混凝土设计2.4-2.7

M k M c Vc h
取 e M k /( Fk Gk ) ，并将 W lb2 / 6 代入，可将基础底面 边缘的压力值写成如下形式：
pkmax pkmin
Fk Gk lb
6e 1 b
当e<b/6时，pmin>0, 地基反力分布图为梯形； 当e=b/6时，pmin=0, 地基反力分布图为三角形；
斜压破坏 当a／h0＝0.1～0.75时，随着荷载增加，在斜裂缝②外 侧整个压杆范围内，出现大量短小斜裂缝③，当这些斜裂 缝逐渐贯通时，压杆内混凝土剥落崩出，牛腿即破坏(图b)； 有些牛腿不出现裂缝③，而是在加载垫板下突然出现一条 通长斜裂缝④而破坏(图c)。这些现象称为斜压破坏，破坏 时纵向受拉钢筋达到屈服强度。牛腿承载力计算主要是以 这种破坏模式为依据的。 剪切破坏 当a／h0<0.1或虽a／h0较大但牛腿的外边缘高度h1较小 时，在牛腿与下柱的交接面上出现一系列短而细的斜裂缝， 最后牛腿沿此裂缝从柱上切下而破坏(d)。这时牛腿内纵向 钢筋应力较小。这一破坏现象可用控制牛腿截面尺寸(h1) 和采取必要的构造措施来防止。
2.4.7 柱的运输与吊装验算
吊装方法有翻身 吊（a）和平吊(b)两 种。平吊较为方便， 当采用平吊不满足承 载力或裂缝宽度限值 要求时，可采用翻身 吊。 柱在其自重作用 下为受弯构件，其 计算简图和弯矩图 如图所示，一般取 上柱柱底、牛腿根 部和下柱跨中三个 控制截面。
柱的吊装方式及计算简图
2.6 柱下独立基础及基础梁的设计
式中 Fv、Fh——分别为作用在牛腿顶部的竖向力设计值和水平 拉力设计值；对支承吊车梁的牛腿，当吊车梁 的上部通过连接钢板与上柱连接时，牛腿上无 此拉力。对支承屋架或其他构件的牛腿，则应 考虑水平拉力的影响 a——意义同前，当a<0.3h0时，取a=0.3h0；
（4）构造要求 1）纵向受力钢筋
纵向受力钢筋
了保证预制柱能嵌固在基础中，柱伸入杯口应有足够的 深度h1；h1还应满足柱内受力钢筋锚固长度的要求，并 应考虑吊装安装时柱的稳定性。
破坏阶段 随a/h0值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态:
图2-58 牛腿的破坏形态
弯压破坏
当1> a／h0 >0.75且纵向钢筋配筋率偏低时，随着荷载 增加，斜裂缝②不断向受压区延伸，纵筋应力不断增加并逐 渐达到屈服强度，这时斜裂缝②外侧部分绕牛腿下部与柱交 接点转动，致使受压区混凝土压碎而引起破坏(图a)。设计中 用配置足够数量的纵向受拉钢筋来避免出现这种破坏现象。
当e>b/6时，pmin<0, 地基一部分为拉应力, 则基础底面的
实际压力分布为3al, 根据平衡关系：
pk max
2( Fk Gk ) 3al
式中 l——垂直于力矩作用方向的基础底面边长; a——合力作用点至基础底面最大压应力边缘的距离, b a e 。 2
在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：
纵向受 力钢筋
牛腿的外边缘高度h1 不应小于h／3，且不应小 于200 mm，以防止非根 部受拉破坏；牛腿外边缘 至吊车梁外边缘的距离不 宜小于70 mm，以防止发 生保护层剥落；牛腿底边 倾斜角α≤45°
牛腿尺寸及配筋
为了防止牛腿顶面加载垫板下混凝土的局部受压破坏， 垫板下的局部压应力应满足
Fvk c 0.75 f c A
单层厂房的柱下基础一般采用独立基础 （也称扩展基
础）。按施工方法可分为预制柱下独立基础和现浇柱下独立 基础两种。对装配式钢筋混凝土单层厂房排架结构，常见的 独立基础形式主要有杯形基础、高杯基础和桩基础等。
基础的类型
基础的分类与设计内容 (1)柱下独立基础（扩展基础）根据其受力性能可分为： 轴心受压基础 偏心受压基础 (2)基础的设计内容： 1）基础的形式； 2）埋置深度——考虑持力层、地下水、管道等； 3）底面尺寸——按地基承载力及变形确定； 4）基础高度——按混凝土冲切强度确定； 5）底板的配筋计算——按地基受弯承载力确定； 6）对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应进 行变形或稳定性验算； 7）当独立基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等 级时，尚应验算柱下独立基础顶面的局部受压承载力。
轴心受压基础压力分布
（2）偏心受压基础
在偏心荷载作用下，基础底面的压力为线性非均匀分布。
Fk+Gk
e=b/6
Fk+Gk Mk Vk b Fk+Gk Fk+Gk
e>b/6
e<b/6
图 2-72 偏心受压基础的计算简图
基础底面边缘的压力可按下式计算：
pkmax pkmin
Fk Gk M k A W
值Fh共同作用下，通s f y As h0
近似取 0.85 ， h0 as / h0 1.2 ，则由上式可得纵 向受力钢筋总截面面积As为
Fv a Fh As 1.2 0.85 f y h0 fy
am (at ab ) / 2
pj——按荷载效应基本组合计算并考虑结构重要系数的基 础底面地基净反力设计值(扣除基础自重及其上的土 重)；当为轴心荷载时， p j N ；当为偏心受 bl 力时，可取最大的净反力设计值，pj＝pnmax。
基础的受冲切承载力截面位置
2.6.3 基础配筋计算 独立基础底板的受力状态可看作在地基土反力作用下支承于 柱上倒置的变截面悬臂板。基础底板配筋采用地基土净反力。 (1) 轴心荷载作用下的基础：将基础底板划分为四个区块，每 个区块都可看作是固定于柱边的悬臂板，且区块之间无联系。
