1、3.單層廠房柱的設(shè)計(jì)，(1)選擇柱型；(2)確定立柱的整體尺寸；(3)立柱截面設(shè)計(jì)；(4)支架設(shè)計(jì)；(5)施工和吊裝過(guò)程中檢查柱子的強(qiáng)度和裂縫寬度；(6)預(yù)埋件及其他連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；(7)繪制施工圖。3 .1.1柱計(jì)算內(nèi)容，3 .1.1.1柱計(jì)算長(zhǎng)度，在材料力學(xué)分析中，柱的計(jì)算長(zhǎng)度根據(jù)柱的兩端是由固定鉸鏈支撐還是由固定端支撐而變化。實(shí)際廠房中柱的支撐條件比這種情況更復(fù)雜。通常情況下，其計(jì)算長(zhǎng)度的大致范圍可以根據(jù)單層廠房柱的實(shí)際工作特性來(lái)計(jì)算。單層工業(yè)建筑鉸接排架柱的計(jì)算長(zhǎng)度見(jiàn)表12-4。表中起重機(jī)建筑的計(jì)算長(zhǎng)度是在假定柱頂為固定鉸鏈支撐的基礎(chǔ)上確定的。3 .1.1.2柱偏心用于內(nèi)力計(jì)算，任何矩

2、形和工字形截面柱在內(nèi)力M和N的作用下進(jìn)行截面設(shè)計(jì)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生由設(shè)計(jì)內(nèi)力引起的偏心e0=M/N，但由于荷載位置不準(zhǔn)確、混凝土質(zhì)量不均勻、施工偏差等因素，可能會(huì)發(fā)生意外的附加偏心，從而增加或減少e0。因此，有必要考慮附加偏心距對(duì)柱承載力的影響。附加偏心距ea對(duì)小偏心受壓構(gòu)件的承載力影響較大，其影響隨著e0的增大而逐漸減小，對(duì)大偏心受壓構(gòu)件的影響可以忽略不計(jì)。計(jì)算ea的公式是當(dāng)e00.3h0，取ea=0?？紤]附加偏心后，初始偏心率ei按以下公式計(jì)算：除了附加偏心率外，鋼筋混凝土柱在偏心荷載作用下還會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲變形，即側(cè)向纏繞F，從而產(chǎn)生附加彎矩N F。因此，在矩形和工字形截面柱的計(jì)算中，這種影響通

3、過(guò)偏心率增加系數(shù)來(lái)反映，即柱截面設(shè)計(jì)采用ei代替ei；經(jīng)過(guò)分析研究，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算了H柱長(zhǎng)度；1.考慮偏心對(duì)截面曲率的影響系數(shù)；在對(duì)稱(chēng)配筋截面的設(shè)計(jì)中，也可以近似，其中fc為混凝土的抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，Ac為柱的截面面積，n為設(shè)計(jì)軸力；2考慮長(zhǎng)細(xì)比對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，3 .1.1.3大、小偏心受壓的極限，根據(jù)鋼筋混凝土偏心受壓截面強(qiáng)度計(jì)算的基本假設(shè)，當(dāng)截面上受拉鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，受壓區(qū)混凝土邊緣達(dá)到極限壓應(yīng)變值時(shí)，稱(chēng)為極限破壞狀態(tài)。在計(jì)算非對(duì)稱(chēng)配筋的矩形截面時(shí)，偏心受壓的兩個(gè)準(zhǔn)則是：ei0.3h0，這是大偏心受壓的情況；Ei0.3h0，為小偏心受壓情況，計(jì)算對(duì)稱(chēng)配筋矩形截面時(shí)，偏心受壓

4、的兩個(gè)準(zhǔn)則為：ei0.3h0，Nb為大偏心受壓情況；e0.3h 0，或e0.3h 0與Nb，是一個(gè)小偏心壓縮條件。在上式中，Nb=fcmbh0b b _ boundary是相對(duì)于受壓區(qū)的高度，3 .1.1.4矩形或工字形對(duì)稱(chēng)配筋截面的計(jì)算。在鋼筋混凝土單層工業(yè)建筑中，由于排架柱的截面彎矩主要由風(fēng)載和吊車(chē)荷載引起，風(fēng)載和吊車(chē)荷載可能同時(shí)出現(xiàn)在左右兩個(gè)方向，因此吊車(chē)豎向荷載的最大輪壓可能作用在左排架柱或右排架柱上。同時(shí)，為了節(jié)約混凝土，減少構(gòu)件自重，對(duì)于截面高度h大于600mm的柱，可采用工字形截面。工字形柱的翼緣厚度一般不小于100毫米，腹板厚度一般不小于80毫米。這種工字形截面偏心受壓構(gòu)件的破

