《混凝土设计》PPT课件.ppt

2.4单层厂房柱的设计,2.4.1柱截面几何尺寸的拟定,2.4.2矩形及工字形截面柱的配筋计算,一般按偏心受压构件进行配筋计算，箍筋按构造要求配置。,柱配筋通常采用对称配筋方式。,2.4.3矩形及工字形截面柱的构造,2.4.4柱牛腿设计,在厂房结构钢筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托架、吊车梁和连系梁等构件的部位，设置从柱侧面伸出的短悬臂，称为牛腿。牛腿按承受的竖向力作用点至牛腿根部柱边缘水平距离的不同分为两类：,时为长牛腿(图a)，按悬臂梁进行设计；时为短牛腿(图b)，是一个变截面短悬臂深梁。,（1）牛腿的应力状态和破坏过程试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历弹性、裂缝出现与开展和最后破坏三个阶段。,弹性阶段通过环氧树脂牛腿模型的光弹试验，得到了主应力迹线。,图2-57牛腿主应力图,裂缝出现与开展阶段试验表明，当荷载达到极限荷载的20%40%时，由于上柱根部与牛腿交界处的主拉应力集中现象，在该处首先出现自上而下的竖向裂缝，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力性能影响不大；当荷载达到极限荷载的40%60%时，在加载垫板内侧附近出现一条斜裂缝，其方向大体与主压应力轨迹线平行。,破坏阶段随a/h0值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态:,弯压破坏,当1ah00.75且纵向钢筋配筋率偏低时，随着荷载增加，斜裂缝不断向受压区延伸，纵筋应力不断增加并逐渐达到屈服强度，这时斜裂缝外侧部分绕牛腿下部与柱交接点转动，致使受压区混凝土压碎而引起破坏(图a)。设计中用配置足够数量的纵向受拉钢筋来避免出现这种破坏现象。,图2-58牛腿的破坏形态,斜压破坏,当ah00.10.75时，随着荷载增加，在斜裂缝外侧整个压杆范围内，出现大量短小斜裂缝，当这些斜裂缝逐渐贯通时，压杆内混凝土剥落崩出，牛腿即破坏(图b)；有些牛腿不出现裂缝，而是在加载垫板下突然出现一条通长斜裂缝而破坏(图c)。这些现象称为斜压破坏，破坏时纵向受拉钢筋达到屈服强度。牛腿承载力计算主要是以这种破坏模式为依据的。,剪切破坏,当ah045时，取45。,牛腿尺寸及配筋,为了防止牛腿顶面加载垫板下混凝土的局部受压破坏，垫板下的局部压应力应满足,式中：A为局部受压面积；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。,牛腿的外边缘高度h1不应小于h3，且不应小于200mm，以防止非根部受拉破坏；牛腿外边缘至吊车梁外边缘的距离不宜小于70mm，以防止发生保护层剥落；牛腿底边倾斜角45,纵向受力钢筋,（3）牛腿配筋计算,计算简图：试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，其受力特征可以用由牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆和牛腿内的斜向受压混凝土为压杆组成的三角桁架模型来描述。,图2-60牛腿的计算简图,纵向受力钢筋计算：在竖向力设计值Fv和水平拉力设计值Fh共同作用下，通过对A点取力矩平衡可得：,近似取，则由上式可得纵向受力钢筋总截面面积As为,式中Fv、Fh分别为作用在牛腿顶部的竖向力设计值和水平拉力设计值；对支承吊车梁的牛腿，当吊车梁的上部通过连接钢板与上柱连接时，牛腿上无此拉力。对支承屋架或其他构件的牛腿，则应考虑水平拉力的影响,a意义同前，当ab/6时，pmin0,地基一部分为拉应力,则基础底面的实际压力分布为3al,根据平衡关系：,式中l垂直于力矩作用方向的基础底面边长;a合力作用点至基础底面最大压应力边缘的距离,。,在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：,在确定偏心荷载作用下基础的底面尺寸时，一般采用试算法。