混凝土与砌体结构设计-单层厂房.ppt

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1、12.2 单层厂房排架结构计算,12.2 单层厂房排架结构计算,单层厂房实际是空间结构，为了方便可简化为平面结构进行计算。,在横向，按横向平面排架计算；在纵向，按纵向平面排架计算。且近似认为，各个排架之间互不影响，各自独立工作。,由于纵向平面排架柱较多，一般不计算。仅研究横向平面排架计算。,横向平面排架计算内容：确定计算简图，荷载计算，控制截面内力计算和内力组合，必要时应验算排架水平位移。,12.2 单层厂房排架结构计算,计算步骤,确定计算简图,荷载计算,内力计算,内力组合,柱、牛腿、基础设计,如何由实际结构简化为计算简图？需要哪些假定？,单层厂房可能有哪些荷载？各个具体荷载如何计算？荷载作用

2、点在哪里？,在每种荷载作用下，排架结构的内力如何计算？,可变荷载较多时，是否所有可变荷载都同时考虑？显然不合理？如何组合？,得到组合后的内力后，如何进行柱、牛腿和基础设计？,一、计算简图,除边跨排架外外，各横向排架受力基本相同取典型一榀排架，由该排架相邻柱距的中心线截出一个典型区段，为该排架的计算单元,计算假定：柱下端固结于基础顶面，上端与屋面梁或屋架铰接屋架或屋面梁没有轴向变形,2、计算尺寸：,确定计算简图,1、约束条件：柱底与基础固接，顶与屋架（屋面梁铰接）,水平方向 取跨度竖直方向 上柱柱高？下柱柱高？,柱总高=柱顶标高+基础顶面标高的绝对值,室外地坪,上柱高度=柱顶标高-牛腿顶面标高,

3、3、几何参数：,截面弯曲刚度：ECIu、ECIl,二、荷载计算,恒荷载,活荷载,屋架恒荷载F1,上 柱 自 重 F2,下 柱 自 重 F3,吊车梁和轨道零件重F4,维护结构重F5,屋面活荷载F6,吊车竖向荷载,吊车横向荷载,吊车纵向荷载,风 荷 载,包括：屋面构造层重、屋面板（天沟板）及灌封重、天窗架重、屋架重、屋盖支撑重等，具体数值可查荷载规范。通过屋架传至排架柱顶面，其作用点位于屋架端部杆件中心线交点处。一般为偏心压力。作用点：取纵向定位轴线内侧150mm处,屋架恒荷载F1,F1,F,屋架恒载F1作用点,屋架恒载F1作用下的计算简图,0,恒荷载,屋架恒荷载F1,力的平移原理,轴心压力作用下

4、仅产生轴力,F1=F1=F1M1=F1e1M1=F1e0F1、F1分别为作用于上柱和下柱的轴心压力,M1,M1,M1,注：对其他竖向荷载可同样换算。,恒荷载,上 柱 自 重 F2,下 柱 自 重 F3,F2,F2,M2,M2=F2e0,F3,F3作用于基础顶面，下柱截面形心处,吊车梁和轨道零件重F4,可由相应标准图集查得,通过吊车梁，作用于牛腿顶面吊车梁中心线处,M4=F4e4,维护结构重F5,F2作用于牛腿顶面上柱截面中心处,墙体,F5,墙体,F5,M5,M5=F5e5,恒荷载,F4,4,F4,M4,屋架恒荷载F1,上 柱 自 重 F2,下 柱 自 重 F3,吊车梁和轨道零件重F4,维护结构

