12.3单层厂房柱

试验表明： 试验表明：
1. Fv=0.2~0.4Fu，竖向裂缝 ，对牛腿的 竖向裂缝1， 受力性能影响不大; 受力性能影响不大
2. Fv=0.4~0.6Fu ，在加载垫板内侧附近出现一条斜裂缝 ， 在加载垫板内侧附近出现一条斜裂缝 斜裂缝2， 其方向大体与主压应力轨迹线平行, 其方向大体与主压应力轨迹线平行 它是控制牛腿截面尺寸的主要依据； 控制牛腿截面尺寸的主要依据 它是控制牛腿截面尺寸的主要依据； 3. Fv=0.8Fu ，突然出现第二条斜裂缝 ，预示着牛腿即将破坏。 突然出现第二条斜裂缝 斜裂缝3，预示着牛腿即将破坏。
两跨及多跨 上 柱
构造要求 混凝土强度等级不宜低于C20,纵向受力钢筋直径d 混凝土强度等级不宜低于C20,纵向受力钢筋直径d 不宜低于C20,纵向受力钢筋直径 不宜小于12mm,全部纵筋的配筋率不宜超过35% 12mm,全部纵筋的配筋率不宜超过35%； 不宜小于12mm,全部纵筋的配筋率不宜超过35%； 柱内纵筋的净距不应小于50mm,对水平浇筑的预制柱， 柱内纵筋的净距不应小于50mm,对水平浇筑的预制柱， 纵筋的净距不应小于50mm,对水平浇筑的预制柱 其净距按梁采用； 其净距按梁采用； 偏心受压柱中垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋以及 轴心受压柱中各边的纵筋， 中距不宜大于300mm。 轴心受压柱中各边的纵筋，其中距不宜大于 纵筋 不宜大于 。
(2)承载力计算和配筋构造
1）计算模型： ）计算模型： 试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下， 试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，其受 力特征可以用三角桁架模型来描述。 三角桁架模型来描述 力特征可以用三角桁架模型来描述。 牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆 牛腿顶部水平纵向受力钢筋为 水平纵向受力钢筋 牛腿内的斜向受压混凝土为压杆 牛腿内的斜向受压混凝土为 斜向受压混凝土
第12章 单层厂房 章
单层厂房的结构形式、 §12.1 单层厂房的结构形式、结构组成和结构布置
§12.2 排架计算
§12.3 单层厂房柱
§12.4 柱下独立基础
§12.5 吊车梁
§12.3 单层厂房柱
12.3.1 柱的形式及柱的设计
柱的截面设计步骤： 柱的截面设计步骤： 1.确定柱的计算长度（ 1.确定柱的计算长度（l0); 确定柱的计算长度 2.柱的配筋计算; 2.柱的配筋计算; 柱的配筋计算 3.柱的吊装验算。 3.柱的吊装验算。 柱的吊装验算 配筋计算： 配筋计算： 采用对称配筋 采用对称配筋。 对称配筋。
12.3.3牛腿 12.3.3牛腿 牛腿分类： 牛腿分类：
a ≤ h0 为短牛腿 ，
变截面短悬臂深梁。 按变截面短悬臂深梁。
a > h0 时为长牛腿， 时为长牛腿， 长牛腿
悬臂梁进行设计 进行设计； 按悬臂梁进行设计；
（1）a / h0 = 0.5环氧树脂牛腿模型的光弹试验 ）
（2）钢筋混凝土牛腿试验 ）钢筋混凝土牛腿试验
构造要求
As/2 内的水平箍筋总截面面积≥As/2;
水平箍筋的直径应取 6 12mm 间距100 150mm 且在上部2 mm， 100mm， 水平箍筋 的直径应取6-12mm ， 间距 100-150mm ， 且在上部 2h0/3 范围 的直径应取 宜设置弯起钢筋 弯起钢筋。 当牛腿的剪跨比a/h0≥0.3时，宜设置弯起钢筋。 不得兼作弯起钢筋 纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。 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。 弯起钢筋的锚固同纵向受力钢筋。 锚固同纵向受力钢筋
，
，
——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 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； 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；
a——意义同前，当a<0.3h0时，取a=0.3h0； ——意义同前 意义同前， fy——为纵向受拉钢筋强度设计值。 ——为纵向受拉钢筋强度设计值。 为纵向受拉钢筋强度设计值
2）承载力计算
在竖向力设计值Fv和水平拉 共同作用下， 力设计值Fh共同作用下，通过 点取力矩平衡可得： 对 A 点取力矩平衡可得：
Fv a + Fh ( γ s h0 + as ) ≤ f y Asγ s h0
近似取
γ s = 0.85 ( γ s h0 + as ) / γ s h0 = 1.2 Fv a Fh As ≥ + 1.2 0.85 f y h0 fy
2.牛腿设计 牛腿设计 牛腿的设计步骤： 牛腿的设计步骤： 确定牛腿的截面尺寸； 确定牛腿的截面尺寸； 牛腿的配筋计算及配筋构造； 牛腿的配筋计算及配筋构造； 验算局部受压承载力。 验算局部受压承载力。 （1）截面尺寸的确定 ）截面尺寸的确定