首先按轴心荷载作用下初步估算基础的底面面积；再考虑基础底面弯矩的影响，将基础底面积适当增加（2040）%，初步选定基础底面的边长l和b（一般b/l=1.52.0，多采用1.5左右），计算偏心荷载作用下基础底面的压力值，然后验算是否满足要求；如不满足，应调整基础底面尺寸重新验算，直至满足为止。,2.6.2基础高度的确定,独立基础的高度除应满足构造要求外，还应根据柱与基础交接处以及基础变阶处混凝土的受冲切承载力计算确定。,基础冲切破坏示意图,建筑地基基础设计规范规定，对矩形截面柱的矩形基础，柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力应按下列公式验算：,pj按荷载效应基本组合计算并考虑结构重要系数的基础底面地基净反力设计值(扣除基础自重及其上的土重)；当为轴心荷载时，；当为偏心受力时，可取最大的净反力设计值，pjpnmax。,基础的受冲切承载力截面位置,2.6.3基础配筋计算,独立基础底板的受力状态可看作在地基土反力作用下支承于柱上倒置的变截面悬臂板。基础底板配筋采用地基土净反力。,(1)轴心荷载作用下的基础：将基础底板划分为四个区块，每个区块都可看作是固定于柱边的悬臂板，且区块之间无联系。,基础底板配筋计算图,由于长边方向的钢筋一般置于沿短边方向钢筋的下面，此处若假定b方向为长边，故沿长边b方向的受力钢筋截面面积，可近似按下式计算：,如果基础底板两个方向受力钢筋直径均为d，则截面的有效高度为(h0d)，故沿短边l方向的受力钢筋截面面积为：,荷载效应的基本组合,(2)偏心荷载作用下的基础：当台阶的宽高比小于或等于2.5和偏心矩小于或等于1/6基础宽度时，沿弯矩作用方向在任意截面处，及垂直于弯矩作用方向在任意截面处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值可分别按下列公式计算：,当按上式求得弯矩设计值M、M后，其相应的基础底板受力钢筋截面面积可近似地按轴心受压公式进行计算。,2.6.4基础的构造要求,基础形状：独立基础的底面一般为矩形，长宽比宜小于2。基础的截面形状一般可采用对称的阶梯形或锥形。,底板配筋：基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。当基础底面边长大于或等于2.5m时，底板受力钢筋的长度可取边长的0.9倍，并宜交错布置。,杯口深度：杯口的深度等于柱的插入深度h1+50mm。为了保证预制柱能嵌固在基础中，柱伸入杯口应有足够的深度h1；h1还应满足柱内受力钢筋锚固长度的要求，并应考虑吊装安装时柱的稳定性。,杯口尺寸：杯口应大于柱截面边长，其顶部每边留出75mm，底部每边留出50mm，以便预制柱安装时进行就位、校正，并二次浇筑细石混凝土。,杯底厚度：杯底应具有足够的厚度a1，以防预制柱在安装时发生杯底冲切破坏。,锥形基础的边缘高度:一般取a2200mm，且a2a1和a2hc/4（hc为预制柱的截面高度）；当锥形基础的斜坡处为非支模制作时，坡度角不宜大于250，最大不得大于350。,混凝土强度等级：基础的混凝土强度等级不宜低于C20。垫层的混凝土强度等级应为C10。,独立基础外形尺寸和配筋构造,2.6.6基础梁的内力计算,对基础梁的设计可采用以下两种方法：（1）按组合梁考虑（2）按半无限体弹性地基上的梁计算,2.7单层厂房排架设计实例,1.根据设计资料，进行结构方案的设计和主要承重构件的选型2.计算简图及柱截面尺寸确定3.荷载的计算4.内力分析（各种荷载单独作用下的计算简图及内力图）5.内力组合（各控制截面的最不利内力）6.柱的截面设计(配筋计算、裂缝宽度验算、牛腿设计和柱吊装验算)7.独立基础的设计（荷载计算、地基承载力验算、基础抗冲切强度验算、基础配筋计算）8.绘制施工图,习题：某单层单跨工业厂房，跨度为18m，柱距6m。厂房内设有三台10t吊车，吊车工作制级别为A5，有关参数见表。试计算作用在排架柱上的吊车竖向荷载标准值和横向水平荷载标准值。（见课本P45图2-39）,作业：P155