5、重F5,F1,F2,F3,F4,F5,作用于上柱柱顶、沿上柱轴线的F1及M1，和作用于牛腿顶面、沿下柱轴线的F1及M1。,作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的F2及M2。,作用于基础顶面。,作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的F4及M4。,作用于牛腿顶面，沿下柱轴线的F5及M5。,恒荷载,在F1、F2、F3、F4、F5共同作用下，排架的计算简图为：,F1,F1,M1,M1,F,F,M,M,F3,F3,F=F1+F2+F4+F5,F=?,M=?,M=M1+M2+M4+M5,F1、F、F3仅引起上柱和下柱的轴心压力,M1,M1,M,M,如何进行内力分析？,恒荷载,活荷载,屋面活荷载F6,包括：屋面均布活荷载、屋面

6、积灰荷载、雪荷载。屋面均布活荷载不与雪荷载同时组合，仅取两者中较大值。荷载取值查阅建筑结构荷载规范（GB50009-2001）。通过屋架传至排架柱顶面，其作用点位于屋架端部杆件中心线交点处。一般为偏心压力。,F6,F6,屋架恒载F6作用点,0,屋架活载F6作用下的计算简图,屋面均布活荷载,屋面积灰荷载,雪荷载,单层厂房屋面通常为不上人屋面，根据建筑结构荷载规范（GB500092001），单层厂房钢筋混凝土屋面均布活荷载取0.5kN/m2。,生产中大量排灰的厂房及邻近建筑物，应考虑积灰荷载。对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的厂房屋面，屋面积灰荷载按建筑结构荷载规范（GB500092001）表和

7、表采用。对于屋面上易形成灰堆处，设计时可乘以增大系数。,sk：雪荷载标准值r：屋面积雪分布系数，详见表10-3。排架计算时近似取1。s0：基本雪压。根据年最大雪压进行统计分析确定,活荷载,活荷载,吊车荷载（吊车竖向荷载、吊车横向及纵向水平荷载）,桥式吊车简介：,大车在吊车梁的轨道上沿厂房纵向行驶；小车在大车桥架的轨道上沿横向运行；带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上。,吊车竖向荷载传递路线？,桥式吊车简介：,大车在吊车梁的轨道上沿厂房纵向行驶；小车在大车桥架的轨道上沿横向运行；带有吊钩的起重卷扬机安装在小车上。,活荷载,吊车竖向荷载?,吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k,活荷载,吊车竖向荷载,

8、吊 车 梁,排 架 柱,吊有额定质量的小车开到大车的某一极限位置时，该侧大车对吊车梁的轮压最大，为Pmax,k，另一侧吊车轮压最小，为Pmin,k。Pmax,k 和Pmin,k由吊车制造厂家提供。,吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k,活荷载,吊车竖向荷载,吊 车 梁,排 架 柱,：吊车最大轮压和最小轮压,：大车、小车自重标准值及额定起吊质量对应的重力标 准值,当大车移动到吊车梁某位置时，由Pmax,k对排架柱（吊车梁支座）产生最大压力Dmax,k，同时，另一侧由Pmin,k产生Dmin,k。Dmax,k和Dmin,k同时发生。,注意计算吊车竖向荷载的两个问题：1、应考虑，数台吊车的不利组合

9、：对单跨的一榀排架，最多考虑两台吊车；对多跨的一榀排架，最多考虑四台吊车。2、吊车荷载是移动荷载，各吊车沿纵向运行位置不同，对排架柱产生的竖向荷载会发生变化，通过影响线原理求出最不利荷载情况（即可求出吊车梁最大支座反力）吊车梁支座反力影响线,吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k,吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k,在竖向单位移动荷载下，结构某截面内力、反力或变形的量值随竖向荷载位置移动而变化的规律图像称为影响线。,活荷载,吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k,y1,y2,为多台吊车的荷载折减系数,活荷载,吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k,吊车竖向荷载Dmax,k、Dmin,k作用

