單層廠房柱的設(shè)計(jì)教材課件

3單層廠房柱的設(shè)計(jì)

（1）選擇柱型；

（2）確定柱的外形尺寸；

（3）柱的截面設(shè)計(jì)；

（4）牛腿設(shè)計(jì)；

（5）柱子在施工吊裝時(shí)的強(qiáng)度和裂縫寬度驗(yàn)算；

（6）預(yù)埋件及其它連接構(gòu)造的設(shè)計(jì)；

（7）繪制施工圖。3.1.1柱的計(jì)算內(nèi)容3單層廠房柱的設(shè)計(jì)（1）選擇柱型；3.1.113.1.1.1柱的計(jì)算長(zhǎng)度在材料力學(xué)分析中，柱的計(jì)算長(zhǎng)度依柱的兩端支撐情況為不動(dòng)鉸或固定端而異。實(shí)際廠房中的柱的支撐條件比這個(gè)情況復(fù)雜。在一般情況下，可根據(jù)單層廠房柱的實(shí)際工作特點(diǎn)，推算出它的計(jì)算長(zhǎng)度的大致范圍。單層工業(yè)廠房鉸接排架柱的計(jì)算長(zhǎng)度見表12-4.表中對(duì)有吊車廠房的計(jì)算長(zhǎng)度，是假定柱頂為不動(dòng)鉸支座確定的。3.1.1.1柱的計(jì)算長(zhǎng)度在材料力學(xué)分析中，柱的計(jì)算長(zhǎng)23.1.1.2柱在內(nèi)力計(jì)算時(shí)采用的偏心距任何矩形和工形截面柱在內(nèi)力M、N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)力產(chǎn)生的偏心距e0=M/N。但是，由于荷載作用位置的不準(zhǔn)確性、混凝土質(zhì)量的非均勻性以及施工偏差等因素，都可能產(chǎn)生偶然的附加偏心距，使e0有可能增大或減少。因此，有必要考慮附加偏心距對(duì)柱承載力的影響。3.1.1.2柱在內(nèi)力計(jì)算時(shí)采用的偏心距任何矩形和工形截3附加偏心距ea對(duì)小偏心受壓構(gòu)件承載力的影響較大，隨著e0的增加，其影響逐漸減小，對(duì)大偏心受壓構(gòu)件的影響可以忽略不計(jì)。ea的計(jì)算公式為當(dāng)e0＞0.3h0時(shí)，取ea=0。在考慮附加偏心距后，計(jì)算初始偏心距ei按下式計(jì)算：附加偏心距ea對(duì)小偏心受壓構(gòu)件承載力的影響較大，隨著e0的增4除附加偏心距以外，鋼筋混凝土柱在偏心荷載作用下還將產(chǎn)生縱向彎曲變形，即側(cè)向繞度f，側(cè)向繞度引起附加彎矩Nf，因此，在矩形和工形截面柱計(jì)算中，對(duì)這種影響，采用偏心距增大系數(shù)η來反映，即采用ηei代替ei進(jìn)行柱的截面設(shè)計(jì)：除附加偏心距以外，鋼筋混凝土柱在偏心荷載作用下還將產(chǎn)生縱向彎5經(jīng)分析研究，《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定偏心距增大系數(shù)η按下式進(jìn)行計(jì)算：式中：h和h0——柱截面高度和有效高度；H——柱的計(jì)算長(zhǎng)度；ζ1——考慮偏心距的變化對(duì)截面曲率的影響系數(shù)；經(jīng)分析研究，《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定偏心距增大系數(shù)η按6在對(duì)稱配筋截面設(shè)計(jì)時(shí)，亦可近似取這里，fc為混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，Ac為柱截面面積，N為設(shè)計(jì)軸向力；ζ2——考慮細(xì)長(zhǎng)比對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，在對(duì)稱配筋截面設(shè)計(jì)時(shí)，亦可近似取這里，fc為混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)73.1.1.3大、小偏心受壓的界限按照鋼筋混凝土偏心受壓截面強(qiáng)度計(jì)算的基本假定，當(dāng)截面上的受拉鋼筋到達(dá)屈服強(qiáng)度，同時(shí)受壓區(qū)混凝土邊緣到達(dá)極限壓應(yīng)變值時(shí)，稱為界限破壞狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行非對(duì)稱配筋矩形截面計(jì)算時(shí)，兩種偏心受壓的判別條件為：ηei＞0.3h0,為大偏心受壓情況；ηei≤0.3h0,為小偏心受壓情況當(dāng)進(jìn)行對(duì)稱配筋矩形截面計(jì)算時(shí)，兩種偏心受壓的判別條件為：ηei＞0.3h0,且N≤Nb時(shí)，為大偏心受壓情況；ηei≤0.3h0,或ηei＞0.3h0且N＞Nb時(shí)為小偏心受壓情況。上述式中Nb=fcmbh0ξb

