混凝土設計精品課件

1、混凝土設計第1頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四2.4.4 柱牛腿設計 在廠房結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托架、吊車梁和連系梁等構(gòu)件的部位，設置從柱側(cè)面伸出的短懸臂，稱為牛腿。 牛腿按承受的豎向力作用點至牛腿根部柱邊緣水平距離的不同分為兩類： 時為長牛腿(圖a)，按懸臂梁進行設計； 時為短牛腿 (圖b)，是一個變截面短懸臂深梁。第2頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四（1）牛腿的應力狀態(tài)和破壞過程 試驗研究表明，從加載至破壞，牛腿大體經(jīng)歷彈性、裂縫出現(xiàn)與開展和最后破壞三個階段。 彈性階段通過 環(huán)氧樹脂牛腿模型的光彈試驗，得到了主應力跡線。圖2-

2、57 牛腿主應力圖第3頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四裂縫出現(xiàn)與開展階段 試驗表明，當荷載達到極限荷載的20%40%時，由于上柱根部與牛腿交界處的主拉應力集中現(xiàn)象，在該處首先出現(xiàn)自上而下的豎向裂縫，裂縫細小且開展較慢，對牛腿的受力性能影響不大； 當荷載達到極限荷載的40%60%時，在加載墊板內(nèi)側(cè)附近出現(xiàn)一條斜裂縫，其方向大體與主壓應力軌跡線平行。 破壞階段隨a/h0值的不同，牛腿主要有以下幾種破壞形態(tài): 第4頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四彎壓破壞 當1 ah0 0.75且縱向鋼筋配筋率偏低時，隨著荷載增加，斜裂縫不斷向受壓區(qū)延伸，縱筋應力不斷增

3、加并逐漸達到屈服強度，這時斜裂縫外側(cè)部分繞牛腿下部與柱交接點轉(zhuǎn)動，致使受壓區(qū)混凝土壓碎而引起破壞(圖a)。設計中用配置足夠數(shù)量的縱向受拉鋼筋來避免出現(xiàn)這種破壞現(xiàn)象。 圖2-58 牛腿的破壞形態(tài)第5頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四斜壓破壞 當ah00.10.75時，隨著荷載增加，在斜裂縫外側(cè)整個壓桿范圍內(nèi)，出現(xiàn)大量短小斜裂縫，當這些斜裂縫逐漸貫通時，壓桿內(nèi)混凝土剝落崩出，牛腿即破壞(圖b)；有些牛腿不出現(xiàn)裂縫，而是在加載墊板下突然出現(xiàn)一條通長斜裂縫而破壞(圖c)。這些現(xiàn)象稱為斜壓破壞，破壞時縱向受拉鋼筋達到屈服強度。牛腿承載力計算主要是以這種破壞模式為依據(jù)的。剪切破壞 當

4、ah0 45時， 取45。 第8頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四 牛腿尺寸及配筋 為了防止牛腿頂面加載墊板下混凝土的局部受壓破壞，墊板下的局部壓應力應滿足式中：A為局部受壓面積；fc為混凝土軸心抗壓強度設計值。 牛腿的外邊緣高度h1不應小于h3，且不應小于200 mm，以防止非根部受拉破壞；牛腿外邊緣至吊車梁外邊緣的距離不宜小于70 mm，以防止發(fā)生保護層剝落；牛腿底邊傾斜角45 縱向受力鋼筋第9頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四（3）牛腿配筋計算計算簡圖：試驗研究表明，牛腿在豎向力和水平拉力作用下，其受力特征可以用由牛腿頂部水平縱向受力鋼筋為拉桿

