单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3,单层厂房柱的设计,（,1,）,选择柱型；,（,2,）,确定柱的外形尺寸；,（,3,）,柱的截面设计；,（,4,）,牛腿设计；,（,5,）,柱子在施工吊装时的强度和裂缝宽度验算；,（,6,）,预埋件及其它连接构造的设计；,（,7,）,绘制施工图。,3.1.1,柱的计算内容,3.1.1.1,柱的计算长,度,度,在材料力学,分,分析中，柱,的,的计算长度,依,依柱的两端,支,支撑情况为,不,不动铰或固,定,定端而异。,实,实际厂房中,的,的柱的支撑,条,条件比这个,情,情况复杂。,在,在一般情况,下,下，可根据,单,单层厂房柱,的,的实际工作,特,特点，推算,出,出它的计算,长,长度 的大,致,致范围。单,层,层工业厂房,铰,铰接排架柱,的,的计算长度,见,见表12-4.表中对,有,有吊车厂房,的,的计算长度,，,，是假定柱,顶,顶为不动铰,支,支座确定的,。,。,3.1.1.2,柱在内力计,算,算时采用的,偏,偏心距,任何矩形和,工,工形截面柱,在,在内力,M,、,N,作用下进行,截,截面设计时,，,，都会产生,由,由设计内力,产,产生的偏心,距,距,e,0,=M/N,。但是，由,于,于荷载作用,位,位置的不准,确,确性、混凝,土,土质量的非,均,均匀性以及,施,施工偏差等,因,因素，都可,能,能产生偶然,的,的附加偏心,距,距，使,e,0,有可能增大,或,或减少。因,此,此，有必要,考,考虑附加偏,心,心距对柱承,载,载力的影响,。,。,附加偏心距,e,a,对小偏心受,压,压构件承载,力,力的影响较,大,大，随着,e,0,的增加，其影响,逐,逐渐减小，对大偏心受压构,件,件的影响可以忽,略,略不计。,e,a,的计算公式为,当,e,0,0.3h,0,时，取,e,a,=0,。在考虑附加偏,心,心距后，计算初,始,始偏心距,e,i,按下式计算：,除附加偏心距以,外,外，钢筋混凝土,柱,柱在偏心荷载作,用,用下还将产生纵,向,向弯曲变形，即,侧,侧向绕度,f,，侧向绕度 引,起,起附加弯矩,N f,，因此，在矩形,和,和工形截面柱计,算,算中，对这种影,响,响，采用偏心距,增,增大系数,来反映，即采用,e,i,代替,e,i,进行柱的截面设,计,计：,经分析研究，,钢,钢筋混凝土结构,设,设计规范规定,偏,偏心距增大系数,按下式进行计,算,算：,式中：,h,和,h,0,柱截面高度和有,效,效高度；,H,柱的计算长度；,1,考虑偏心距的变,化,化对截面曲率的,影,影响系数；,在对称配筋截面,设,设计时，亦可近,似,似取,这里，,f,c,为混凝土抗压设,计,计强度，,A,c,为柱截面面积，,N,为设计轴向力；,2,考虑细长比对截,面,面曲率的影响系,数,数，,3.1.1.3,大、小偏心受压,的,的界限,按照钢筋混凝土,偏,偏心受压截面强,度,度计算的基本假,定,定，当截面上的,受,受拉钢筋到达屈,服,服强度，同时受,压,压区混凝土边缘,到,到达极限压应变,值,值时，称为界限,破,破坏状态。,当进行非对称配,筋,筋矩形截面计算,时,时，两种偏心受,压,压的判别条件为,：,：,e,i,0.3h,0,为大偏心受压情,况,况；,e,i,0.3h,0,为小偏心受压情,况,况,当进行对称配筋,矩,矩形截面计算时,，,，两种偏心受压,的,的判别条件为：,e,i,0.3h,0,且,N,N,b,时，为大偏心受,压,压情况；,e,i,0.3h,0,或,e,i,0.3h,0,且,N,N,b,时为小偏心受压,情,情况。,上述式中,N,b,=f,cm,bh,0,b,b_,界限相对受压区,高,高度,3.1.1.4,矩形或工形对称,配,配筋截面的计算,在钢筋混凝土单,层,层工业厂房中，,由,由于排架柱的截,面,面弯矩主要是由,风,风荷载和吊车荷,载,载产生的，而风,荷,荷载和吊车水平,荷,荷载在向左和向,右,右两个方向都可,能,能产生，吊车竖,向,向荷载的最大轮,压,压既可能作用在,左,左列排架柱上也,可,可能作用在右列,排,排架柱上，因而,，,，一般都采用对,称,称配筋截面的柱,子,子。