ξb_——界限相對(duì)受壓區(qū)高度

3.1.1.3大、小偏心受壓的界限按照鋼筋混凝土偏心受壓83.1.1.4矩形或工形對(duì)稱配筋截面的計(jì)算在鋼筋混凝土單層工業(yè)廠房中，由于排架柱的截面彎矩主要是由風(fēng)荷載和吊車荷載產(chǎn)生的，而風(fēng)荷載和吊車水平荷載在向左和向右兩個(gè)方向都可能產(chǎn)生，吊車豎向荷載的最大輪壓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，一般都采用對(duì)稱配筋截面的柱子。同時(shí)，為了節(jié)省混凝土和減輕構(gòu)件自重，對(duì)于截面高度h大于600mm的柱子，可采用工形截面。工形截面柱的翼緣厚度一般不小于100mm，腹板厚度一般不小于80mm。這種工形截面偏心受壓構(gòu)件的破壞特征、計(jì)算假定和計(jì)算方法與矩形截面是相似的，區(qū)別只在于增加了受壓區(qū)翼緣的參與受力。計(jì)算時(shí)同樣可分為ξ≤ξb的大偏心受壓和ξ﹥?chǔ)蝏的小偏心受壓兩種情況進(jìn)行。3.1.1.4矩形或工形對(duì)稱配筋截面的計(jì)算在鋼筋混凝土9一、大偏心受壓情況（一）矩形截面條件是ηei＞0.3h0,且N≤Nb。這時(shí)，式中：N——由荷載設(shè)計(jì)值算得的設(shè)計(jì)軸力；fcm——混凝土的彎曲抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度；fy、fy’——受拉、受壓鋼筋的屈服強(qiáng)度，fy=fy’；As、As’——受拉、受壓鋼筋的截面面積，As=As’；b、h、h0——截面寬度、高度、有效高度；x——壓區(qū)計(jì)算高度，x=N/fcmb；

a、a’——受拉、受壓鋼筋重心分別至受拉、受壓區(qū)邊緣的距離。一、大偏心受壓情況式中：N——由荷載設(shè)計(jì)值算得的設(shè)計(jì)軸力；10如果算得的x<2a’,可近似取x=2a’，即為：如果算得的x<2a’,可近似取x=2a’，即為：11（二）工形截面1.當(dāng)N≤fcmb’fh’f時(shí)，受壓區(qū)高度x≤h’f，在一般截面尺寸情況下，能夠滿足ξ≤ξb的條件，屬于大偏心受壓情況。當(dāng)x=N/fcmb’f時(shí):式中：b’f——工形截面翼緣寬度，其余符號(hào)同前。如果算得的x<2a’,也可近似取x=2a’,即：（二）工形截面式中：b’f——工形截面翼緣寬度，其余符號(hào)同前122.當(dāng)fcm〔ξbbh0+（b’f-b）h’f〕≥N＞fcmb’fh’f時(shí)，受壓區(qū)高度x＞h’f，受壓區(qū)進(jìn)入腹板，但由于ξ≤ξb，屬于大偏心受壓情況。當(dāng)時(shí)，2.當(dāng)fcm〔ξbbh0+（b’f-b）h’f〕≥N＞f13二、小偏心受壓情況（一）矩形截面條件是ηei≤0.3h0,或ηei＞0.3h0且N＞Nb時(shí)。二、小偏心受壓情況14（二）工形截面當(dāng)N＞fcm〔ξbbh0+（b’f-b）h’f〕時(shí)，由于ξ﹥?chǔ)蝏，屬于小偏心受壓情況。（二）工形截面15Sc——混凝土受壓區(qū)面積對(duì)As合力中心的面積矩，當(dāng)1>ξ﹥?chǔ)蝏時(shí)，當(dāng)h/h0>ξ≥1時(shí)，當(dāng)ξ>

h/h0時(shí)，Sc——混凝土受壓區(qū)面積對(duì)As合力中心的面積矩，當(dāng)1>ξ﹥16Ac——混凝土受壓區(qū)面積.當(dāng)1>ξ﹥?chǔ)蝏時(shí)，當(dāng)h/h0>ξ≥1時(shí)，當(dāng)ξ>

h/h0時(shí)，Ac——混凝土受壓區(qū)面積.當(dāng)1>ξ﹥?chǔ)蝏時(shí)，當(dāng)h/h0>17三、截面受力鋼筋的最小配筋率1.當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35及以下時(shí)：受壓鋼筋A(yù)s’——0.2%（混凝土計(jì)算面積）；受拉鋼筋A(yù)s——0.15%（混凝土計(jì)算面積）。2.當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40~C60時(shí)：As’、As——0.2%（混凝土計(jì)算面積）。這里，最小配筋率的混凝土計(jì)算面積按實(shí)際截面計(jì)算。由于單層工業(yè)廠房鋼筋混凝土柱截面多為對(duì)稱配筋，故三、截面受力鋼筋的最小配筋率18例某單層工業(yè)廠房柱的下柱截面尺寸如圖所示，計(jì)算高度H0=11.50m，采用C30混凝土（fcm=16.6N/mm2,fc=15N/mm2）、II級(jí)鋼筋（fy=310N/MM2)。若承受的內(nèi)力按下列兩組設(shè)計(jì)值考慮，并按對(duì)稱配筋，求此下柱截面所需要的鋼筋截面面積As(As’)。例某單層工業(yè)廠房柱的下柱截面尺寸如圖所示，計(jì)算高度H0=119