10、下的计算简图,Dmax,k作用在左柱,Dmax,k作用在右柱,活荷载,吊车横向水平荷载Tmax,k,活荷载,吊有重量的小车在大车上启动和制动时将引起横向水平惯性力，由此产生吊车横向水平荷载。,刹车横向水平惯性力,大 车,吊车梁,排架柱,吊车横向水平荷载作用在吊车梁顶面水平处。,吊车横向水平荷载由大车四个车轮平均分配，每个车轮分得1/4。,吊车横向水平荷载Tmax,k,吊车横向水平荷载标准值=（G2,k+G3,k）,：横向水平荷载系数,1个大车轮子传递的横向水平荷载标准值Tk=（G2,k+G3,k）,通过影响线可求得作用于排架柱的最大吊车横向水平荷载标准值Tmax,k，此时吊车位置与产生Dmax

11、,k时相同。,即：,活荷载,吊车横向水平荷载Tmax,k作用下的计算简图,吊车横向水平荷载Tmax,k,Tmax,k向左作用,Tmax,k向右作用,吊车纵向水平荷载T0,吊车纵向水平荷载由大车启动或制动时引起的纵向水平惯性力引起。,吊车纵向水平荷载标准值按刹车轮最大轮压Pmax,k乘以刹车轮与钢轨之间的滑动摩擦系数求得。,吊车作用于刹车轮与轨道的接触点，方向与轨道一致，由纵向平面排架承受。,活荷载,活荷载,风 荷 载,作用在建筑物表面上的迎风面上的风压力、背风面上的吸力、两侧的横向干扰力及其合力构成了建筑物的风荷载。,一般工程设计，风荷载可近似按静力风荷载并用动力放大系数考虑其动力效应。,垂直

12、于建筑物表面上的风荷载标准值k（kN/m2）：,基本风压（kN/m2），详见建筑结构荷载规范附录D。,风压高度变化系数，描述风压随高度变化情况，与地面粗糙度有关。,风荷载体型系数，描述建筑物表面在稳定风压下的静压分布规律。,风振系数，考虑风对结构产生动力效应的放大系数。,风 荷 载,作用在单层厂房上风荷载的计算：,风向,作用在排架柱顶下的风荷载按均布荷载考虑,风压高度变化系数按柱顶标高取值,作用在排架柱顶至屋脊范围的风荷载仍按均布荷载考虑,风压高度变化系数按檐口标高取值,其对排架柱的作用按作用在排架柱顶的水平集中力考虑,檐口标高,0.8,-0.5,-0.6,-0.5,10,q1k,q2k,风

13、荷 载,作用在单层厂房上风荷载的计算：,-0.6,-0.5,0.8,-0.5,F2,F1,s,注：以上s1和s2均已考虑力的方向，为取其绝对值。,风荷载作用下的排架计算简图为：,左风,右风,风向,例题：,外形尺寸如上，w0=0.35KN/m2，柱顶标高+10.5m，室外天然地坪高为-0.30m，h1=2.1m，h2=1.2m，地面粗糙度类别B，排架计算宽度B=6m，求作用在排架上的风荷载。,例题：解：1、求q1,k，q2,k风压高度变化系数,按柱顶至室外地坪高度,所以：,10.5+0.3=10.8来取值,2、求,按檐口至室外地坪高度：10.8+2.1=12.9来取值，所以,荷载传力路线,竖 向

14、 荷 载,水平荷载,屋架荷载,柱自重,维护结构重,吊车横向荷载,风荷载,吊车竖向荷载,排 架 柱,基 础,地 基,吊车梁,吊车梁,屋 架,吊车梁,排架在荷载作用下的计算简图,恒荷载作用,屋面活荷载作用,排架在荷载作用下的计算简图,吊车竖向荷载作用,排架在荷载作用下的计算简图,吊车横向水平荷载作用,排架在荷载作用下的计算简图,风荷载作用,以上计算简图如何进行内力分析和计算？,q2,三、内力计算,用剪力分配法计算等高排架,等高排架,在荷载作用下，各排架柱柱顶水平位移相等的排架。,不等高排架,在荷载作用下，各排架柱柱顶水平位移不相等的排架。,等高排架,不等高排架,用剪力分配法计算等高排架,1、单阶悬

