单层工业厂房(第四节)

1、天津城市建设学院天津城市建设学院3.4 3.4 排架柱设计排架柱设计矩形：矩形：h600mm工形：工形：h8001500mm双肢柱：双肢柱：h1600mm天津城市建设学院天津城市建设学院排架柱设计的设计内容：排架柱设计的设计内容：确定柱的外形尺寸（包括上柱高、下柱高、横截面尺寸、确定柱的外形尺寸（包括上柱高、下柱高、横截面尺寸、牛腿尺寸等）牛腿尺寸等）选择柱的型式选择柱的型式柱截面配筋设计柱截面配筋设计牛腿设计牛腿设计连接构造设计连接构造设计天津城市建设学院天津城市建设学院3.4.1 3.4.1 柱截面配筋设计柱截面配筋设计（1）截面配筋计算截面配筋计算 在对柱进行受压承载力计算或验算时，柱的

2、偏心距增大系数在对柱进行受压承载力计算或验算时，柱的偏心距增大系数 或或稳定系数稳定系数 与柱的计算长度与柱的计算长度 有关。有关。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范根据单根据单层厂房的实际支承及受力特点，结合工程经验所给出的计算长度层厂房的实际支承及受力特点，结合工程经验所给出的计算长度 。0l0l 刚性屋盖单层厂房排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度刚性屋盖单层厂房排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度柱的类型柱的类型排排 架架 方方 向向垂直排架方向垂直排架方向有柱间支撑有柱间支撑无柱间撑无柱间撑无吊车无吊车厂房柱厂房柱单单 跨跨1.5H1.0H1.2H两跨及多跨两跨及多跨1.25H1.

3、0H1.2H有吊车有吊车厂房柱厂房柱上上 柱柱2.0Hu1.25Hu1.5Hu下下 柱柱1.0Hl0.8Hl1.0Hl露天吊车柱和栈桥柱露天吊车柱和栈桥柱2.0Hl1.0Hl一、使用阶段计算一、使用阶段计算天津城市建设学院天津城市建设学院（2）构造要求构造要求 柱的柱的混凝土强度等级混凝土强度等级不宜低于不宜低于C20C20，纵向受力钢筋直径纵向受力钢筋直径d d不宜不宜小于小于12mm12mm，全部纵向钢筋的配筋率不宜超过，全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5% 5% 。 柱内纵向钢筋的净距柱内纵向钢筋的净距不应小于不应小于50mm50mm；对水平浇筑的预制柱，；对水平浇筑的预制柱，其上部纵向钢筋

4、的最小净间距不应小于其上部纵向钢筋的最小净间距不应小于30mm30mm和和1.51.5d d( (为钢筋的最大为钢筋的最大直径直径) )，下部纵向钢筋的最小净间距不应小于，下部纵向钢筋的最小净间距不应小于25mm25mm和和d d。 偏心受压柱中垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋以及轴心偏心受压柱中垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋以及轴心受压柱中各边的纵向受压柱中各边的纵向受力钢筋受力钢筋，其，其中距中距不宜大于不宜大于300mm300mm。天津城市建设学院天津城市建设学院主要是主要是柱的吊装验算柱的吊装验算 柱柱在其自重作用在其自重作用下为受弯构件，其计下为受弯构件，其计算简图和弯矩图如图算简

5、图和弯矩图如图所示，一般取所示，一般取上柱柱上柱柱底底、牛腿根部牛腿根部和和下柱下柱跨中跨中三个三个控制截面控制截面。 柱的吊装方式及计算简图柱的吊装方式及计算简图荷载取柱自重标准值，并乘以动力系数荷载取柱自重标准值，并乘以动力系数1.5；柱的混凝土强度一般按设计强度的柱的混凝土强度一般按设计强度的70%考虑；考虑；因吊装验算是临时性的，故构件安全等级可较其使用阶段的安全等因吊装验算是临时性的，故构件安全等级可较其使用阶段的安全等级降低一级。级降低一级。二、施工阶段验算二、施工阶段验算天津城市建设学院天津城市建设学院一、牛腿的分类一、牛腿的分类3.4.2 3.4.2 牛腿设计牛腿设计 在厂房结