解：1.判別屬于哪一種偏心受壓情況解：1.判別屬于哪一種偏心受壓情況202.求ei及偏心距增大系數(shù)η（1）A組內(nèi)力情況2.求ei及偏心距增大系數(shù)η21（2）B組內(nèi)力情況（2）B組內(nèi)力情況223.計(jì)算As、As’(1)A組內(nèi)力情況3.計(jì)算As、As’23(2)B組內(nèi)力情況計(jì)算壓區(qū)高度x：(3)取As’=As=1172.58mm2,選用1Φ20,2Φ25，As’=As=1296.2mm2，按不小于ρmin的要求驗(yàn)算式：(2)B組內(nèi)力情況(3)取As’=As=1172.58mm24柱在吊裝時(shí)的混凝土強(qiáng)度一般應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%。吊裝方式有翻身吊和平吊兩種情況，如圖7.63(a)、(b)所示。第二個(gè)問題是計(jì)算控制截面的縱向受拉鋼筋應(yīng)力σs時(shí)M應(yīng)用自重標(biāo)準(zhǔn)值乘以動(dòng)力系數(shù)1.5計(jì)算。運(yùn)輸?shù)跹b階段的最大裂縫寬度允許值［wmax］可取為0.2mm。

當(dāng)驗(yàn)算不滿足要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用調(diào)整或增設(shè)吊點(diǎn)以減少?gòu)澗?，或在吊裝時(shí)采用臨時(shí)加固措施來解決。3.1.1.5矩形或工形截面柱運(yùn)輸及吊裝驗(yàn)算柱在吊裝時(shí)的混凝土強(qiáng)度一般應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%。吊裝方25圖7.63圖7.6326強(qiáng)度驗(yàn)算的公式為：式中，——允許的鋼筋拉應(yīng)力，對(duì)于直徑為φ16、18、22、25、28的螺紋鋼筋分別取210、200、180、170、160/mm2,對(duì)于光圓鋼筋取160/mm2。強(qiáng)度驗(yàn)算的公式為：27牛腿設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有確定牛腿的截面尺寸、進(jìn)行配筋計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)。牛腿按其所受豎向荷載作用點(diǎn)到牛腿下部與柱邊緣交接點(diǎn)的水平距離a的大小，可把牛腿分為兩大類。當(dāng)a≤h0時(shí)為短牛腿，如圖7.64(a)所示；當(dāng)a＞h0時(shí)為長(zhǎng)牛腿，如圖7.64(b)所示。其中h0為牛腿根部垂直截面的有效高度。當(dāng)為長(zhǎng)牛腿時(shí)，與懸臂梁相似，按懸臂梁進(jìn)行計(jì)算。3.1.2

牛腿設(shè)計(jì)牛腿設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有確定牛腿的截面尺寸、進(jìn)行配筋計(jì)算和構(gòu)造28圖7.64牛腿荷載作用位置圖7.64牛腿荷載作用位置29從環(huán)氧樹脂牛腿模型光彈性試驗(yàn)得到牛腿的主應(yīng)力跡線，如圖所示。

當(dāng)外荷載Fv為極限荷載的20%~40%時(shí)，在牛腿主拉應(yīng)力跡線的密集區(qū)首先出現(xiàn)垂直裂縫①，如圖所示。

當(dāng)Fv繼續(xù)增加到極限荷載的40%~60%時(shí)，在加載板內(nèi)側(cè)附近出現(xiàn)第一條斜裂縫②，如繼續(xù)加載則裂縫②不斷發(fā)展；

當(dāng)加載至極限荷載的80%左右時(shí)，突然在加載板外側(cè)出現(xiàn)斜裂縫③，這預(yù)示牛腿即將破壞。3.1.2.1牛腿的應(yīng)力狀態(tài)和破壞過程從環(huán)氧樹脂牛腿模型光彈性試驗(yàn)得到牛腿的主應(yīng)力跡線，如圖所30（1）

剪切破壞當(dāng)a/h0≤0.1時(shí)，發(fā)生剪切破壞，其特征是牛腿與下柱的交接面處出現(xiàn)一系列的短斜裂縫，最終沿此裂縫把牛腿從柱上切下而破壞。如圖(a)所示。（2）