15、臂柱的抗侧移刚度,要使柱顶产生单位水平位移，需在柱顶施加1/u的水平力。,反映了柱抵抗侧移的能力，称为抗侧移刚度，记作D0。,用剪力分配法计算等高排架,1、单阶悬臂柱的抗侧移刚度,某单阶悬臂柱，抗侧移刚度为D0，欲使柱顶产生大小为a的水平侧移，需施加水平力的大小F=。,某单层厂房排架，柱抗侧移刚度为D01和D02，欲使排架产生大小为a的水平侧移，需施加水平力的大小F=。,?,2、柱顶作用水平集中力时的剪力分配,用剪力分配法计算等高排架,D01,D02,D03,F,无轴向变形,无轴向变形,F,用剪力分配法计算等高排架,2、柱顶作用水平集中力时的剪力分配,剪力分配系数,自身的抗剪刚度与所有柱（包括

16、其本身）总的抗剪刚度的比值。,剪力分配法,3、任意荷载作用时的剪力分配,用剪力分配法计算等高排架,Tmax,=,+,Tmax,RA、RB可由附图查出,3、任意荷载作用时的剪力分配,Tmax,Tmax,Tmax,Tmax,Tmax,Tmax,=,+,用剪力分配法计算等高排架,在排架柱顶附加不动铰支座以阻止水平位移，求出水平反力R。得到VA1、VB1,撤销附加的不动铰支座，取消荷载，将反力R反向施加于排架柱顶。得到VA2、VB2,叠加上述两种状态下的柱顶剪力，得实际柱顶剪力。按悬臂柱分析得排架柱实际内力,1,2,3,3、任意荷载作用时的剪力分配,Tmax,Tmax,Tmax,Tmax,Tmax,T

17、max,=,+,1,剪力分配法,Tmax,3,例题：剪力分配法计算排架内力,解：、计算参数和,故,2、附加铰支座，求不动铰支座反力 查附图10-3C3=1.3,支座：,A支座：,3、撤销附加铰支座，为恢复实际情况，反向加,各柱剪力分配系数：,5、求内力,4、总的柱顶剪力,某金工车间的横剖面外形尺寸及风荷载体形系数如图所示，基本风压值0=0.45kN/m2，地面粗糙度类别为B，上柱高3.6m，柱距6m，A柱与B柱相同，上、下柱截面尺寸分别为400mm400mm和400mm600mm，用剪力分配法计算风荷载设计值及排架内力设计值。,解：一、风荷载设计值1、作计算简图2、求均布风荷载设计值q1、q2

18、3、求柱顶集中风荷载设计值W,二、风荷载作用下内力计算1、加不动铰支座，求其反力2、撤销不动铰支座，在排架柱顶施加反向反力3、叠加1、2得真实柱顶剪力4、根据求得的柱顶剪力作弯矩图和剪力图,Tmax,Tmax,Tmax,Tmax,Tmax,Tmax,=,+,排架同时受到多种荷载作用，对任一种荷载作用下排架结构的内力均可通过剪力分配法算得，后可通过叠加得多种荷载作用下排架内力。,用剪力分配法计算等高排架,四、内力组合,在排架所受的多种荷载中，除结构自重为恒载外，其余均为活载。多种活载同时作用在结构上，又同时使其内力达到最大值的概率极小，因此对活荷载来说，应引入荷载组合系数c，考虑荷载组合的问题。

19、,通过以上方法可求得排架任意截面的内力，截面设计时取用何截面内力？控制截面的概念。,在每种可能的荷载组合下，通过剪力分配法，都可得出一组内力（M，V，N），称为内力组合，哪一组内力组合最不利呢？,1、控制截面,控制截面：构件某一区段内对截面配筋起控制作用的截面,上 柱,下 柱,一般上柱底面I-I截面（牛腿顶面）内力最大，故一般I-I截面为上柱的控制截面,一般下柱顶面-截面（牛腿顶面以下截面）和-截面（基础顶面以上截面）内力较大，为下柱的控制截面，同时-截面为基础设计的依据,2、荷载组合,恒载,屋面活载,吊车活载,风载,以上荷载可能出现的荷载组合有8种，分别是：,恒载恒载+屋面活载恒载+吊车活载

