单层厂房柱结构设计讲义讲稿.ppt
3.1 柱的型式,3 单层厂房柱,柱的截面型式有很多，有矩形、工字型、双肢柱、管柱等。矩形柱使用最普遍，为节约材料，下柱采用工字形柱的也较多。,3.2 矩形柱的设计,单厂柱设计的内容 确定柱的外形尺寸和截面尺寸；截面设计并满足构造要求；裂缝宽度验算；预制柱的吊装验算；柱的牛腿设计；,柱的截面尺寸应满足承载力和厂房刚度的要求。为保证厂房和构件的正常工作，柱的截面尺寸满足表12-2的要求。,设计时为了方便，可参考构造手册选取最小截面尺寸。,1.截面尺寸和外形构造尺寸,柱的外形尺寸尚需满足一定要求，可参考图集和构造手册。,抗震规范9.1.4规定：8度和9度时，厂房宜采用矩形、I形和斜腹杆双肢柱，不宜采用薄壁I形、腹板开孔柱、预制腹板的I形和管柱；柱底至室内地坪以上500mm范围内和阶形柱上柱宜采用矩形截面。,2.截面设计,根据排架计算求得的各控制截面最不利的内力组合(N，M)，分别对上柱和下柱进行配筋计算,（1）柱的计算长度l0,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,3.裂缝宽度验算,混凝土结构设计规范规定对 的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度对 的偏心受压构件，要进行裂缝宽度验算采用荷载准永久组合内力值。,柱的混凝土强度等级不宜低于C20，纵向受力钢筋直径d不宜小于12mm，全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5%。柱内纵向钢筋的净距不应小于50mm；对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小净间距不应小于25mm和d。垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋，其中距不应大于350mm。,4 构造要求,5、吊装验算,排架柱平卧预制,排架柱翻身起吊,排架柱平卧起吊,As,As,As,As,单点起吊,多点起吊,单点起吊吊装验算时，最不利受力阶段为吊点刚离开地面时，此时柱底端搁置在地面上，柱为在其自重下的受弯构件。,由此时的计算简图可知，一般可取上柱柱底、牛腿根部和下柱跨中三个控制截面。,根据排架柱的长度，可采取单点起吊和多点起吊方案。,吊装验算时，应注意：,1、考虑施工振动，柱自重应乘以动力系数1.5，柱重力荷载分项系数1.35。,2、吊装验算为临时性验算，构件安全等级可较其使用阶段的安全等级降低一级。,3、吊装时，混凝土强度一般按设计强度的70%考虑。即：吊装时，混凝土强度不得低于设计强度的70%。,6、多点起吊时，吊装方法应与施工单位共同商定并进行相应的验算。,4、吊装验算包括承载力和裂缝控制验算。,5、吊装验算配筋不足时，可在局部区段加配短钢筋。,定义：在厂房柱中，在柱侧面伸出的短悬臂，称为牛腿。作用：支承屋架、托架、吊车梁和连系梁等构件。分类：牛腿按承受的竖向力F作用点至下柱边缘水平距离a的大小分为两类：a h0时为长牛腿，按悬臂梁进行设计；a h0时为短牛腿，是一个变截面短悬臂深梁。,3.3 牛腿,1.牛腿的受力特点及破坏形态 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。,弹性阶段的应力分布通过a/h0=0.5 的环氧树脂模型的光弹性试验，得到主应力迹线。主拉力：上部：与牛腿上边缘平行 牛腿顶面需要水平钢筋 下部：向下倾斜 加载板内侧裂缝向下倾斜主压力：加载点b至a点迹线集中 可做压杆,裂缝的出现与开展,F=(0.20.4)Fu时，出现垂直裂缝；,F=(0.40.6)Fu时，出现第一条斜裂缝；,F0.80Fu，突然出现第二条斜裂缝，构件即将破坏。