斜壓破壞當(dāng)a/h0=0.1~0.75時(shí)，發(fā)生斜壓破壞。其特征是在加載板內(nèi)側(cè)出現(xiàn)斜裂縫②后，繼續(xù)加載至極限荷載的80%左右，在加載板內(nèi)外側(cè)之間，在斜向范圍內(nèi)出現(xiàn)大量短小斜裂縫，最后在加載板外側(cè)突然出現(xiàn)斜裂縫③，而后牛腿沿此斜壓桿或斜裂縫③而破壞。如圖(b)所示。（1）剪切破壞31（3）

彎壓破壞當(dāng)a/h0＞0.75時(shí)，發(fā)生彎壓破壞。其特征是當(dāng)出現(xiàn)斜裂縫②后，隨荷載的增加，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②以外的部分繞牛腿下部與柱的交接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致該處混凝土壓碎而破壞。如圖(c)所示。（3）彎壓破壞32圖牛腿內(nèi)彈性階段主應(yīng)力跡線圖牛腿內(nèi)彈性階段主應(yīng)力跡線33圖

牛腿的裂縫圖牛腿的裂縫34圖牛腿的破壞形式圖牛腿的破壞形式351.截面尺寸的確定（圖7.68）牛腿的截面寬度通常與柱相同，而截面高度一般按使用階段不出現(xiàn)斜裂縫②或僅出現(xiàn)微細(xì)裂縫作為控制條件。斜裂縫出現(xiàn)時(shí)的荷載Fv與a/h0的關(guān)系可列經(jīng)驗(yàn)公式表示：3.1.2.2牛腿設(shè)計(jì)1.截面尺寸的確定（圖7.68）3.1.2.236

—作用于牛腿頂部的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值；

—系數(shù)，對(duì)承受重級(jí)工作制吊車的牛腿取0.65，中輕級(jí)取0.70，其他牛腿取0.80；

—作用于牛腿頂部的水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值；

根據(jù)上述公式可以確定牛腿的截面高度；牛腿的截面寬度等于柱的截面寬度。在構(gòu)造上，為了防止沿加載板內(nèi)側(cè)發(fā)生非根部受拉破壞，要求牛腿端部高度h1≥h/3,且不小于200mm，牛腿底面傾斜角α≤45°.此外，牛腿外邊緣與吊車梁外邊緣的距離a1不宜小于70mm，否則會(huì)影響牛腿的局部承壓能力，并可能造成牛腿外邊緣混凝土保護(hù)層剝落。

—作用于牛腿頂部的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值；37為防止牛腿頂面加載板下混凝土局部受壓破壞，其局部受壓應(yīng)力不得超過0.75fc，即：式中：A——牛腿面上的局部承壓面積，即加載板面積；

fc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度。為防止牛腿頂面加載板下混凝土局部受壓破壞，其局部受壓應(yīng)力不得382.承載力計(jì)算（1）計(jì)算簡(jiǎn)圖。

牛腿在即將破壞時(shí)的計(jì)算簡(jiǎn)圖可視為一個(gè)三角桁架，如圖所示。（2）斜截面抗彎強(qiáng)度計(jì)算。如圖所示。（確定縱向鋼筋）Fv——作用在牛腿頂部的豎向力設(shè)計(jì)值；Fh——作用在牛腿頂部的水平拉力設(shè)計(jì)值；a——同前，當(dāng)a<0.3h0時(shí)，取a=0.3h0；h、h0——牛腿根部截面的高度、有效高度；fy——縱向鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。2.承載力計(jì)算Fv——作用在牛腿頂部的豎向力設(shè)計(jì)值；39由于牛腿頂部邊緣拉應(yīng)力沿長(zhǎng)度方向分布比較均勻，所以算得的縱向受拉鋼筋不得下彎，兼做彎起鋼筋，而應(yīng)全部直通到牛腿外邊緣，在沿斜邊下彎，并超過下柱邊緣150mm?？v向受拉鋼筋宜采用變形鋼筋，還要有符合表4-3要求的錨固長(zhǎng)度la，并通過牛腿根部柱中心線。當(dāng)縱向受拉鋼筋在柱內(nèi)水平錨固長(zhǎng)度不夠時(shí)，應(yīng)伸至對(duì)面柱邊后再向下彎折，彎折前水平錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于0.45la，彎折后的垂直長(zhǎng)度不應(yīng)小于10d，但也不宜大于20d.縱向受拉鋼筋的配筋應(yīng)不小于0.2%，也不宜大于0.6%，且根數(shù)不應(yīng)小于4根，直徑不應(yīng)小于12mm。由于牛腿頂部邊緣拉應(yīng)力沿長(zhǎng)度方向分布比較均勻，所以算得的縱向40