6、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，称为构件的部位，设置从柱侧面伸出的短悬臂，称为牛腿牛腿。 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分为两类： 时为时为长牛腿长牛腿，按悬臂梁进行设计；，按悬臂梁进行设计； 时为时为短牛腿短牛腿 ，是一个变截面短悬臂深梁。，是一个变截面短悬臂深梁。0ah0ah天津城市建设学院天津城市建设学院 试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大

7、体经历弹性弹性、裂缝出现与开展裂缝出现与开展和和最后破坏最后破坏三个阶段。三个阶段。 弹性阶段弹性阶段 ：通过通过 环环氧树脂牛腿模型的氧树脂牛腿模型的光弹试验，得到了光弹试验，得到了主应力迹线。主应力迹线。牛腿的应力状态牛腿的应力状态0/0.5a h二、牛腿的受力二、牛腿的受力 天津城市建设学院天津城市建设学院裂缝出现与开展阶段裂缝出现与开展阶段( (见教材见教材107107页图页图3.42)3.42) ： 试验表明，当荷载达到极限荷载的试验表明，当荷载达到极限荷载的20%40%时，由于上柱根部与时，由于上柱根部与牛腿交界处的主牛腿交界处的主拉应力集中拉应力集中现象，在该处首先出现自上而下的

8、现象，在该处首先出现自上而下的竖向裂竖向裂缝缝，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力性能影响不大；，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当荷载达到极限荷载的40%40%60%60%时，在加载垫板内侧附近出现一条时，在加载垫板内侧附近出现一条斜裂缝斜裂缝，其方向大体与主压应力轨迹线平行。，其方向大体与主压应力轨迹线平行。 天津城市建设学院天津城市建设学院破坏阶段破坏阶段 ：随随a/h0值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态：值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态： 弯压破坏：如图弯压破坏：如图(a)(a) 剪切破坏剪切破坏：如图（：如图（d）斜压破坏：如图斜压破坏：如图(

9、b)(c(b)(c) ) 牛腿的破坏形态牛腿的破坏形态 天津城市建设学院天津城市建设学院v弯压破坏弯压破坏当1a /h00.75时，且纵向钢筋配筋率较低时，随着荷载增加纵向钢筋应力不断增加最终受拉钢筋屈服，牛腿下部与柱相交的受压区砼压碎。防止措施：合理的牛腿截面尺寸，防止措施：合理的牛腿截面尺寸，并进行牛腿正截面承载力计算，配并进行牛腿正截面承载力计算，配置一定的牛腿受拉钢筋。置一定的牛腿受拉钢筋。天津城市建设学院天津城市建设学院v斜压破坏斜压破坏当a /h0=0.10.75时，随着荷载增加，整个压杆范围内出现大量短小斜裂缝，裂缝贯通后，混凝土压碎，或形成一条通长斜裂缝而破坏。防止措施：足够的

10、截面防止措施：足够的截面尺寸。尺寸。天津城市建设学院天津城市建设学院v剪切破坏剪切破坏 当a /h00.1时，牛腿与下柱的交接面上出现一系列短而细的斜裂缝，最后牛腿沿此裂缝从柱上切下而破坏。防止措施：满足必要的截面构造尺防止措施：满足必要的截面构造尺寸要求；因剪切破坏承载力很高，寸要求；因剪切破坏承载力很高，配筋只需按构造要求。配筋只需按构造要求。另外，当加载垫板过小时，还可能发生另外，当加载垫板过小时，还可能发生局部受压破坏局部受压破坏。天津城市建设学院天津城市建设学院（1）牛腿几何尺寸的确定牛腿几何尺寸的确定 牛腿的截面宽度与柱宽相同。牛腿的截面宽度与柱宽相同。 牛腿截面高度通常根据牛腿截