20、恒载+风载恒载+屋面活载+吊车活载恒载+屋面活载+风载恒载+吊车活载+风载恒载+屋面活载+吊车活载+风载,1、荷载组合时，可变荷载组合系数如何取值？,2、哪个荷载组合得出的内力组合（M、N、V）最不利？,1、荷载组合时，可变荷载组合系数如何取值？,建筑结构荷载规范规定，对于一般排架、框架结构，可采用简化规则，在下列荷载效应组合中取不利值确定：,（1）由可变荷载效应控制的组合,“恒荷载”+任一种“活荷载”,“恒荷载”+0.9（任意两种或两种以上“活荷载”）,（2）由永久荷载效应控制的组合,“恒荷载”+0.9（任意两种或两种以上“活荷载”）,2、哪个荷载组合得出的内力组合（M、N、V）最不利？,排

21、架柱是偏心受压构件,大偏心受压构件,小偏心受压构件,M越大，N越小越危险,M越大，N越大越危险,故一般考虑以下四种内力组合：,（1）+Mmax及相应的N和V,（2）-Mmax及相应的N和V,（3）Nmax及相应的M和V,（4）Nmin及相应的M和V,由于柱一般为对称配筋，故（1）（2）可合并为：,内力组合：根据各种荷载可能同时出现的情况，求出在某些荷载作用下柱控制截面可能产生的最不利内力，作为柱和基础配筋计算的依据。,内力组合必须以以上四种组合为目标，结果源自各种荷载组合下计算得的内力。,3、内力组合,内力组合表,内力组合注意事项,每次组合以一种内力为目标来决定荷载项的取舍。,每次组合都必须包

22、括恒荷载项。,当取Nmax或Nmin为组合目标时，应使相应的M绝对值尽可能大。,风荷载中有左风和右风两种，每次组合只能取其中一种。,吊车竖向荷载Dmax和Dmin可能作用在同一跨厂房的左柱上，也可能作用在右柱上，两者只能选择一种参加组合。,内力组合注意事项,多台吊车荷载参与组合时，应考虑吊车荷载折减系数。,由于柱底水平剪力对基础底面产生弯矩，故对于-截面，必须组合剪力V。,T与D的关系：,有T必有D（实际情况）；有D也要有T（求最不利内力所需）,吊车横向水平荷载Tmax作用在同一跨内的两个柱子上，向左或向右，只能选取其中一种参加组合。,1、概念 排架与排架，排架与山墙之间相互关联的整体作用。各

23、个排架（与山墙）的变形不是独立的，而是互相牵制，互相制约的，是整体工作。单个排架承担的荷载按平面排架计算值单个排架水平位移值按平面排架计算值,五、考虑厂房整体空间工作的排架计算,2、单个荷载作用下厂房的空间作用分配系数 mk,若不考虑空间作用，柱顶荷载Fk由本排架柱承受。考虑空间作用时，本排架柱承受一部分荷载Fk/，相邻其它排架受到牵制，承担一部分荷载Fk-Fk/,越小，空间作用越大。,3、吊车荷载作用下，单跨厂房空间作用分配系数mk mk值查表13-7（第二版）,局部荷载比均布荷载作用下，整体空间作用显著。只对吊车荷载才考虑厂房的整体空间作用。,4、考虑空间作用的计算方法（对吊车荷载）,用剪