當(dāng)牛腿承受水平拉力時(shí)，在牛腿頂面預(yù)埋鋼墊板下設(shè)置專門傳遞水平拉力的焊接水平錨固筋，可以改善牛腿承受水平拉力的傳力路線。水平錨固筋截面面積一般可按1.2Fh/fy計(jì)算，在構(gòu)造上不少于兩根，直徑不應(yīng)小于12mm。因此由上式算得的As，其中Ah=1.2Fh/fy部分可作為水平錨固筋焊接在鋼墊板下。當(dāng)牛腿承受水平拉力時(shí)，在牛腿頂面預(yù)埋鋼墊板下設(shè)置專門傳遞水41（3）斜截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算。（確定箍筋)

在實(shí)際工程中，一般認(rèn)為按斜截面抗裂條件控制后，自然會(huì)滿足斜截面抗剪強(qiáng)度要求。只需按照構(gòu)造要求設(shè)置水平箍筋。箍筋直徑—6mm~12mm；箍筋間距—100mm~150mm；箍筋面積—在上部2h0/3范圍內(nèi)，水平箍筋的總截面積不應(yīng)小于縱向受拉鋼筋A(yù)s（不計(jì)水平拉力所需縱向受拉鋼筋）的1/2。（3）斜截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算。（確定箍筋)42圖7.68牛腿受力圖圖7.68牛腿受力圖43圖7.69牛腿的計(jì)算簡(jiǎn)圖圖7.69牛腿的計(jì)算簡(jiǎn)圖44（4）彎筋的設(shè)置在設(shè)計(jì)牛腿時(shí)，當(dāng)牛腿的剪跨比a/h0≥0.3時(shí)，應(yīng)設(shè)置彎起鋼筋，彎起鋼筋宜采用變形鋼筋，并宜設(shè)置在牛腿上部l/6至l/2之間的范圍內(nèi)，其截面面積Aw不應(yīng)少于承受豎向力的受拉鋼筋面積As的2/3(不計(jì)水平拉力所需縱向受拉鋼筋)，且不應(yīng)小于0.0015bh0，其根數(shù)不應(yīng)少于2根，直徑不應(yīng)小于12mm，如圖所示。（4）彎筋的設(shè)置45圖11.70牛腿的尺寸及配筋構(gòu)造圖11.70牛腿的尺寸及配筋構(gòu)造46單層廠房柱的設(shè)計(jì)教材課件47演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！483單層廠房柱的設(shè)計(jì)