11、面高度通常根据斜截面抗裂条件斜截面抗裂条件进行验算进行验算： 式中式中Fvk、Fhk分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合计算的竖 裂缝控制系数；裂缝控制系数； a竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离向力和水平拉力值；向力和水平拉力值；b牛腿宽度；牛腿宽度； h0牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。三、牛腿的设计计算三、牛腿的设计计算 005 . 05 . 01habhfFFFtkvkhkvk天津城市建设学院天津城市建设学院 牛腿尺寸及配筋牛腿尺寸及配筋还应满足构造尺寸的要求还应满

12、足构造尺寸的要求牛腿外边缘高度牛腿外边缘高度h1200mm且且h/3，一般取，一般取h1200300mm；牛腿下边缘倾角牛腿下边缘倾角45天津城市建设学院天津城市建设学院（2）牛腿的正截面承载力计算牛腿的正截面承载力计算计算简图计算简图：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受力特征可以用由牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆水平纵向受力钢筋为拉杆和牛腿内的和牛腿内的斜斜向受压混凝土为压杆向受压混凝土为压杆组成的组成的三角桁架模型三角桁架模型来描述。来描述。 牛腿的计算简图牛腿的计算简图天津城市建设学院天津城市建设学院纵向

13、受力钢筋计算纵向受力钢筋计算 ：在竖向力设计值：在竖向力设计值Fv和水平拉力设计值和水平拉力设计值Fh共共同作用下，通过对同作用下，通过对 A 点取力矩平衡可得：点取力矩平衡可得：近似取近似取 ， ，则由上式可得纵向受力钢筋，则由上式可得纵向受力钢筋总截面面积总截面面积As为为式中式中 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；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； a意义同前，当意义同前，当a0.3h0时，取时，取a=0.3h0； fy为纵向受拉钢筋强度设计值。为纵向受拉钢筋强度设计值。 vhs0syss0F aFhaf Ahs0.85s0ss0/1.2ha

14、hvhsy0y1.20.85F aFAf hf天津城市建设学院天津城市建设学院牛腿配筋构造牛腿配筋构造构造要求构造要求 ：纵向受拉钢筋：纵向受拉钢筋：钢筋数量不宜少于钢筋数量不宜少于4根，直径不宜小于根，直径不宜小于12mm，配筋率不，配筋率不宜大于宜大于0.6%，不应小于，不应小于0.2%及及0.45ft/fy。天津城市建设学院天津城市建设学院 水平箍筋及弯起钢筋水平箍筋及弯起钢筋 在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜截面受剪承载力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯

15、起钢筋。 水平箍筋水平箍筋的直径应取的直径应取6-12mm6-12mm，间距，间距100-150mm100-150mm，且在上部，且在上部2 2h h0 0/3/3范围内范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/21/2。 当牛腿的当牛腿的剪跨比剪跨比a a/ /h h0 00.30.3时，宜设置时，宜设置弯起钢筋弯起钢筋。 纵向受拉钢筋纵向受拉钢筋不得兼作不得兼作弯起钢筋。弯起钢筋。 弯起钢筋的弯起钢筋的锚固锚固同纵向受力钢筋。同纵向受力钢筋。 天津城市建设学院天津城市建设学院4 4 抗风柱的设计抗风柱的设计

16、 抗风柱承受山墙传来的风荷载，其外边缘与厂房横向封闭轴线重合，抗风柱承受山墙传来的风荷载，其外边缘与厂房横向封闭轴线重合，离屋架中心线离屋架中心线600mm600mm。为了避免抗风柱与端屋架相碰，应将抗风柱的上部。为了避免抗风柱与端屋架相碰，应将抗风柱的上部截面高度适当减小，形成变截面柱。截面高度适当减小，形成变截面柱。抗风柱计算简图抗风柱计算简图（1）抗风柱尺寸的确定抗风柱尺寸的确定 抗风柱截面尺寸除了满抗风柱截面尺寸除了满足有关截面尺寸的限值外，足有关截面尺寸的限值外，上 柱 截 面 尺 寸 不 宜 小 于上 柱 截 面 尺 寸 不 宜 小 于350mm300mm，下柱截面，下柱截面高度不