5、和牛腿內(nèi)的斜向受壓混凝土為壓桿組成的三角桁架模型來描述。 圖2-60 牛腿的計算簡圖sh0第10頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四縱向受力鋼筋計算 ：在豎向力設計值Fv和水平拉力設計值Fh共同作用下，通過對 A 點取力矩平衡可得：近似取 ， ，則由上式可得縱向受力鋼筋總截面面積As為式中 Fv、Fh分別為作用在牛腿頂部的豎向力設計值和水平 拉力設計值；對支承吊車梁的牛腿，當?shù)踯嚵?的上部通過連接鋼板與上柱連接時，牛腿上無 此拉力。對支承屋架或其他構(gòu)件的牛腿，則應 考慮水平拉力的影響 a意義同前，當a0.3h0時，取a=0.3h0； 第11頁，共35頁，2022年，5月20

6、日，13點2分，星期四牛腿配筋構(gòu)造（4）構(gòu)造要求1）縱向受力鋼筋縱向受力鋼筋第12頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四2）水平箍筋 在牛腿的截面尺寸滿足公式的抗裂條件后，可不進行斜截面受剪承載力計算，只需按下述構(gòu)造要求設置水平箍筋和彎起鋼筋。 水平箍筋的直徑應取612mm，間距100150mm，且在上部2h0/3范圍內(nèi)的水平箍筋總截面面積不應小于承受豎向力的受拉鋼筋截面面積的1/2。3）彎起鋼筋 當牛腿的剪跨比a/h00.3時，宜設置彎起鋼筋。彎起鋼筋宜采用HRB335或HRB400級鋼筋，并宜設置在牛腿上部l6至l2之間的范圍內(nèi)，其截面面積不宜小于承受豎向力的受拉鋼筋截面

7、積約1/2 ，其根數(shù)不宜小于2根，直徑不宜于小于12 mm。 縱向受拉鋼筋不得兼作彎起鋼筋。彎起鋼筋的錨固同縱向受力鋼筋。 第13頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四2.4.7 柱的運輸與吊裝驗算 柱在其自重作用下為受彎構(gòu)件，其計算簡圖和彎矩圖如圖所示，一般取上柱柱底、牛腿根部和下柱跨中三個控制截面。 柱的吊裝方式及計算簡圖 吊裝方法有翻身吊（a）和平吊(b)兩種。平吊較為方便，當采用平吊不滿足承載力或裂縫寬度限值要求時，可采用翻身吊。 第14頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四2.6 柱下獨立基礎(chǔ)及基礎(chǔ)梁的設計 單層廠房的柱下基礎(chǔ)一般采用獨立基礎(chǔ)（也稱

8、擴展基礎(chǔ)）。按施工方法可分為預制柱下獨立基礎(chǔ)和現(xiàn)澆柱下獨立基礎(chǔ)兩種。對裝配式鋼筋混凝土單層廠房排架結(jié)構(gòu)，常見的獨立基礎(chǔ)形式主要有杯形基礎(chǔ)、高杯基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)等?；A(chǔ)的類型第15頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四 基礎(chǔ)的分類與設計內(nèi)容 (1)柱下獨立基礎(chǔ)（擴展基礎(chǔ)）根據(jù)其受力性能可分為： 軸心受壓基礎(chǔ) 偏心受壓基礎(chǔ)(2)基礎(chǔ)的設計內(nèi)容： 1）基礎(chǔ)的形式； 2）埋置深度考慮持力層、地下水、管道等； 3）底面尺寸按地基承載力及變形確定； 4）基礎(chǔ)高度按混凝土沖切強度確定； 5）底板的配筋計算按地基受彎承載力確定； 6）對一些重要的建筑物或土質(zhì)較為復雜的地基，尚應進 行變形或穩(wěn)定性

9、驗算； 7）當獨立基礎(chǔ)的混凝土強度等級小于柱的混凝土強度等 級時，尚應驗算柱下獨立基礎(chǔ)頂面的局部受壓承載力。第16頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四2.6.1 基礎(chǔ)底面積的確定 （1）軸心荷載作用下的基礎(chǔ) ：在軸心荷載作用下，基礎(chǔ)底面的壓力為均勻分布，設計時應滿足： 軸心受壓基礎(chǔ)壓力分布 若基礎(chǔ)的埋置深度為d，基礎(chǔ)及其上填土的平均重度為m ,則 ，可得基礎(chǔ)底面面積為： 基礎(chǔ)地面積是根據(jù)地基承載力和上部荷載確定的。Fk第17頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四 （2）偏心受壓基礎(chǔ) 在偏心荷載作用下，基礎(chǔ)底面的壓力為線性非均勻分布。Fk+GkMkVkFk+