（1）選擇柱型；

（2）確定柱的外形尺寸；

（3）柱的截面設(shè)計(jì)；

（4）牛腿設(shè)計(jì)；

（5）柱子在施工吊裝時(shí)的強(qiáng)度和裂縫寬度驗(yàn)算；

（6）預(yù)埋件及其它連接構(gòu)造的設(shè)計(jì)；

（7）繪制施工圖。3.1.1柱的計(jì)算內(nèi)容3單層廠房柱的設(shè)計(jì)（1）選擇柱型；3.1.1493.1.1.1柱的計(jì)算長(zhǎng)度在材料力學(xué)分析中，柱的計(jì)算長(zhǎng)度依柱的兩端支撐情況為不動(dòng)鉸或固定端而異。實(shí)際廠房中的柱的支撐條件比這個(gè)情況復(fù)雜。在一般情況下，可根據(jù)單層廠房柱的實(shí)際工作特點(diǎn)，推算出它的計(jì)算長(zhǎng)度的大致范圍。單層工業(yè)廠房鉸接排架柱的計(jì)算長(zhǎng)度見表12-4.表中對(duì)有吊車廠房的計(jì)算長(zhǎng)度，是假定柱頂為不動(dòng)鉸支座確定的。3.1.1.1柱的計(jì)算長(zhǎng)度在材料力學(xué)分析中，柱的計(jì)算長(zhǎng)503.1.1.2柱在內(nèi)力計(jì)算時(shí)采用的偏心距任何矩形和工形截面柱在內(nèi)力M、N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)力產(chǎn)生的偏心距e0=M/N。但是，由于荷載作用位置的不準(zhǔn)確性、混凝土質(zhì)量的非均勻性以及施工偏差等因素，都可能產(chǎn)生偶然的附加偏心距，使e0有可能增大或減少。因此，有必要考慮附加偏心距對(duì)柱承載力的影響。3.1.1.2柱在內(nèi)力計(jì)算時(shí)采用的偏心距任何矩形和工形截51附加偏心距ea對(duì)小偏心受壓構(gòu)件承載力的影響較大，隨著e0的增加，其影響逐漸減小，對(duì)大偏心受壓構(gòu)件的影響可以忽略不計(jì)。ea的計(jì)算公式為當(dāng)e0＞0.3h0時(shí)，取ea=0。在考慮附加偏心距后，計(jì)算初始偏心距ei按下式計(jì)算：附加偏心距ea對(duì)小偏心受壓構(gòu)件承載力的影響較大，隨著e0的增52除附加偏心距以外，鋼筋混凝土柱在偏心荷載作用下還將產(chǎn)生縱向彎曲變形，即側(cè)向繞度f，側(cè)向繞度引起附加彎矩Nf，因此，在矩形和工形截面柱計(jì)算中，對(duì)這種影響，采用偏心距增大系數(shù)η來反映，即采用ηei代替ei進(jìn)行柱的截面設(shè)計(jì)：除附加偏心距以外，鋼筋混凝土柱在偏心荷載作用下還將產(chǎn)生縱向彎53經(jīng)分析研究，《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定偏心距增大系數(shù)η按下式進(jìn)行計(jì)算：式中：h和h0——柱截面高度和有效高度；H——柱的計(jì)算長(zhǎng)度；ζ1——考慮偏心距的變化對(duì)截面曲率的影響系數(shù)；經(jīng)分析研究，《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定偏心距增大系數(shù)η按54在對(duì)稱配筋截面設(shè)計(jì)時(shí)，亦可近似取這里，fc為混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，Ac為柱截面面積，N為設(shè)計(jì)軸向力；ζ2——考慮細(xì)長(zhǎng)比對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，在對(duì)稱配筋截面設(shè)計(jì)時(shí)，亦可近似取這里，fc為混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)553.1.1.3大、小偏心受壓的界限按照鋼筋混凝土偏心受壓截面強(qiáng)度計(jì)算的基本假定，當(dāng)截面上的受拉鋼筋到達(dá)屈服強(qiáng)度，同時(shí)受壓區(qū)混凝土邊緣到達(dá)極限壓應(yīng)變值時(shí)，稱為界限破壞狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行非對(duì)稱配筋矩形截面計(jì)算時(shí)，兩種偏心受壓的判別條件為：ηei＞0.3h0,為大偏心受壓情況；ηei≤0.3h0,為小偏心受壓情況當(dāng)進(jìn)行對(duì)稱配筋矩形截面計(jì)算時(shí)，兩種偏心受壓的判別條件為：ηei＞0.3h0,且N≤Nb時(shí)，為大偏心受壓情況；ηei≤0.3h0,或ηei＞0.3h0且N＞Nb時(shí)為小偏心受壓情況。上述式中Nb=fcmbh0ξb

ξb_——界限相對(duì)受壓區(qū)高度

3.1.1.3大、小偏心受壓的界限按照鋼筋混凝土偏心受壓563.1.1.4矩形或工形對(duì)稱配筋截面的計(jì)算在鋼筋混凝土單層工業(yè)廠房中，由于排架柱的截面彎矩主要是由風(fēng)荷載和吊車荷載產(chǎn)生的，而風(fēng)荷載和吊車水平荷載在向左和向右兩個(gè)方向都可能產(chǎn)生，吊車豎向荷載的最大輪壓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，一般都采用對(duì)稱配筋截面的柱子。同時(shí)，為了節(jié)省混凝土和減輕構(gòu)件自重，對(duì)于截面高度h大于600mm的柱子，可采用工形截面。工形截面柱的翼緣厚度一般不小于100mm，腹板厚度一般不小于80mm。這種工形截面偏心受壓構(gòu)件的破壞特征、計(jì)算假定和計(jì)算方法與矩形截面是相似的，區(qū)別只在于增加了受壓區(qū)翼緣的參與受力。計(jì)算時(shí)同樣可分為ξ≤ξb的大偏心受壓和ξ﹥?chǔ)蝏的小偏心受壓兩種情況進(jìn)行。3.1.1.4矩形或工形對(duì)稱配筋截面的計(jì)算在鋼筋混凝土57一、大偏心受壓情況（一）矩形截面條件是ηei＞0.3h0,且N≤Nb。這時(shí)，式中：N——由荷載設(shè)計(jì)值算得的設(shè)計(jì)軸力；fcm——混凝土的彎曲抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度；fy、fy’——受拉、受壓鋼筋的屈服強(qiáng)度，fy=fy’；As、As’——受拉、受壓鋼筋的截面面積，As=As’；b、h、h0——截面寬度、高度、有效高度；x——壓區(qū)計(jì)算高度，x=N/fcmb；