2.4 单层厂房柱的设计
2.4.1 柱截面几何尺寸的拟定 2.4.2 矩形及工字形截面柱的配筋计算 一般按偏心受压构件进行配筋计算，箍筋按构造要求配置。 柱配筋通常采用对称配筋方式。 2.4.3 矩形及工字形截面柱的构造
2.4.4 柱牛腿设计
在厂房结构钢筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托
架、吊车梁和连系梁等构件的部位，设置从柱侧面伸出 的短悬臂，称为牛腿。
计算的竖向力和水平拉力值； ——裂缝控制系数；对支承吊车梁的牛腿，取
＝0.65，其它牛腿，取＝0.80；
a——竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离，此 时应考虑安装偏差20 mm，当考虑20 mm安装 偏差后的竖向力作用线仍位于下柱截面以内 时，取a＝0； b——牛腿宽度； h0——牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度， 取h0＝h1－as+ c· ，当 > 45°时， tan 取＝45°。
通过a / h0 0.5 环 氧树脂牛腿模型的 光弹试验，得到了 主应力迹线。
图2-57 牛腿主应力图
裂缝出现与开展阶段
试验表明，当荷载达到极限荷载的20%~40%时，由于上 柱根部与牛腿交界处的主拉应力集中现象，在该处首先出现 自上而下的竖向裂缝，裂缝细小且开展较慢，对牛腿的受力 性能影响不大； 当荷载达到极限荷载的40%～60%时，在加载垫板内侧附 近出现一条斜裂缝，其方向大体与主压应力轨迹线平行。
1 2 2G ' M a1 2l a pmax p pmax p l 12 A
1 2G ' 2 ' M l a 2b b pmax pmin 48 A
牛腿按承受的竖向力作用点至牛腿根部柱边缘水平
距离的不同分为两类：
a > h0 时为长牛腿(图a)，
按悬臂梁进行设计；
a h0 时为短牛腿 (图b)，
是一个变截面短悬臂深梁。
（1）牛腿的应力状态和破坏过程 试验研究表明，从加载至破坏，牛腿大体经历弹性、裂缝出 现与开展和最后破坏三个阶段。 弹性阶段
当按上式求得弯矩设计值MⅠ、MⅡ后，其相应的基础 底板受力钢筋截面面积可近似地按轴心受压公式进行计算。
2.6.4 基础的构造要求
基础形状：独立基础的底面一般为矩形，长宽比宜小于 2。基础的截面形状一般可采用对称的阶梯形或锥形。 底板配筋：基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于 10mm，间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。当 基础底面边长大于或等于2.5m时，底板受力钢筋的长度 可取边长的0.9倍，并宜交错布置。 杯口深度：杯口的深度等于柱的插入深度h1+50mm。为
（2）牛腿截面尺寸的确定 牛腿的截面宽度与柱宽相同。
牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝作为控制条件(即牛 腿的高度限值)。设计时以下列经验公式作为抗裂控制条件 来确定牛腿的截面尺寸：
Fhk Fvk 1 - 0.5 Fvk
f tk bh0 0.5 + a h0
式中Fvk、Fhk——分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合
2.6.1 基础底面积的确定 基础地面积是根据地基承载力和上部荷载确定的。
（1）轴心荷载作用下的基础 ：在轴心荷载作用下，基础底 面的压力为均匀分布，设计时应满足：
Fk Gk pk fa A
Fk
若基础的埋置深度为d，基
础及其上填土的平均重度为 m , 则 Gk m dA ，可得基础底面面 积为： Fk A fa m d
荷载效应的 基本组合
如果基础底板两个方向受力钢筋直径均为d，则截面Ⅱ－
Ⅱ的有效高度为(h0－d )，故沿短边l方向的受力钢筋截面面积 为：
M As 0.9 h0 d f y
(2) 偏心荷载作用下的基础：当台阶的宽高比小于或
等于2.5和偏心矩小于或等于1/6 基础宽度时，沿弯矩作 用方向在任意截面Ⅰ－Ⅰ处，及垂直于弯矩作用方向在 任意截面Ⅱ—Ⅱ处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设 计值可分别按下列公式计算：
牛腿配筋构造
2）水平箍筋
在牛腿的截面尺寸满足公式的抗裂条件后，可不进行斜 截面受剪承载力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯 起钢筋。 水平箍筋的直径应取6～12mm，间距100～150mm，且在 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 的受拉钢筋截面面积的1/2。 3）弯起钢筋 当牛腿的剪跨比a/h0≥0.3时，宜设置弯起钢筋。弯起钢筋 宜采用HRB335或HRB400级钢筋，并宜设置在牛腿上部l／6 至l／2之间的范围内，其截面面积不宜小于承受竖向力的受拉 钢筋截面积约1/2 ，其根数不宜小于2根，直径不宜于小于12 mm。 纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。弯起钢筋的锚固同纵 向受力钢筋。