10、GkFk+GkFk+Gk圖 2-72 偏心受壓基礎(chǔ)的計算簡圖beb/6第18頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四基礎(chǔ)底面邊緣的壓力可按下式計算：取 ，并將 代入，可將基礎(chǔ)底面邊緣的壓力值寫成如下形式：第19頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四當e0, 地基反力分布圖為梯形；當e=b/6時，pmin=0, 地基反力分布圖為三角形；當eb/6時，pmin0, 地基一部分為拉應力, 則基礎(chǔ)底面的實際壓力分布為3al, 根據(jù)平衡關(guān)系：式中 l垂直于力矩作用方向的基礎(chǔ)底面邊長; a合力作用點至基礎(chǔ)底面最大壓應力邊緣的距離, 。第20頁，共35頁，2022年，5月2

11、0日，13點2分，星期四在偏心荷載作用下，基礎(chǔ)底面的壓力值應符合下式要求： 在確定偏心荷載作用下基礎(chǔ)的底面尺寸時，一般采用試算法。首先按軸心荷載作用下初步估算基礎(chǔ)的底面面積；再考慮基礎(chǔ)底面彎矩的影響，將基礎(chǔ)底面積適當增加（2040）%，初步選定基礎(chǔ)底面的邊長l和b（一般b/l=1.52.0，多采用1.5左右），計算偏心荷載作用下基礎(chǔ)底面的壓力值，然后驗算是否滿足要求；如不滿足，應調(diào)整基礎(chǔ)底面尺寸重新驗算，直至滿足為止。 第21頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四2.6.2 基礎(chǔ)高度的確定 獨立基礎(chǔ)的高度除應滿足構(gòu)造要求外，還應根據(jù)柱與基礎(chǔ)交接處以及基礎(chǔ)變階處混凝土的受沖切承

12、載力計算確定?；A(chǔ)沖切破壞示意圖第22頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四 建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范規(guī)定，對矩形截面柱的矩形基礎(chǔ)，柱與基礎(chǔ)交接處以及基礎(chǔ)變階處的受沖切承載力應按下列公式驗算： pj按荷載效應基本組合計算并考慮結(jié)構(gòu)重要系數(shù)的基 礎(chǔ)底面地基凈反力設計值(扣除基礎(chǔ)自重及其上的土 重)；當為軸心荷載時， ；當為偏心受 力時，可取最大的凈反力設計值，pjpnmax。第23頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四基礎(chǔ)的受沖切承載力截面位置第24頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四2.6.3 基礎(chǔ)配筋計算 獨立基礎(chǔ)底板的受力狀態(tài)可看作在地基

13、土反力作用下支承于柱上倒置的變截面懸臂板?；A(chǔ)底板配筋采用地基土凈反力。 (1) 軸心荷載作用下的基礎(chǔ)：將基礎(chǔ)底板劃分為四個區(qū)塊，每個區(qū)塊都可看作是固定于柱邊的懸臂板，且區(qū)塊之間無聯(lián)系?；A(chǔ)底板配筋計算圖第25頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四 由于長邊方向的鋼筋一般置于沿短邊方向鋼筋的下面，此處若假定b方向為長邊，故沿長邊b方向的受力鋼筋截面面積，可近似按下式計算： 如果基礎(chǔ)底板兩個方向受力鋼筋直徑均為d，則截面的有效高度為(h0d )，故沿短邊l方向的受力鋼筋截面面積為：荷載效應的基本組合第26頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四 (2) 偏心荷載