5、壞特征、計(jì)算假設(shè)和計(jì)算方法與矩形截面構(gòu)件相似，唯一的區(qū)別在于受壓區(qū)翼緣的參與程度增加。此時(shí)，其中：n是由載荷設(shè)計(jì)值計(jì)算的設(shè)計(jì)軸向力；fcm混凝土的抗彎和抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度；Fy，fy拉伸和壓縮鋼筋的屈服強(qiáng)度，fy=fyAs，抗拉和抗壓鋼筋的橫截面積，As=asb、h和h0的截面寬度、高度和有效高度；x計(jì)算的輥隙高度，x=n/fcmb。拉伸和壓縮鋼筋的重心到拉伸和壓縮區(qū)邊緣的距離。如果計(jì)算x2a，x=2a可以近似取，即：(2)工字形截面1。當(dāng)采用Nfcmbfhf時(shí)，在一般截面尺寸條件下，壓縮區(qū)高度x hf可滿足條件B，屬于大偏心受壓情況。當(dāng)x=N/fcmbf時(shí)，為：其中：高爐I型斷面法蘭寬度，其他符號(hào)

6、同前。如果計(jì)算x2a，也可以近似取x=2a，即2。當(dāng)FCM Bh0 (BF-B)為HFNFCMBFHF時(shí)，壓縮區(qū)高度為x hf，壓縮區(qū)進(jìn)入腹板，但由于為B，屬于大偏心壓縮。(1)當(dāng)矩形截面條件為0.3h0或0.3h0和Nb時(shí)。當(dāng)N fcm b bh0 (bf-b)hf時(shí)，由于b，它屬于小偏心壓縮。Sc，混凝土受壓區(qū)面積以As為合力中心面積矩，當(dāng)1 b，當(dāng)h/h0 1，當(dāng)h/h0 1，當(dāng)1 b，當(dāng)h/h0 1，當(dāng)h/h0 1，當(dāng)h/h0 1，3。截面鋼筋的最小配筋率為1。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，抗拉鋼筋為0.15%(混凝土計(jì)算面積)時(shí)。2.當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40C60: As和As0.2%(

7、混凝土計(jì)算面積)時(shí)。這里，最小配筋率混凝土的計(jì)算面積是根據(jù)實(shí)際截面計(jì)算的。由于單層工業(yè)廠房的鋼筋混凝土柱截面大多為對(duì)稱(chēng)配筋，例如單層工業(yè)廠房柱下部柱截面尺寸如圖所示，計(jì)算高度H0=11.50米，采用C30混凝土(fcm=16.6N/mm2，fc=15N/mm2)和二級(jí)配筋(fy=310N/MM2)。如果根據(jù)以下兩組設(shè)計(jì)值考慮要承受的內(nèi)力，且鋼筋為對(duì)稱(chēng)鋼筋，則下部柱截面所需的鋼筋截面面積計(jì)算為(As)。解決方案：1 .確定它屬于哪種偏心壓縮條件；2.計(jì)算ei和偏心率增加系數(shù)(1)A組的內(nèi)力，(2)B組的內(nèi)力，(3)計(jì)算AS和As的內(nèi)力，(1)A組，(2)B組的內(nèi)力計(jì)算輥隙高度x，(3)取A s=

8、As=1172。有兩種吊裝方法，即翻轉(zhuǎn)吊裝和平面吊裝，如圖7 .63(a)和(b)所示。第二個(gè)問(wèn)題是，在計(jì)算控制截面的縱向受拉鋼筋應(yīng)力s時(shí)，應(yīng)通過(guò)將自重標(biāo)準(zhǔn)值乘以1.5的動(dòng)力系數(shù)來(lái)計(jì)算m。運(yùn)輸和吊裝階段最大裂縫寬度的允許值wmax為0.2毫米.當(dāng)驗(yàn)算不符合要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先調(diào)整或增加吊點(diǎn)以減小彎矩，或在吊裝時(shí)采取臨時(shí)加固措施。3 .1.1.5矩形或工字形截面柱運(yùn)輸和吊裝的驗(yàn)算，圖7 .63。強(qiáng)度驗(yàn)算公式為：公式中，直徑分別為16、18、22、25、28的螺紋鋼筋和光滑圓鋼的鋼筋允許拉應(yīng)力分別為210、200、180、170和160/mm2。牛腿的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括確定牛腿的截面尺寸、進(jìn)行配筋計(jì)算和結(jié)