24、力分配法（考虑mk）,步骤：1、各排架在柱顶加 不动铰，求支座反力R2、撤除不动铰,将反力乘以mk反向加于各排架 柱顶，剪力分配法求各柱柱顶剪力3、叠加以上柱顶剪力，求得柱顶总剪力，按悬臂柱 求各柱内力（M、N、V图）,当柱的尺寸满足表12-2要求时，认为排架横向刚度得到保证，不必验算。,吊车吨位较大时：,六、排架横向水平位移验算,设计内容：1、柱的选型和截面尺寸确定2、柱的配筋、吊装验算、裂缝验算3、牛腿设计4、连接件的设计5、绘施工图,12.3 单层厂房柱,12.3 单层厂房柱,一、柱的形式,矩形,工字形,双肢柱,通常根据柱截面高度h选取截面形式。,二、矩形和工字形截面柱的设计,1、截面尺

25、寸,柱截面尺寸除应保证承载力要求外，还应保证排架柱具有足够的刚度，以防止厂房横向和纵向变形过大，影响厂房的正常使用。根据刚度要求，6m柱距厂房柱和露天栈桥柱的最小截面尺寸可参考表12-2。,根据荷载组合求得的内力组合（M、V、N），按钢筋混凝土偏心受压构件进行截面设计计算，一般为对称配筋。其中计算长度l0按表12-3取用。,2、截面设计,偏心距增大系数、大小偏心的判别、大偏心时As=As=?小偏心时As=As=?（上册第5章）,3、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,平吊和翻身吊验算时有何异同？（施工方便、满足承载力和裂缝限值要求等角度）,As,As,As,As,单点起吊

26、,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。,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。（上册第3和

27、第8章）,5、吊装验算配筋不足时，可在局部区段加配短钢筋。,牛腿高度：h,牛腿根部有效高度：h0（h0=h-as）,牛腿端部高度：h1,竖向力FV作用点至下柱边缘距离：a,短牛腿,长牛腿,ah0,ah0,三、牛腿设计,按悬臂梁设计,按变截面深梁设计,1、牛腿试验研究结果,牛腿上部，主拉应力迹线基本与牛腿上边缘平行，且沿长度方向比较均匀。,（1）弹性阶段,牛腿斜边，主压应力迹线大致与加载点b到牛腿下部与柱的交点a的连线ab平行。,牛腿与上柱交界处有应力集中现象。,（2）裂缝的出现与展开,F达到破坏荷载的20%40%时，在牛腿顶面与上柱交接处出现竖向裂缝，开展很小，影响不大。,F,F达到破坏荷载的

28、40%60%时，在加载板内侧附近出现第一条斜裂缝。,F,F,F达到破坏荷载的80%左右时，加载板外侧突然出现第二条斜裂缝，预示牛腿即将破坏。,所谓不允许出现斜裂缝是指加载板内侧的斜裂缝而言，它是确定牛腿截面尺寸的主要依据。,（3）牛腿的破坏形态,牛腿的破坏形态主要取决于a/h0值，主要有三种破坏形态：,当a/h00.75和纵向受力钢筋配筋率较低时。,第一条斜裂缝出现后，随荷载增加，不断向受压区延伸，水平纵向受力钢筋应力随之增大并逐渐达到屈服，裂缝外侧混凝土绕牛腿与柱交点转动，混凝土压碎而破坏。,弯曲破坏,剪切破坏,当a/h00.1或边缘高度h1较小时，发生纯剪破坏。,沿加载板内侧接近竖直截面的

29、纯剪破坏。牛腿与下柱交界面上出现一系列短斜裂缝，最后牛腿沿此斜裂缝从柱上切下而遭破坏。,当a/h0=0.10.75时，发生斜压或斜拉破坏。,沿斜裂缝外侧出现一批短而细斜裂缝，最终斜裂缝贯通，混凝土压碎，导致牛腿破坏。,不出现短斜裂缝，由于主拉应力较大，而在加载板内侧出现一条通长斜裂缝，牛腿沿此裂缝破坏。,斜压破坏,斜拉破坏,局部受压破坏,当加载板过小或混凝土强度过低时，由于局部压应力很大，导致加载板下的混凝土局部压碎破坏。,（4）牛腿在竖向力和水平拉力共同作用下的受力情况,由于水平拉力的作用，裂缝将提前出现。,由于水平拉力的作用，牛腿承载力有所降低。,有水平拉力作用的牛腿与没有水平拉力的牛腿的

