取腹板净高。
当设计剪力值V≤[Vc]，箍筋按构造要求配置即可。
当V＞[V]时，应加大梁截面尺寸或提高混凝土强度等级，使其满足V≤[V]。
当V≤[V]时，进行下一步计算。
先计算需要箍筋承受的剪力值VsVS＝V-[VC]-Vw。(Vw为已知弯起钢筋所能承担的剪力值。Vw的计算见图6，设在本尺反面)。
然后使
线对准E数轴上所选定的箍筋直径甲6-10。滑动游标线a，使其对准C数轴上相应的h值。拉尺均布荷载时，令D数轴上的Vs值对准游标线a；集中荷载时令VS对准游标面上的线P，此时，
线所对准的E数轴上的某一数S即为所求的箍筋间距值。
在既有均布荷载，又有集中荷载时，令由均布荷载算出的箍筋间距为S1，由集中荷载算出的箍筋间距为S2，则所求箍筋间距。
在已知箍筋直径和间距时，求箍筋受剪承载力Vs的方法如下
1、
线对准已知的箍筋直径值6-10。
2、滑动游标使a线对准已知的h值。
3、拉尺使
线对准已知的S值。
4、在a线(均布荷载时)或P线(集中荷载时)下读得Vs值。
图5是梁斜截面受剪承载力计算尺游标板面设计图。
游标板面上的刻度均为对数刻度。作如下说明
1、a为常用游标线；两端a1、a2为辅助游标线，供两端游标滑动受阻时使用。
2、梁截面宽度参数b＝100-500mm，标记在游标板面上。图4尺面刻度假定b为常数(取b＝25Omm)
3、m是梁截面特征系数，
图4尺面中的[VC]尺刻度是假定m为常数(取m≤4)。
4、均布荷载时，Vs值对a线。集中荷载时，Vs值对P线。
图6是梁中弯起钢筋受剪承载力计算尺尺面设计图。
尺面设计的基本原理是将公式Vw＝0.8fyAbSinα演变成对数计算尺上的刻度。说明如下
1、图中45°、60°代表弯起钢筋的弯起角度；I、II、III代表钢筋级别，n(1-4)代表钢筋根数，Vw代表需要弯起钢筋承受的剪力值或已知弯起钢筋所能承受的剪力值。
2、已知Vw＝V-[VC]-Vs，求弯起筋。
一般起弯角为45°，当梁高h＞800mm时，可采用60°。
弯起钢筋级别(I-III级)及直径事先设定。
滑动游标线a使其对准已知的Vw。
拉尺使设定的弯起筋直径对准a线。
滑动游标线a使其对准
线。
拉尺使
线对准相应的
线，这时，在a线下求得所需弯起筋根数n值。
或者，先确定弯起筋根数n，求弯起筋直径
拉尺使
线对准
线。
滑动游标使a线对准n值，然后，拉尺使
线对准a线。
滑动游标使a线对准已知的Vw值，得弯起筋直径。
3、已知弯起筋起弯角度、级别、直径及根数，求Vw拉尺使
线对准
线，然后滑动α线对准已知的n值，拉尺使
线对准a线，然后滑动a线对准已知的弯起筋直径线，得Vw值。
图1与图3分别置于尺的正面和反面，组成一把计算尺，命名为
。图2的游标板面设计与图1配套使用。与图3配套使用的游标板面上只有一条游标线a和两条辅助游标线a1、d2。
图4与图6分别置于尺的正面和反面，组成一把计算尺，命名为
。图5的游标板面设计与图4配套使用。与图6配套使用的游标板面上只有一条游标线a和两条辅助游标线a1、a2。
辅助游标线a1、a2在游标活动受阻时使用。
尺的使用方法说明见附图。
用本发明的两把计算尺进行钢筋混凝土梁板结构设计计算，较之使用工具书中的有关公式、表格进行计算有如下优点
1、实用性本发明将梁板结构设计计算中所要用到的各个参数通过数学加工形成一个有机整体，摆在尺面上，哪个参数的变化对计算结果有何影响，一目了然，很直观。而计算手册中的表格是将有关参数按材料强度等级参数的不同组合一组组的分别列在不同的表中，摆在不同的页码上，应用时要东一篇、西一篇的去查找，费时费事，很不方便。相比之下，本发明在操作上要方便些，轻松些。计算速度快，计算结果准。所以，实用性很强。
2、连续性本发明计算尺是将各个参数附在数轴线段上，数轴所反映的数是连续的。手册表格中所列的数是不连续的。
3、灵活性由于本发明对钢筋混凝土梁板结构设计计算的各个参数，通过数学加工，有机地浓缩在尺面上，对各个参数的选定，在一定范围内可作灵活调整，为选定合理的截面尺寸、经济配筋率及合理地决定材料强度等级等，都提供了极大的方便，十分灵活。
为制作本发明所述的两把计算尺，可应用制作普通数学计算尺的材料及工艺，也可应用新材料、新工艺。制作本算尺的原则是刻度精确、结构坚固、使用方便。
拟批量生产本算尺，供广大工程技术人员及院校师生使用，使本发明尽快地转化为生产力，产生良好的经济效益和社会效益。
权利要求
本发明属于钢筋混凝土结构设计技术领域。是钢筋混凝土梁板设计计算及工程复核的专用工具。本发明的特征是利用对数原理将钢筋混凝土梁板设计的有关计算公式演变成尺面上的刻度，通过拉尺，即可得到钢筋混凝土梁板设计的结果。在钢筋混凝土梁板设计计算过程中，设计弯矩值、设计剪力值、梁板截面几何尺寸、混凝土强度等级、钢筋类别型号、荷载形式等各个参数都直接影向着梁板设计的计算结果。本发明是把上述各参数的数学关系及规范的有关规定按对数计算尺的原理融合成为一个有机整体，浓缩到尺面上，制成可在尺上进行计算的适用工具。
制作本算尺，可应用制作普通数学计算尺的材料及工艺，也可以应用新材料、新工艺。制作本算尺的原则是刻度精确、结构坚固、经久耐用。
全文摘要
本发明属于钢筋混凝土结构设计技术领域。在钢筋混凝土梁板设计计算过程中,设计弯矩值、设计剪力值、梁板截面几何尺寸、混凝土强度等级、钢筋类别型号、荷载形式等各个参数都直接影响着梁板设计的计算结果。本发明是把上述各参数的数学关系及规范的有关规定按对数计算尺的原理融合成为一个有机整体,浓缩到尺面上,制成可在尺上进行计算的适用工具。
文档编号G06C1/00GK1191999SQ97101379
公开日1998年9月2日 申请日期1997年2月25日 优先权日1997年2月25日
发明者杨祖文 申请人:杨祖文