17、宜小于高度不宜小于600mm。 抗风柱的柱顶标高应低抗风柱的柱顶标高应低于屋架上弦中心线于屋架上弦中心线50mm；同时抗风柱变阶处的标高应同时抗风柱变阶处的标高应低于屋架下弦底边低于屋架下弦底边200mm。 天津城市建设学院天津城市建设学院（2）计算简图及内力分析计算简图及内力分析 抗风柱顶部一般支承在端屋架的抗风柱顶部一般支承在端屋架的上弦节点上弦节点处，处，支承点支承点可视为不动可视为不动铰支座铰支座； 柱底部固定于基础顶面柱底部固定于基础顶面； 当屋架下弦设有横向水平支撑时，抗风柱亦可与当屋架下弦设有横向水平支撑时，抗风柱亦可与屋架下弦屋架下弦相连接，相连接，作作为抗风柱的另一个为抗风柱

18、的另一个不动铰支座不动铰支座；当在山墙内侧设置水平抗风梁或抗；当在山墙内侧设置水平抗风梁或抗风桁架时，则风桁架时，则抗风梁（或桁架）抗风梁（或桁架）也为抗风柱的一个也为抗风柱的一个支座支座。 由于山墙的重量一般由基础梁承受，故抗风柱由于山墙的重量一般由基础梁承受，故抗风柱主要承受风荷载主要承受风荷载，若忽略抗风柱自重，则可若忽略抗风柱自重，则可按按变截面受弯构件变截面受弯构件进行设计进行设计。 当山墙处设有连系梁时，则抗风柱可按当山墙处设有连系梁时，则抗风柱可按变截面的偏心受压构件变截面的偏心受压构件进行设计。进行设计。4 4 抗风柱的设计抗风柱的设计天津城市建设学院天津城市建设学院3.5 柱

19、下单独基础设计柱下单独基础设计1 1 基础的分类与设计内容基础的分类与设计内容 (1)柱下独立基础（扩展基础）根据其柱下独立基础（扩展基础）根据其受力性能受力性能可分为：可分为： 轴心受压基础轴心受压基础 偏心受压基础偏心受压基础(2)基础的基础的设计内容设计内容： 基础的形式；基础的形式； 埋置深度；埋置深度； 底面尺寸底面尺寸； 基础高度基础高度； 底板的配筋计算底板的配筋计算；对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应进行变形对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应进行变形或稳定性验算；或稳定性验算； 当独立基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚当独立基础的混凝土强度等级

20、小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下独立基础顶面的局部受压承载力。应验算柱下独立基础顶面的局部受压承载力。天津城市建设学院天津城市建设学院2 2 基础底面尺寸基础底面尺寸 （1 1）轴心荷载作用下的基础轴心荷载作用下的基础 ：在轴心荷载作用下，基础底面的压在轴心荷载作用下，基础底面的压力为均匀分布，设计时应满足：力为均匀分布，设计时应满足： 轴心受压基础压力分布轴心受压基础压力分布kkkaNGpfA 若基础的埋置深度为若基础的埋置深度为d，基础及其上填土的平均重基础及其上填土的平均重度为度为 , ,则则 ，可，可得基础底面面积为：得基础底面面积为： 0k0GdAka0NAfd天津城市建设学院