同时，为了,节,节省混凝土和减,轻,轻构件自重，对,于,于截面高度,h,大于,600mm,的柱子，可采用,工,工形截面。工形,截,截面柱的翼缘厚,度,度一般不小于,100mm,，腹板厚度一般,不,不小于,80mm,。这种工形截面,偏,偏心受压构件的,破,破坏特征、计算,假,假定和计算方法,与,与矩形截面是相,似,似的，区别只在,于,于增加了受压区,翼,翼缘的参与受力,。,。计算时同样可,分,分为,b,的大偏心受压和,b,的小偏心受压两,种,种情况进行。,一、大偏心受压,情,情况,（一）矩形截面,条件是,e,i,0.3h,0,且,N,N,b,。这时，,式中：,N,由荷载设计值算,得,得的设计轴力；,f,cm,混凝土的弯曲抗,压,压设计强度；,f,y,、,f,y,受拉、受压钢筋,的,的屈服强度，,fy=fy,；,A,s,、,A,s,受拉、受压钢筋,的,的截面面积，,A,s,=A,s,；,b,、,h,、,h,0,截面,宽,宽度,、,、高,度,度、,有,有效,高,高度,；,；,x,压区,计,计算,高,高度,，,，,x=N/f,cm,b,；,a,、,a,受拉,、,、受,压,压钢,筋,筋重,心,心分,别,别至,受,受拉,、,、受,压,压区,边,边缘,的,的距,离,离。,如果,算,算得,的,的,x2a,可近,似,似取,x=2a,，即,为,为：,（二,）,）工,形,形截,面,面,1.,当,Nf,cm,b,f,h,f,时，,受,受压,区,区高,度,度,x,h,f,，在,一,一般,截,截面,尺,尺寸,情,情况,下,下，,能,能够,满,满足,b,的条,件,件，,属,属于,大,大偏,心,心受,压,压情,况,况。,当,当,x=N/f,cm,b,f,时,:,式中,：,：,bf,工形,截,截面,翼,翼缘,宽,宽度,，,，其,余,余符,号,号同,前,前。,如果,算,算得,的,的,x,b,时，,当,h/h,0,1,时，,当,h/h,0,时，,Ac,混凝土受压,区,区面积,.,当,1,b,时，,当,h/h,0,1,时，,当,h/h,0,时，,三、截面受,力,力钢筋的最,小,小配筋率,1.,当混凝土强,度,度等级为,C35,及以下时：,受压钢筋,A,s,0.2%,（混凝土计,算,算面积）；,受拉钢筋,A,s,0.15%,（混凝土计,算,算面积）。,2.,当混凝土强,度,度等级为,C40C60,时：,A,s,、,A,s,0.2%,（混凝土计,算,算面积）。,这里，最小,配,配筋率的混,凝,凝土计算面,积,积按实际截,面,面计算。,由于单层工,业,业厂房钢筋,混,混凝土柱截,面,面多为对称,配,配筋，故,例 某单层,工,工业厂房柱,的,的下柱截面,尺,尺寸如图所,示,示，计算高,度,度,H,0,=11.50m,，采用,C30,混凝土（,f,cm,=16.6N/mm,2,f,c,=15N/mm,2,）、,II,级钢筋（,f,y,=310N/MM,2,),。若承受的,内,内力按下列,两,两组设计值,考,考虑，并按,对,对称配筋，,求,求此下柱截,面,面所需要的,钢,钢筋截面面,积,积,A,s,(A,s,),。,解：,1.,判别属于哪,一,一种偏心受,压,压情况,2.,求,ei,及偏心距增,大,大系数,（,1,）,A,组内力情况,（2）B组,内,内力情况,3.,计算,A,s,、,A,s,(1)A,组内力情况,(2)B,组内力情况,计算压区高,度,度,x,：,(3),取,A,s,=A,s,=1172.58mm,2,选用,1,20,2,25,，,A s=As=1296.2mm,2,，按不小于,min,的要求验算,式,式：,柱在吊装时,的,的混凝土强,度,度一般应达,到,到设计强度,的,的,70%,。吊装方式,有,有翻身吊和,平,平吊两种情,况,况，如图,7 .63(a),、,(b),所示。