9、構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)施加在牛腿下部和柱邊緣連接處的垂直荷載的水平距離，牛腿可分為兩類(lèi)。當(dāng)ah0為短牛腿時(shí)，如圖7 .64(a)所示；當(dāng)ah0是長(zhǎng)牛腿時(shí)，如圖7 .64(b)所示。H0是牛腿根部垂直截面的有效高度。當(dāng)它是一個(gè)長(zhǎng)牛腿時(shí)，它類(lèi)似于懸臂梁，并作為懸臂梁計(jì)算。3 .1.2支架設(shè)計(jì)，圖7 .64支架載荷位置，支架的主應(yīng)力跡線由環(huán)氧樹(shù)脂支架模型的光彈性試驗(yàn)獲得，如圖所示。當(dāng)外荷載Fv為極限荷載的20% 時(shí)，豎向裂縫首先出現(xiàn)在牛腿主拉應(yīng)力跡的密集區(qū)域，如圖所示。當(dāng)Fv繼續(xù)增加到極限載荷的40%時(shí)，第一個(gè)傾斜裂紋出現(xiàn)在內(nèi)側(cè)附近3 .1.2.1牛腿的受力狀態(tài)和破壞過(guò)程，(1)剪切破壞當(dāng)a/h00.1發(fā)生剪

10、切破壞時(shí)，其特征是牛腿與下柱之間的界面處出現(xiàn)一系列短斜裂縫，最后牛腿沿裂縫從柱上切下并破壞。如圖(a)所示。(2)斜向壓縮破壞當(dāng)a/h0=0.10.75時(shí)，它發(fā)生。其特征是在加載板內(nèi)側(cè)出現(xiàn)斜裂紋后，繼續(xù)加載至極限載荷的80%左右，加載板內(nèi)外側(cè)之間的傾斜范圍內(nèi)出現(xiàn)大量短斜裂紋，最后加載板外側(cè)突然出現(xiàn)斜裂紋，然后牛腿沿斜壓桿或斜裂紋受損。如圖(b)所示。(3)彎曲和壓縮失效當(dāng)a/h00.75時(shí)，發(fā)生彎曲和壓縮失效。其特征是斜裂縫出現(xiàn)后，隨著荷載的增加，斜裂縫不斷向受壓區(qū)延伸，同時(shí)牛腿中縱向受拉鋼筋的應(yīng)力也不斷增加，并逐漸達(dá)到其屈服強(qiáng)度，最后斜裂縫以外的部分繞牛腿下部與柱的交點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，造成那里混凝土的

11、壓碎和破壞。如圖(c)所示。牛腿彈性階段的主應(yīng)力跡線，牛腿裂紋，牛腿破壞模式，1。截面尺寸的確定(圖7 .68)牛腿的截面寬度通常與柱的截面寬度相同，而截面高度一般由使用階段的無(wú)斜裂縫或只有細(xì)裂縫來(lái)控制。當(dāng)出現(xiàn)傾斜裂縫時(shí)，荷載Fv與a/h0之間的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式表示：3 .1.2.2支架設(shè)計(jì)，作用在支架頂部的垂直力的標(biāo)準(zhǔn)值；系數(shù)：重型系統(tǒng)吊車(chē)牛腿為0.65，中、輕型為0.70，其他牛腿為0.80；作用在牛腿頂部的水平拉力的標(biāo)準(zhǔn)值；根據(jù)上述公式，可以確定牛腿的截面高度；牛腿的橫截面寬度等于柱子的橫截面寬度。在結(jié)構(gòu)上，為了防止沿承載板內(nèi)側(cè)的非根部拉伸損傷，要求牛腿的端部高度為h1h/3，不應(yīng)小于2

12、00毫米，牛腿的底角應(yīng)為45。此外，牛腿外緣與吊車(chē)梁外緣之間的距離a1不應(yīng)小于70毫米，否則會(huì)影響牛腿的局部承載力，并可能導(dǎo)致牛腿外緣混凝土保護(hù)層剝落。為了防止牛腿頂面荷載板下的混凝土在局部受壓時(shí)受損，其局部壓應(yīng)力不得超過(guò)0.75fc，即：牛腿表面的局部承載面積，即荷載板的面積；fc混凝土的軸向抗壓強(qiáng)度。2.承載力計(jì)算(1)計(jì)算圖。牛腿即將被破壞時(shí)的計(jì)算圖可視為三角形桁架，如圖所示。(2)斜截面抗彎強(qiáng)度的計(jì)算。如圖所示。(確定縱向鋼筋)，作用在牛腿頂部的垂直力Fv的設(shè)計(jì)值；作用在牛腿頂部的Fh水平拉力設(shè)計(jì)值；A與以前相同，當(dāng)a0.3h0時(shí)，取A=0.3H0h、h0支架根部截面高度、有效高度；縱