21、天津城市建设学院 （2）偏心荷载作用下的基础偏心荷载作用下的基础 ：在偏心荷载作用下，基础底面的压力：在偏心荷载作用下，基础底面的压力为线性分布。为线性分布。 偏心受压基础压力分布偏心受压基础压力分布2 2 基础底面尺寸基础底面尺寸天津城市建设学院天津城市建设学院基础底面边缘的压力可按下式计算：基础底面边缘的压力可按下式计算：取取 ，并将，并将 代入，可将基础底面边缘的压力值写代入，可将基础底面边缘的压力值写成如下形式：成如下形式：k,maxbkbkk,minpNMpAWbkkkwkNNGNbkkwkwkMMV hNe0bkbk/eMN2/6Wlbk,maxbk0k,min61pNeplbb2

22、 2 基础底面尺寸基础底面尺寸天津城市建设学院天津城市建设学院在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：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，一般采用试算法试算法。首先。首先按轴心荷载作用下按轴心荷载作用下初步估算基础的底面面积初步估算基础的底面面积；再；再考虑基础底面弯矩的影考虑基础底面弯矩的影响响，将基础底面积适当，将基础底面积适当增加（增加（20-40）%，初步选定基础底面的边长初步选定基础底面的边长l和和b，计算偏心荷载作用下计算偏心荷载作用下基础底面的压力值基础底面的压力值，然后

23、验算是否满足要求；如不，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。满足，应调整基础底面尺寸重新验算，直至满足为止。 k,maxa1.2pfk,maxk,mina2pppf2 2 基础底面尺寸基础底面尺寸天津城市建设学院天津城市建设学院3 3 基础高度验算基础高度验算 独立基础的高度独立基础的高度除应除应满足构造要求满足构造要求外，还应根据柱与基础交接处以及基外，还应根据柱与基础交接处以及基础变阶处混凝土的础变阶处混凝土的受冲切承载力受冲切承载力计算计算确定。确定。基础冲切破坏示意图基础冲切破坏示意图天津城市建设学院天津城市建设学院 建筑地基基础设计规范建筑地基基

24、础设计规范规定，对矩形截面柱的矩形基础，柱规定，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：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： lhptm00.7Ff a hljlFp Amtb()/2aaa3 3 基础高度验算基础高度验算天津城市建设学院天津城市建设学院基础的受冲切承载力截面位置基础的受冲切承载力截面位置3 3 基础高度验算基础高度验算天津城市建设学院天津城市建设学院4 4 基础底板配筋基础底板配筋 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

25、倒置的变截面悬臂板。基础底板配筋采用。基础底板配筋采用地基土净反力地基土净反力。 (1) 轴心荷载作用下的基础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：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。都可看作是固定于柱边的悬臂板，且区块之间无联系。 ttjalbbpM2242 ttjbbalpM2242基础底板配筋计算图基础底板配筋计算图天津城市建设学院天津城市建设学院 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，故沿长边方向为长边，故沿长边b方向的受力钢筋截

26、面面积，可近似按下式计算：方向的受力钢筋截面面积，可近似按下式计算： ysfhMA09 . 0 如果基础底板两个方向受力钢筋直径均为如果基础底板两个方向受力钢筋直径均为d，则截面，则截面的有效高的有效高度为，故沿短边度为，故沿短边l方向的受力钢筋截面面积为：方向的受力钢筋截面面积为：ysfdhMA09 . 04 4 基础底板配筋基础底板配筋天津城市建设学院天津城市建设学院 (2) 偏心荷载作用下的基础偏心荷载作用下的基础：当偏心矩小于或等于：当偏心矩小于或等于1/6 基础宽度基础宽度时，沿弯矩作用方向在任意截面时，沿弯矩作用方向在任意截面处，及垂直于弯矩作用方向处，及垂直于弯矩作用方向在任意截面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：别按下列公式计算：lppAGppalaMjjjj,max,max,2122121 AGppbbalMjj22481min,max,2 当按上式求得弯矩设计值当按上式求得弯矩设计值 、 后，其相应的基础底板受力后，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。钢筋截面面积可近似地按轴心受压公式进行计算。MM4 4 基础底板配筋基础底板配筋天津城市建设学院天津城市建设学院5 5 构造要求构造要求基础形状基础形状：独立基础的底面一般为矩形，长宽比宜