30、破坏规律相似。,2、牛腿设计,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：？。,牛腿顶面长：e+B+C1（C1100mm）,e,B,C1,牛腿外边缘高度h1：不应太小，否则将发生剪切破坏，h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

31、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%,不应小于0.2%，也不宜大于0.6%,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

32、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,12.4 柱下独立基础,地基,排架柱-截面传来内力,基础梁传来的基础梁自重及上部墙体重,单层厂房柱下独立基础形式：,按受力形式分,轴心受压,偏心受压,按施工方法分,预制基础,现浇基础,按埋置深度分,浅埋基础,深埋基础,一、

33、概述,阶梯形基础,锥形基础,单层厂房柱下独立基础常用形式是扩展基础，基础与预制柱连接部分做成杯口，又称为杯形基础。根据剖面形状可分为阶梯形基础和锥形基础。,当基础埋置较深时，为不使预制柱过长和增加柱的种类，常将基础上部高度增大，形成短柱，并将杯口升高，做成高杯口基础。,高杯口基础,柱下独立基础还有预制板肋基础、壳体基础、倒圆台基础、倒椭圆台基础等。但一般不常用。当地基条件较差时，一般常采用桩基础。,二、柱下扩展基础的设计,确定基础底面尺寸,确定基础高度,底板配筋计算,构造处理及绘制施工图,1、确定基础底面尺寸,计算基地反力时假定基础是绝对刚性且地基土反力线性分布。,基础底面尺寸由地基承载力和地

34、基变形条件确定。,在选定地基持力层和埋置深度后，钢砼柱下独立基础的设计主要包括：,一般单层工业厂房的柱下基础，一般不作地基变形验算。,修正后的地基承载力特征值fa,保证地基稳定、变形在建筑物允许范围内，地基单位面积上的最大承载力：,：基础宽度和深度修正系数,：基础底面以上土的加权平均重度,：基础底面以下土的重度,建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）,介绍两个概念,变阶处,变阶处,（1）轴心受压基础,基底反力,k,取基础自重与其上土重 的平均重度为：,当基础为正方形时：,（2）偏心受压基础,k,k,+Gk,pk,max,Pk,min,假定：基底压力线性非均匀分布,偏心受压基础,当eb

35、/6时，pk，min0,基底平均反力,Pk,max,Pk,min,基底最大反力,偏心受压基础,当e=b/6时，pk，min=0,Pk,max,基底平均反力,基底最大反力,Pk,min=0,偏心受压基础,当eb/6时，pk，min0,说明基底将产生拉应力，但因基础与地基接触面不可能受拉，因此这部分基础底面与地基间是脱离的。,Pk,max,Pk,max,Nbk+Gk的实际作用点,a,基底平均反力,基底最大反力,确定基础底面尺寸,Pk,max,Pk,min,Pk,max,Pk,max,基底平均反力,基底最大反力,先按轴心受压基础确定所需基础底面面积A0；,将面积A0增大20%40%；,考虑偏心距大小

36、，初步选定长、短边尺寸；,验算上二式要求是否满足，如不满足，加大截面尺寸，直至满 足承载力要求。,偏心受压基础,2、确定基础高度,基础高度应满足构造要求和柱与基础交接处混凝土受冲切承载力的要求。,构造要求（P165）：,t,杯壁厚度,a2,基础边缘高度,h1,柱插入深度,a1,杯底厚度,hc,柱截面高度,h2,基础上阶高度,h,基础高度,a2不宜小于200mm，也不应小于a1。,杯底厚度，查表12-5,柱插入深度，有3个要求：（1）表12-4（2）满足柱受力钢筋锚固要求和柱吊装时稳定性的要求（3）h10.05倍柱长,基础受冲切承载力验算：,基础高度（或变阶处高度）不够时，柱传给基础的荷载将使基