,第二个问题,是,是计算控制,截,截面的纵向,受,受拉钢筋应,力,力,s,时,M,应用自重标,准,准值乘以动,力,力系数,1.5,计算。运输,吊,吊装阶段的,最,最大裂缝宽,度,度允许值,w,max,可取为,0.2mm,。,当验算不满,足,足要求时，,应,应优先采用,调,调整或增设,吊,吊点以减少,弯,弯矩，或在,吊,吊装时采用,临,临时加固措,施,施来解决。,3.1.1.5,矩形或工形,截,截面柱,运输及吊装,验,验算,图,7 .63,强度验算的,公,公式为：,式中，,允许的钢筋,拉,拉应力，对,于,于直径为,16,、,18,、,22,、,25,、,28,的螺纹钢筋,分,分别取,210,、,200,、,180,、,170,、,160/mm,2,对于光圆钢,筋,筋取,160/mm,2,。,牛腿设计内,容,容主要有确,定,定牛腿的截,面,面尺寸、进,行,行配筋计算,和,和构造设计,。,。,牛腿按其所,受,受竖向荷载,作,作用点到牛,腿,腿下部与柱,边,边缘交接点,的,的水平距离,a,的大小，可,把,把牛腿分为,两,两大类。,当,ah,0,时为短牛腿,，,，如图,7 .64(a),所示；当,a,h,0,时为长牛腿,，,，如图,7 .64(b),所示。其中,h,0,为牛腿根部,垂,垂直截面的,有,有效高度。,当为长牛腿,时,时，与悬臂,梁,梁相似，按,悬,悬臂梁进行,计,计算。,3.1.2,牛腿设计,图,7 .64,牛腿荷载作,用,用位置,从环氧树脂,牛,牛腿模型光,弹,弹性试验得,到,到牛腿的主,应,应力迹线，如图所示。,当外荷载,Fv,为极限荷载,的,的,20%40%,时，在牛腿主拉,应,应力迹线的,密,密集区首先,出,出现垂直裂,缝,缝，如图所示。,当,Fv,继续增加到,极,极限荷载的,40%60%,时，在加载板内,侧,侧附近出现,第,第一条斜裂,缝,缝，如继,续,续加载则裂,缝,缝不断发,展,展；,当加载至极,限,限荷载的,80%,左右时，突然在加载,板,板外侧出现,斜,斜裂缝，,这,这预示牛腿,即,即将破坏。,3.1.2.1,牛腿的应力,状,状态和破坏,过,过程,（,1,）剪切破坏,当,a/h,0,0.1,时，发生剪,切,切破坏，其,特,特征是牛腿,与,与下柱的交,接,接面处出现,一,一系列的短,斜,斜裂缝，最,终,终沿此裂缝,把,把牛腿从柱,上,上切下而破,坏,坏。如图,(a),所示。,（,2,）斜压破坏,当,a/h,0,=0.10.75,时，发生斜,压,压破坏。其,特,特征是在加,载,载板内侧出,现,现斜裂缝,后,后，继续加,载,载至极限荷,载,载的,80%,左右，在加,载,载板内外侧,之,之间，在斜,向,向范围内出,现,现大量短小,斜,斜裂缝，最,后,后在加载板,外,外侧突然出,现,现斜裂缝,，,，而后牛腿,沿,沿此斜压杆,或,或斜裂缝,而,而破坏。如图,(b),所示。,（,3,）弯压破坏,当,a/h,0,0.75,时，发生弯,压,压破坏。其,特,特征是当出,现,现斜裂缝,后,后，随荷载,的,的增加，斜,裂,裂缝不断向,受,受压区延伸,，,，同时牛腿,中,中纵向受拉,钢,钢筋的应力,也,也不断增加,并,并逐渐达到,其,其屈服强度,，,，最后斜裂,缝,缝以外的,部,部分绕牛腿,下,下部与柱的,交,交接点转动,，,，从而导致,该,该处混凝土,压,压碎而破坏,。,。如图,(c),所示。,图 牛腿,内,内弹性阶段,主,主应力迹线,图牛腿的裂缝,图 牛,腿,腿的破坏形,式,式,1.,截面尺寸的,确,确定（图,7 .68,）,牛腿的截面,宽,宽度通常与,柱,柱相同，而,截,截面高度一,般,般按使用阶,段,段不出现斜,裂,裂缝或仅,出,出现微细裂,缝,缝作为控制,条,条件。,斜裂缝出现,时,时的荷载,F,v,与,a/h,0,的关系可,列,列经验公,式,式表示：,3 .1.2.2,牛腿设计,作用于牛,腿,腿顶部的,竖,竖向力标,准,准值；,系数，对,承