a、a’——受拉、受壓鋼筋重心分別至受拉、受壓區(qū)邊緣的距離。一、大偏心受壓情況式中：N——由荷載設(shè)計(jì)值算得的設(shè)計(jì)軸力；58如果算得的x<2a’,可近似取x=2a’，即為：如果算得的x<2a’,可近似取x=2a’，即為：59（二）工形截面1.當(dāng)N≤fcmb’fh’f時(shí)，受壓區(qū)高度x≤h’f，在一般截面尺寸情況下，能夠滿足ξ≤ξb的條件，屬于大偏心受壓情況。當(dāng)x=N/fcmb’f時(shí):式中：b’f——工形截面翼緣寬度，其余符號(hào)同前。如果算得的x<2a’,也可近似取x=2a’,即：（二）工形截面式中：b’f——工形截面翼緣寬度，其余符號(hào)同前602.當(dāng)fcm〔ξbbh0+（b’f-b）h’f〕≥N＞fcmb’fh’f時(shí)，受壓區(qū)高度x＞h’f，受壓區(qū)進(jìn)入腹板，但由于ξ≤ξb，屬于大偏心受壓情況。當(dāng)時(shí)，2.當(dāng)fcm〔ξbbh0+（b’f-b）h’f〕≥N＞f61二、小偏心受壓情況（一）矩形截面條件是ηei≤0.3h0,或ηei＞0.3h0且N＞Nb時(shí)。二、小偏心受壓情況62（二）工形截面當(dāng)N＞fcm〔ξbbh0+（b’f-b）h’f〕時(shí)，由于ξ﹥?chǔ)蝏，屬于小偏心受壓情況。（二）工形截面63Sc——混凝土受壓區(qū)面積對(duì)As合力中心的面積矩，當(dāng)1>ξ﹥?chǔ)蝏時(shí)，當(dāng)h/h0>ξ≥1時(shí)，當(dāng)ξ>

h/h0時(shí)，Sc——混凝土受壓區(qū)面積對(duì)As合力中心的面積矩，當(dāng)1>ξ﹥64Ac——混凝土受壓區(qū)面積.當(dāng)1>ξ﹥?chǔ)蝏時(shí)，當(dāng)h/h0>ξ≥1時(shí)，當(dāng)ξ>

h/h0時(shí)，Ac——混凝土受壓區(qū)面積.當(dāng)1>ξ﹥?chǔ)蝏時(shí)，當(dāng)h/h0>65三、截面受力鋼筋的最小配筋率1.當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35及以下時(shí)：受壓鋼筋A(yù)s’——0.2%（混凝土計(jì)算面積）；受拉鋼筋A(yù)s——0.15%（混凝土計(jì)算面積）。2.當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40~C60時(shí)：As’、As——0.2%（混凝土計(jì)算面積）。這里，最小配筋率的混凝土計(jì)算面積按實(shí)際截面計(jì)算。由于單層工業(yè)廠房鋼筋混凝土柱截面多為對(duì)稱配筋，故三、截面受力鋼筋的最小配筋率66例某單層工業(yè)廠房柱的下柱截面尺寸如圖所示，計(jì)算高度H0=11.50m，采用C30混凝土（fcm=16.6N/mm2,fc=15N/mm2）、II級(jí)鋼筋（fy=310N/MM2)。若承受的內(nèi)力按下列兩組設(shè)計(jì)值考慮，并按對(duì)稱配筋，求此下柱截面所需要的鋼筋截面面積As(As’)。例某單層工業(yè)廠房柱的下柱截面尺寸如圖所示，計(jì)算高度H0=167

解：1.判別屬于哪一種偏心受壓情況解：1.判別屬于哪一種偏心受壓情況682.求ei及偏心距增大系數(shù)η（1）A組內(nèi)力情況2.求ei及偏心距增大系數(shù)η69（2）B組內(nèi)力情況（2）B組內(nèi)力情況703.計(jì)算As、As’(1)A組內(nèi)力情況3.計(jì)算As、As’71(2)B組內(nèi)力情況計(jì)算壓區(qū)高度x：(3)取As’=As=1172.58mm2,選用1Φ20,2Φ25，As’=As=1296.2mm2，按不小于ρmin的要求驗(yàn)算式：(2)B組內(nèi)力情況(3)取As’=As=1172.58mm72柱在吊裝時(shí)的混凝土強(qiáng)度一般應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%。吊裝方式有翻身吊和平吊兩種情況，如圖7.63(a)、(b)所示。第二個(gè)問題是計(jì)算控制截面的縱向受拉鋼筋應(yīng)力σs時(shí)M應(yīng)用自重標(biāo)準(zhǔn)值乘以動(dòng)力系數(shù)1.5計(jì)算。運(yùn)輸?shù)跹b階段的最大裂縫寬度允許值［wmax］可取為0.2mm。