,说明：牛腿使用过程中不允许出现斜裂缝均指斜裂缝；a/h0值是影响斜裂缝出现迟早的主要参数，随a/h0值的增加，出现斜裂缝的荷载不断减小，因为a/h0sx斜裂缝提早出现。,破坏形态取决于a/h0的值,弯曲破坏 当ah00.75和纵向受力钢筋配筋率较低时，一般发生弯曲破坏。其特征是当出现裂缝后，随荷载增加，裂缝不断向受压区延伸，水平纵向钢筋应力也随之增大并逐渐达到屈服强度，这时裂缝外侧部分绕牛腿下部与柱的相交点转动，致使受压区混凝土压碎而引起破坏，见图(a)。,局部受压破坏 由于加载板过小或混凝土强度过低，很大的局部压应力而导致加载板下混凝土局部压碎破坏，见图(e)。,剪切破坏 又分纯剪破坏、斜压破坏和斜拉破坏三种。纯剪破坏 当a/h0 0.1或a/h0值虽较大而边缘高度h1较小时，可能发生沿加载板内侧接近竖直截面的纯剪破坏，其特征是在牛腿与下柱交接面上出现一系列短斜裂 缝。最后牛腿沿此裂缝从柱上切下而遭破坏，见图(b)，这时牛腿内纵向钢筋应力较低。斜压破坏和斜拉破坏 当a/h0=0.10.75时，可能发生斜压破坏或斜拉破坏，分别图(c)和(d)。,对同时作用Fv和Fh的牛腿的试验结果表明：由于Fh的作用，牛腿截面的开裂荷载比仅有Fv作用的牛腿有不同程度的降低。当Fh/Fv=0.20.5 时，开裂荷载下降3647，可见影响较大，同时牛腿的承载力亦降低。有无Fh的存在，两者的破坏规律相似。,牛腿在竖向力和水平拉力同时作用下的受力情况,2 牛腿的设计,牛腿的截面尺寸应根据斜裂缝控制条件和构造要求确定。,牛腿截面宽度b,牛腿截面宽度b：与排架柱宽度相同,牛腿截面高度h：？。,e,B,C1,牛腿外边缘高度h1：不应太小，否则将发生剪切破坏，h1不应小于h/3，且不应小于200mm。,倾角：不应太大，不应大于45（一般取45）,牛腿截面高度h由斜裂缝控制要求决定。,裂缝控制系数,按荷载标准组合计算的竖向力值、水平拉力值,竖向力作用点至下柱边缘的水平距离,此外，牛腿加载板尺寸不能过小，否则将导致加载板处局部承压能力不足。,若局部受压验算不满足，可采取加大受压面积、提高混凝土强度等级、或设置钢筋网片等措施。,计算简图,纵向受拉钢筋视为水平拉杆,竖向力作用点至牛腿根部的斜向混凝土视为斜压杆,A,B,A,B,0.2,（当a0.3h0时，取0.3h0）,配筋计算,纵向受拉钢筋,级别,直径,配筋率,根数,宜采用HRB335级或HRB400（RRB400）级,不应小于12mm,承受竖向力的纵筋配筋率不应小于0.2%，也不宜大于0.6%,不宜少于4根,布置,平行于牛腿顶面，直通至牛腿外边缘，再沿斜边下弯，不得作为弯起钢筋,锚固,一端沿牛腿下边缘下弯，伸入下柱内150mm后截断；另一端伸入柱内，并有足够的锚固长度,箍 筋,直径,间距,配筋量,设置条件,应取用612mm,100150mm,上部2h0/3范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的水平纵筋截面面积的1/2,当a/h00.3时，宜设置弯起钢筋,级别,宜采用HRB335或HRB400级,位置,弯起钢筋与竖向力作用点到牛腿下边缘连线的交点应位于该连线上部1/61/2范围内,弯起钢筋,配筋量,截面面积不应少于承受竖向力的水平纵筋截面面积的1/2，,直径,不宜小于12mm,当牛腿设于上柱柱顶时，宜将牛腿对边的柱外侧纵向受力钢筋沿柱顶水平弯入牛腿，作为牛腿纵向受拉钢筋使用；当牛腿顶面纵向受拉钢筋与牛腿对边的柱外侧纵向钢筋分开配置时，两者应有可靠搭接。,
