单层工业厂房_柱的设计

3单层厂房柱的设计（1）（2）（3）（4）（5）柱子在施工吊装时的强度和裂缝宽度验（6）（7）3.1.1柱的计算内容3.1.1.1柱的计算长度在材料力学分析中，柱的计算长度依柱的两端支撑情况为不动铰或固定端而异。实际厂房中的柱的支撑条件比这个情况复杂。在一般情况下，可根据单层厂房柱的实际工作特点，推算出它的计算长度的大致范围。单层工业厂房铰接排架柱的计算长度见表12-4.表中对有吊车厂房的计算长度，是假定柱顶为不动铰支座确定的。3.1.1.2柱在内力计算时采用的偏心距任何矩形和工形截面柱在内力M、N作用下进行截面设计时，都会产生由设计内力产生的偏心距e0=M/N。但是，由于荷载作用位置的不准确性、混凝土质量的非均匀性以及施工偏差等因素，都可能产生偶然的附加偏心距，使e0有可能增大或减少。因此，有必要考虑附加偏心距对柱承载力的影响。附加偏心距ea对小偏心受压构件承载力的影响较大，随着e0的增加，其影响逐渐减小，对大偏心受压构件的影响可以忽略不计。ea的计算公式为当e0＞0.3h0时，取ea=0。在考虑附加偏心距后，计算初始偏心距ei按下式计算：aieNMe/003.012.0ehea除附加偏心距以外，钢筋混凝土柱在偏心荷载作用下还将产生纵向弯曲变形，即侧向绕度f，侧向绕度引起附加弯矩Nf，因此，在矩形和工形截面柱计算中，对这种影响，采用偏心距增大系数η来反映，即采用ηei代替ei进行柱的截面设计：feeeeeefNefeNaaiiii00)(1经分析研究，《钢筋混凝土结构设计规范》规定偏心距增大系数η按下式进行计算：21200140011hHhei式中：h和h0——柱截面高度和有效高度；H——柱的计算长度；ζ1——考虑偏心距的变化对截面曲率的影响系数；0.17.22.001hei在对称配筋截面设计时，亦可近似取0.1/5.01NAfcc这里，fc为混凝土抗压设计强度，Ac为柱截面面积，N为设计轴向力；ζ2——考虑细长比对截面曲率的影响系数，0.1)(01.015.102hH3.1.1.3大、小偏心受压的界限按照钢筋混凝土偏心受压截面强度计算的基本假定，当截面上的受拉钢筋到达屈服强度，同时受压区混凝土边缘到达极限压应变值时，称为界限破坏状态。当进行非对称配筋矩形截面计算时，两种偏心受压的判别条件为：ηei＞0.3h0,为大偏心受压情况；ηei≤0.3h0,为小偏心受压情况当进行对称配筋矩形截面计算时，两种偏心受压的判别条件为：ηei＞0.3h0,且N≤Nb时，为大偏心受压情况；ηei≤0.3h0,或ηei＞0.3h0且N＞Nb时为小偏心受压情况。上述式中Nb=fcmbh0ξbξb_——界限相对受压区高度3.1.1.4矩形或工形对称配筋截面的计算在钢筋混凝土单层工业厂房中，由于排架柱的截面弯矩主要是由风荷载和吊车荷载产生的，而风荷载和吊车水平荷载在向左和向右两个方向都可能产生，吊车竖向荷载的最大轮压既可能作用在左列排架柱上也可能作用在右列排架柱上，因而，一般都采用对称配筋截面的柱子。同时，为了节省混凝土和减轻构件自重，对于截面高度h大于600mm的柱子，可采用工形截面。工形截面柱的翼缘厚度一般不小于100mm，腹板厚度一般不小于80mm。这种工形截面偏心受压构件的破坏特征、计算假定和计算方法与矩形截面是相似的，区别只在于增加了受压区翼缘的参与受力。计算时同样可分为ξ≤ξb的大偏心受压和ξ﹥ξb的小偏心受压两种情况进行。一、大偏心受压情况（一）矩形截面条件是ηei＞0.3h0,且N≤Nb。这时，)()5.05.0()('0''ahfxheNAAyiSS式中：N——由荷载设计值算得的设计轴力；fcm——混凝土的弯曲抗压设计强度；fy、fy’——受拉、受压钢筋的屈服强度，fy=fy’；As、As’——受拉、受压钢筋的截面面积，As=As’；b、h、h0——截面宽度、高度、有效高度；x——压区计算高度，x=N/fcmb；a、a’——受拉、受压钢筋重心分别至受拉、受压区边缘的距离。如果算得的x2a’,可近似取x=2a’，即为：)()5.0()('0'''ahfaheNAAyiSS（二）工形截面1.当N≤fcmb’fh’f时，受压区高度x≤h’f，在一般截面尺寸情况下，能够满足ξ≤ξb的条件，属于大偏心受压情况。当x=N/fcmb’f时:)()5.05.0()('0''ahfxheNAAyiSS式中：b’f——工形截面翼缘宽度，其余符号同前。如果算得的x2a’,也可近似取x=2a’,即：)()5.0()('0'''ahfaheNAAyiSS2.当fcm〔ξbbh0+（b’f-b）h’f〕≥N＞fcmb’fh’f时，受压区高度x＞h’f，受压区进入腹板，但由于ξ≤ξb，属于大偏心受压情况。bfhbbfNxcmffcm'')()()5.0()()5.0()5.0()('0''''0'ahfhhhbbxhbxfaheNAAyfoffcmiSS当时，二、小偏心受压情况（一）矩形截面条件是ηei≤0.3h0,或ηei＞0.3h0且N＞Nb时。)()5.01()5.0()())(8.0(45.0)5.0('0'20'0'02000ahfbhfaheNAAbhfahbhfaheNbhfNhxycmiSSbcmbcmicmb（二）工形截面当N＞fcm〔ξbbh0+（b’f-b）h’f〕时，由于ξ﹥ξb，属于小偏心受压情况。)