當(dāng)驗(yàn)算不滿足要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用調(diào)整或增設(shè)吊點(diǎn)以減少?gòu)澗?，或在吊裝時(shí)采用臨時(shí)加固措施來解決。3.1.1.5矩形或工形截面柱運(yùn)輸及吊裝驗(yàn)算柱在吊裝時(shí)的混凝土強(qiáng)度一般應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%。吊裝方73圖7.63圖7.6374強(qiáng)度驗(yàn)算的公式為：式中，——允許的鋼筋拉應(yīng)力，對(duì)于直徑為φ16、18、22、25、28的螺紋鋼筋分別取210、200、180、170、160/mm2,對(duì)于光圓鋼筋取160/mm2。強(qiáng)度驗(yàn)算的公式為：75牛腿設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有確定牛腿的截面尺寸、進(jìn)行配筋計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)。牛腿按其所受豎向荷載作用點(diǎn)到牛腿下部與柱邊緣交接點(diǎn)的水平距離a的大小，可把牛腿分為兩大類。當(dāng)a≤h0時(shí)為短牛腿，如圖7.64(a)所示；當(dāng)a＞h0時(shí)為長(zhǎng)牛腿，如圖7.64(b)所示。其中h0為牛腿根部垂直截面的有效高度。當(dāng)為長(zhǎng)牛腿時(shí)，與懸臂梁相似，按懸臂梁進(jìn)行計(jì)算。3.1.2

牛腿設(shè)計(jì)牛腿設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有確定牛腿的截面尺寸、進(jìn)行配筋計(jì)算和構(gòu)造76圖7.64牛腿荷載作用位置圖7.64牛腿荷載作用位置77從環(huán)氧樹脂牛腿模型光彈性試驗(yàn)得到牛腿的主應(yīng)力跡線，如圖所示。

當(dāng)外荷載Fv為極限荷載的20%~40%時(shí)，在牛腿主拉應(yīng)力跡線的密集區(qū)首先出現(xiàn)垂直裂縫①，如圖所示。

當(dāng)Fv繼續(xù)增加到極限荷載的40%~60%時(shí)，在加載板內(nèi)側(cè)附近出現(xiàn)第一條斜裂縫②，如繼續(xù)加載則裂縫②不斷發(fā)展；

當(dāng)加載至極限荷載的80%左右時(shí)，突然在加載板外側(cè)出現(xiàn)斜裂縫③，這預(yù)示牛腿即將破壞。3.1.2.1牛腿的應(yīng)力狀態(tài)和破壞過程從環(huán)氧樹脂牛腿模型光彈性試驗(yàn)得到牛腿的主應(yīng)力跡線，如圖所78（1）

剪切破壞當(dāng)a/h0≤0.1時(shí)，發(fā)生剪切破壞，其特征是牛腿與下柱的交接面處出現(xiàn)一系列的短斜裂縫，最終沿此裂縫把牛腿從柱上切下而破壞。如圖(a)所示。（2）

斜壓破壞當(dāng)a/h0=0.1~0.75時(shí)，發(fā)生斜壓破壞。其特征是在加載板內(nèi)側(cè)出現(xiàn)斜裂縫②后，繼續(xù)加載至極限荷載的80%左右，在加載板內(nèi)外側(cè)之間，在斜向范圍內(nèi)出現(xiàn)大量短小斜裂縫，最后在加載板外側(cè)突然出現(xiàn)斜裂縫③，而后牛腿沿此斜壓桿或斜裂縫③而破壞。如圖(b)所示。（1）剪切破壞79（3）

彎壓破壞當(dāng)a/h0＞0.75時(shí)，發(fā)生彎壓破壞。其特征是當(dāng)出現(xiàn)斜裂縫②后，隨荷載的增加，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②以外的部分繞牛腿下部與柱的交接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致該處混凝土壓碎而破壞。如圖(c)所示。（3）彎壓破壞80圖牛腿內(nèi)彈性階段主應(yīng)力跡線圖牛腿內(nèi)彈性階段主應(yīng)力跡線81圖

牛腿的裂縫圖牛腿的裂縫82圖牛腿的破壞形式圖牛腿的破壞形式831.截面尺寸的確定（圖7.68）牛腿的截面寬度通常與柱相同，而截面高度一般按使用階段不出現(xiàn)斜裂縫②或僅出現(xiàn)微細(xì)裂縫作為控制條件。斜裂縫出現(xiàn)時(shí)的荷載Fv與a/h0的關(guān)系可列經(jīng)驗(yàn)公式表示：3.1.2.2牛腿設(shè)計(jì)1.截面尺寸的確定（圖7.68）3.1.2.284

—作用于牛腿頂部的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值；

—系數(shù)，對(duì)承受重級(jí)工作制吊車的牛腿取0.65，中輕級(jí)取0.70，其他牛腿取0.80；

—作用于牛腿頂部的水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值；

根據(jù)上述公式可以確定牛腿的截面高度；牛腿的截面寬度等于柱的截面寬度。在構(gòu)造上，為了防止沿加載板內(nèi)側(cè)發(fā)生非根部受拉破壞，要求牛腿端部高度h1≥h/3,且不小于200mm，牛腿底面傾斜角α≤45°.此外，牛腿外邊緣與吊車梁外邊緣的距離a1不宜小于70mm，否則會(huì)影響牛腿的局部承壓能力，并可能造成牛腿外邊緣混凝土保護(hù)層剝落。