14、作用下的基礎(chǔ)：當臺階的寬高比小于或等于2.5和偏心矩小于或等于1/6 基礎(chǔ)寬度時，沿彎矩作用方向在任意截面處，及垂直于彎矩作用方向在任意截面處相應于荷載效應基本組合時的彎矩設計值可分別按下列公式計算： 當按上式求得彎矩設計值M、M后，其相應的基礎(chǔ)底板受力鋼筋截面面積可近似地按軸心受壓公式進行計算。第27頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四2.6.4 基礎(chǔ)的構(gòu)造要求基礎(chǔ)形狀：獨立基礎(chǔ)的底面一般為矩形，長寬比宜小于2?；A(chǔ)的截面形狀一般可采用對稱的階梯形或錐形。底板配筋：基礎(chǔ)底板受力鋼筋的最小直徑不宜小于10mm，間距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。當基礎(chǔ)底面邊長大于

15、或等于2.5m時，底板受力鋼筋的長度可取邊長的0.9倍，并宜交錯布置。杯口深度：杯口的深度等于柱的插入深度h1+50mm。為了保證預制柱能嵌固在基礎(chǔ)中，柱伸入杯口應有足夠的深度h1；h1還應滿足柱內(nèi)受力鋼筋錨固長度的要求，并應考慮吊裝安裝時柱的穩(wěn)定性。第28頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四杯口尺寸：杯口應大于柱截面邊長，其頂部每邊留出75mm，底部每邊留出50mm，以便預制柱安裝時進行就位、校正，并二次澆筑細石混凝土。杯底厚度：杯底應具有足夠的厚度a1，以防預制柱在安裝時發(fā)生杯底沖切破壞。 錐形基礎(chǔ)的邊緣高度:一般取a2200mm，且a2a1和a2hc/4（hc為預制柱

16、的截面高度）；當錐形基礎(chǔ)的斜坡處為非支模制作時，坡度角不宜大于250，最大不得大于350?；炷翉姸鹊燃墸夯A(chǔ)的混凝土強度等級不宜低于C20。墊層的混凝土強度等級應為C10。 第29頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四獨立基礎(chǔ)外形尺寸和配筋構(gòu)造第30頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四2.6.6 基礎(chǔ)梁的內(nèi)力計算對基礎(chǔ)梁的設計可采用以下兩種方法： （1）按組合梁考慮 （2）按半無限體彈性地基上的梁計算第31頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四2.7 單層廠房排架設計實例1.根據(jù)設計資料，進行結(jié)構(gòu)方案的設計和主要承重構(gòu)件的選型2.計算簡

17、圖及柱截面尺寸確定3.荷載的計算4.內(nèi)力分析（各種荷載單獨作用下的計算簡圖及內(nèi)力圖）5.內(nèi)力組合（各控制截面的最不利內(nèi)力）6.柱的截面設計(配筋計算、裂縫寬度驗算、牛腿設計和柱吊裝驗算)7.獨立基礎(chǔ)的設計（荷載計算、地基承載力驗算、基礎(chǔ)抗沖切強度驗算、基礎(chǔ)配筋計算）8.繪制施工圖第32頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四習題：某單層單跨工業(yè)廠房，跨度為18m，柱距6m。廠房內(nèi) 設有三臺10t吊車，吊車工作制級別為A5，有關(guān)參數(shù) 見表。試計算作用在排架柱上的吊車豎向荷載標準值 和橫向水平荷載標準值。（見課本P45圖2-39）吊車跨度Lk（m）吊車最大寬度B（m）大車輪距K（m）軌道中心至端部距離B1（mm）大車重量G（t）小車重量G（t）最大輪壓Pmax（kN）最小輪壓Pmin（kN）16.55.554.4423014.23.811525第33頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四作業(yè)：P155 習題【2-5】思考題：1.計算單層廠房的風荷載時，應注意哪些問題？并畫出計算簡圖。2.計算吊車豎向荷載、吊車橫向水平荷載時，應注意哪些問題？并畫出計算簡圖。第34頁，共35頁，2022年，5月20日，13點2分，星期四習