37、础发生冲切破坏。,需对柱与基础交接处及基础变阶处的基础高度进行验算。,为防止冲切破坏，须使冲切面外的地基反力所产生的冲切力Fl小于冲切面处混凝土的受冲切承载力。,冲切力Fl,a,a,a,柱与基础交接处,h,Al,混凝土的受冲切力承载力,a,a,a,：受冲切承载力截面高度影响系数,：混凝土抗拉强度设计值,：截面有效高度，取两个方向截面,：冲切锥体最不利一侧的计算长度,取冲切锥体上边长at和下边长a0的,平均值。,左侧图中，at为柱短边尺寸（截面宽度），ab为柱短边尺寸bc+2h0。,柱与基础交接处,h,有效高度的平均值,Al,混凝土的受冲切力承载力,：受冲切承载力截面高度影响系数,：混凝土抗拉强

38、度设计值,左侧图中，at为基础上阶宽，ab为基础上阶宽+2h0。,：冲切锥体最不利一侧的计算长度,取冲切锥体上边长at和下边长a0的,平均值。,有效高度的平均值,：截面有效高度，取两个方向截面,Al,左侧图中，at为，a0为。,：冲切锥体最不利一侧的计算长度,取冲切锥体上边长at和下边长a0的,平均值。,左侧图中，Al为阴影部分面积,若基础地面线落在45线（即冲切破坏锥体）以内时，可不进行冲切验算。,设计时，一般先根据构造要求确定基础高度，然后按冲切验算，如不满足，则需增大基础高度重新验算，直至满足。,3、底板配筋计算,在地基净反力设计值ps的作用下，基础将在两个方向均向上弯曲。因此需在两个方

39、向均配置受力钢筋。,配筋计算控制截面一般取柱与基础交接处或基础变阶处。,计算两个方向的弯矩时，把基础视作固定在柱周边或变阶处的四面挑出的倒置的悬臂板。,变阶处,计算弯矩时，为简化计算，将基础底板划分为四块独立的悬臂板。,h0,短向的钢筋一般置于长向钢筋的上面。,轴心受压基础,长边钢筋：,短边钢筋：,轴心受压基础,长边钢筋：,短边钢筋：,偏心受压基础,长边钢筋,任意截面的弯矩计算公式：,I-I截面：取a=at,短边钢筋,偏心受压基础,任意截面的弯矩计算公式：,-截面：取a=at，b=bt,偏心受压基础,任意截面的弯矩计算公式：,长边钢筋,I-I截面：取a=at,变阶处,at,bt,h0,偏心受压

40、基础,任意截面的弯矩计算公式：,-截面：取a=at，b=bt,短边钢筋,构造要求,1、混凝土,混凝土强度等级不宜低于C20,2、钢 筋,底板受力钢筋一般采用HRB400、HRB335或HPB235级,最小直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm,有垫层时，保护层厚度不宜小于35mm,无垫层时，保护层厚度不宜小于70mm,基础底板长边大于或等于2.5m时，长边钢筋可缩短10%，,宜交错布置,3、垫 层,基础下通常做素混凝土（一般为C10）垫层,垫层厚度通常为100mm,垫层面积比基础底面面积大，通常每端伸出基础边100mm,4、插 筋,详见教材P165,排架柱与基础,单层厂房的构件连接,6、抗风柱与屋架,单层厂房的构件连接,6、抗风柱与屋架,单层厂房的构件连接,7、连系梁与排架柱,单层厂房的构件连接,8、维护墙与排架柱,8、维护墙与排架柱,单层厂房的构件连接,