宽度b:柱宽相同 宽度 柱宽相同; 柱宽相同 高度h: 高度 斜截面抗裂要求； 斜截面抗裂要求； 构造要求； 构造要求；
抗风柱计算简图
（2）计算简图及内力分析 ） 抗风柱顶部一般支承在端屋架的上弦节点处 支承点可视为不动 抗风柱顶部一般支承在端屋架的 上弦节点处， 支承点可视为不动 上弦节点 铰支座； 铰支座； 柱底部固定于基础顶面； 柱底部固定于基础顶面； 屋架下弦相连接 当屋架下弦设有横向水平支撑时，抗风柱亦可与屋架下弦相连接， 当屋架下弦设有横向水平支撑时 ， 抗风柱亦可与屋架下弦 相连接， 为抗风柱的另一个不动铰支座 不动铰支座； 作 为抗风柱的另一个 不动铰支座 ；当在山墙内侧设置水平抗风梁或抗 风桁架时， 抗风梁（或桁架）也为抗风柱的一个支座 支座。 风桁架时，则抗风梁（或桁架）也为抗风柱的一个支座。
由于山墙的重量一般由基础梁承受，故抗风柱主要承受风荷载， 由于山墙的重量一般由基础梁承受，故抗风柱主要承受风荷载， 若忽略抗风柱自重，则可按变截面受弯构件进行设计。 变截面受弯构件进行设计 若忽略抗风柱自重，则可按变截面受弯构件进行设计。 当山墙处设有连系梁时，则抗风柱可按变截面的偏心受压构件 当山墙处设有连系梁时，则抗风柱可按变截面的偏心受压构件 进行设计。 进行设计。
柱的形式
工字型柱的外形尺寸
柱的计算长度 在对柱进行受压承载力计算或验算时， 在对柱进行受压承载力计算或验算时，柱的偏心距 增大系数或稳定系数与柱的计算长度l 增大系数或稳定系数与柱的计算长度l0有关
刚性屋盖单层厂房排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度 刚性屋盖单层厂房排架柱、
垂直排架方向 柱的类型 排 架 方 向 有柱间支撑 单 无吊车 厂房柱 有吊车 厂房柱 下 柱 露天吊车柱和栈桥柱 跨 1.5H 1.25H 2.0Hu 1.0Hl 2.0Hl 1.0H 1.0H 1.25Hu 0.8Hl 1.0Hl 无柱间撑 1.2H 1.2H 1.5Hu 1.0Hl －
式中Fvs、Fhs——分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合 分别为作用于牛腿顶部按荷载效应标准组合 计算的竖向力和水平拉力值； 计算的竖向力和水平拉力值； 向力和水平拉力值
β——裂缝控制系数； 裂缝控制系数； 裂缝控制系数 a——竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离 竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离 b——牛腿宽度； 牛腿宽度； 牛腿宽度 h0——牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。 牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度。 牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度
牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝作为控制条件 牛腿截面尺寸通常以不出现斜裂缝作为控制条件。抗 不出现斜裂缝作为控制条件。 裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸的经验公式： 裂控制条件来确定牛腿的截面尺寸的经验公式：
Fbs f tk bh0 Fvs ≤ β
柱的吊装验算
柱在其自重作用下 为受弯构件， 为受弯构件 ， 其计算 简图和弯矩图如图所 一般取上柱柱底 上柱柱底、 示 ， 一般取 上柱柱底 、 牛腿根部和 牛腿根部 和 下柱跨中 三个控制截面 控制截面。 三个控制截面。
柱的吊装方式及计算简图
4
抗风柱的设计
抗风柱承受山墙传来的风荷载，其外边缘与厂房横向封闭轴线重合， 抗风柱承受山墙传来的风荷载，其外边缘与厂房横向封闭轴线重合， 离屋架中心线600mm。为了避免抗风柱与端屋架相碰， 600mm 离屋架中心线 600mm 。 为了避免抗风柱与端屋架相碰 ， 应将抗风柱的上 部截面高度适当减小，形成变截面柱。 部截面高度适当减小，形成变截面柱。 （1）抗风柱尺寸的确定 ） 抗风柱截面尺寸除了满 足有关截面尺寸的限值外， 足有关截面尺寸的限值外， 上柱截面尺寸不宜小于 350mm×300mm ， 下 柱 截 × 面高度不宜小于600mm。 面高度不宜小于 。 抗风柱的柱顶标高应低 于屋架上弦中心线50mm； 于屋架上弦中心线 ； 同时抗风柱变阶处的标高应 低于屋架下弦底边200mm。 低于屋架下弦底边 。
（3）牛腿的破坏形态 ）
1）弯压破坏（图a): ）弯压破坏（ 破坏
a/h0＞0.75和纵筋配筋率低： 和纵筋配筋率低： 和纵筋配筋率低
2）斜压破坏（图b/c): a/h0=0.1~0.75; ）斜压破坏（ 破坏 3）剪切破坏（图d): ）剪切破坏（ 破坏 a/h0≤0.1;0
4）局部破坏（图e): 加载板尺寸过小 ）局部破坏（ 破坏