()5.0()())(8.0()5.0()(45.0)5.0()('0''0'0'0''20''00ahfSfaheNAAbhfahhhhbbbhfaheNhbbbhfNhxyccmiSSbcmbfffcmiffbcmSc——混凝土受压区面积对As合力中心的面积矩，)5.0()()5.0('0''000fffchhhbbhhhbS当1ξ﹥ξb时，当h/h0ξ≥1时，当ξh/h0时，)2(ahASc)2(ahAScAc——混凝土受压区面积.''0)(ffchbbhbA当1ξ﹥ξb时，当h/h0ξ≥1时，当ξh/h0时，AAcffffchbbhbbbhAA)()('''三、截面受力钢筋的最小配筋率1.当混凝土强度等级为C35及以下时：受压钢筋As’——0.2%（混凝土计算面积）；受拉钢筋As——0.15%（混凝土计算面积）。2.当混凝土强度等级为C40~C60时：As’、As——0.2%（混凝土计算面积）。这里，最小配筋率的混凝土计算面积按实际截面计算。由于单层工业厂房钢筋混凝土柱截面多为对称配筋，故%2.0)(''''bhhbbhbbAAffffss或例某单层工业厂房柱的下柱截面尺寸如图所示，计算高度H0=11.50m，采用C30混凝土（fcm=16.6N/mm2,fc=15N/mm2）、II级钢筋（fy=310N/MM2)。若承受的内力按下列两组设计值考虑，并按对称配筋，求此下柱截面所需要的钢筋截面面积As(As’)。mkNMkNNA.7001700:mkNMkNNB.7501500:解：1.判别属于哪一种偏心受压情况故为大偏心受压情况。，组内力：故为小偏心受压情况。组内力：级钢筋）。,70.16539901500,70.1653170070.1653120)100500(960100544.05.16)(9901205005.16(544.0,960,1000,100,120,500''0''0''kNNkNNBkNkNNAkNhbbbhfkNhbfIIhmmhmmbmmhhmmbbffbcmffcmbffff2.求ei及偏心距增大系数η（1）A组内力情况。。故故mmehHhehHheeeeemhmNMeiiiaia64.502,22.11150.1143.01400111400110.150.111000/1050.11;0.143.096.0412.0412.00412.0,0288.096.03.03.0412.0170070022120023010000（2）B组内力情况。。故故mmehHhehHheeeeemhmNMeiiiaia590,18.11150.1152.01400111400110.150.111000/1050.11;0.152.096.050.050.0050.0,0288.096.03.03.050.01500750221200230100003.计算As、As’(1)A组内力情况263'36233026.1084)40960(3101044.805.16)4050064.502(101700)(1044.80)60960(120400)960562.05.0960(960562.0100562.0544.0018.0544.09601005.16)40960)(544.08.0(90012040096010045.05.16)4050064.502(101700120400960100544.05.16101700mmAAmmShxSSc(2)B组内力情况计算压区高度x：23'358.1172)40960(31060-96012040009.4295.0-96009.4291005.16)40500590(101500)(09.4291005.161204005.16101500mmAAmmxSS）（）（得(3)取As’=As=1172.58mm2,选用1Φ20,2Φ25，As’=As=1296.2mm2，按不小于ρmin的要求验算式：可以。,2.1296392196000%2.019600010001002120400)()(222''mmmmmmbhhbbhbbAffff柱在吊装时的混凝土强度一般应达到设计强度的70%。吊装方式有翻身吊和平吊两种情况，如图7.63(a)、(b)所示。第二个问题是计算控制截面的纵向受拉钢筋应力σs时M应用自重标准值乘以动力系数1.5计算。运输吊装阶段的最大裂缝宽度允许值［wmax］可取为0.2mm。当验算不满足要求时，应优先采用调整或增设吊点以减少弯矩，或在吊装时采用临时加固措施来解决。3.1.1.5矩形或工形截面柱运输及吊装验算图7.63强度验算的公式为：式中，——允许的钢筋拉应力，对于直径为φ16、18、22、25、28的螺纹钢筋分别取210、200、180、170、160/mm2,对于光圆钢筋取160/mm2。sssAhM087.0s牛腿设计内容主要有确定牛腿的截牛腿按其所受竖向荷载作用点到牛腿下部与柱边缘交接点的水平距离a的大当a≤h0时为短牛腿，如图7.64(a)所示；当a＞h0时为长牛腿，如图7.64(b)所示。其中h0为牛腿根部垂直截面的有效高度。当为长牛腿时，与悬臂梁相似，按悬臂梁进行计算。3.1.2牛腿设计图7.64牛腿荷载作用位置从环氧树脂牛腿模型光弹性试验得到牛腿的主应力迹线，如图所示。当外荷载Fv为极限荷载的20%~40%时，在牛腿主拉应力迹线的密集区首先出现垂直裂缝①，如图所示。当Fv继续增加到极限荷载的40%~6