13、向鋼筋的Fy設(shè)計(jì)強(qiáng)度。由于牛腿頂邊的拉應(yīng)力沿長(zhǎng)度方向均勻分布，計(jì)算出的縱向受拉鋼筋不應(yīng)向下彎曲，也應(yīng)向上彎曲，但應(yīng)直向牛腿外緣，沿斜邊向下彎曲，超過(guò)下柱邊緣150 mm?？v向受拉鋼筋應(yīng)采用變形鋼筋，錨固長(zhǎng)度la應(yīng)滿足表4-3的要求，并穿過(guò)支架根柱的中心線。當(dāng)柱中縱向受拉鋼筋的水平錨固長(zhǎng)度不夠時(shí)，應(yīng)將其延伸至柱的相對(duì)側(cè)，然后向下彎曲。彎曲前的水平錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于0.45拉，彎曲后的垂直長(zhǎng)度不應(yīng)小于10d，但不應(yīng)大于20 D。縱向受拉鋼筋的鋼筋不應(yīng)小于0.2%，也不應(yīng)大于0.6%，數(shù)量不應(yīng)小于4個(gè)，直徑不應(yīng)小于12毫米。當(dāng)牛腿承受水平拉力時(shí)，焊接水平箍筋直徑6mm12mm；100毫米150毫米；箍

14、筋間距；箍筋面積在上部2h0/3范圍內(nèi)，水平箍筋的總截面面積不應(yīng)小于縱向受拉鋼筋的1/2(不包括水平受拉所需的縱向受拉鋼筋)。圖7 .68支架受力圖，圖7 .69支架計(jì)算圖，(4)設(shè)計(jì)支架時(shí)，當(dāng)支架的剪跨比為a/h00.3時(shí)，應(yīng)設(shè)置抗彎鋼筋，抗彎鋼筋應(yīng)采用變形鋼筋，抗彎鋼筋應(yīng)設(shè)置在支架上部的l/6 l/12mm范圍內(nèi)，其截面面積Aw不應(yīng)小于承受豎向力的受拉鋼筋。圖11.70牛腿尺寸及加固結(jié)構(gòu)。如圖所示，在吊車(chē)垂直荷載(Fvk=700kN，F(xiàn)v=980kN，中間工作系統(tǒng))和水平拉力(Fhk=26kN，F(xiàn)h=36.4kN)的共同作用下，試確定牛腿的尺寸c、c1、a、h、hk和配筋量。牛腿寬度b=5

15、00mm，采用C30混凝土，采用二級(jí)鋼筋，fc=15N/mm2，ftk=2.0N/mm2，fy=310N/mm2。解決方案：1 .確定牛腿的尺寸。吊車(chē)梁中心線至廠房軸線的距離為750毫米，吊車(chē)梁端寬度為440毫米，因此從下柱邊緣伸出的牛腿長(zhǎng)度為c=750-500 220 c1。如果c1=80mm毫米，則C=550毫米。吊車(chē)梁中心線至下柱邊緣的距離為750-500=250毫米，考慮20毫米的安裝偏差，計(jì)算出a=270mm毫米。根據(jù)以下公式計(jì)算牛腿的截面高度：=0.65，ftk=2.0N/mm2，h0=884.1mm，h=150mmh0=910mm毫米，h0=45，2。牛腿鋼筋的計(jì)算(1)用以下公式計(jì)算縱向受拉鋼筋的截面面積，并選擇4b20、(。在2h 0/3=607毫米范圍內(nèi)，Ak=1078.5=毫米20.5秒是可以的。(3)應(yīng)配置彎曲桿，因?yàn)閍/h0=270/910=0.2970.3。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，選擇3B18，Aw=768mm2。(4)牛腿頂面局部承壓驗(yàn)算，4.1柱下獨(dú)立基礎(chǔ)按受力形式：軸心受壓，偏心受壓按施工方法：預(yù)制柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，現(xiàn)澆柱下獨(dú)立基礎(chǔ)單層廠房柱為擴(kuò)大基礎(chǔ)(階梯式和錐形)，預(yù)制柱下獨(dú)立基礎(chǔ)與預(yù)制柱的連接部位常做成杯口，故又稱(chēng)杯口基礎(chǔ)。4.2柱下擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)確定基礎(chǔ)底面尺寸，確定基礎(chǔ)高度和變臺(tái)階高度，計(jì)算底板配筋，施工處理，繪制施工圖。1.根據(jù)基礎(chǔ)