单层工业厂房(第四节)

Nk A fa 0d
轴心受压基础压力分布
3.5 柱下独立基础设计
第三章 单层厂房结构
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2
基础底面尺寸
（2）偏心荷载作用下的基础 ：在偏心荷载作用下，基础底面的压力 为线性分布。
偏心受压基础压力分布
3.5 柱下独立基础设计
第三章 单层厂房结构
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2
基础底面尺寸
基础底面边缘的压力可按下式计算：
3.5 柱下独立基础设计
第三章 单层厂房结构
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2
基础底面尺寸
（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：
N k Gk pk fa A
若基础的埋置深度为d， 基础及其上填土的平均重 度为 0 ,则 Gk 0 dA ，可 得基础底面面积为：
N bk lb
6e0 1 b
3.5 柱下独立基础设计
第三章 单层厂房结构
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2
基础底面尺寸
在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：
pk,max 1.2 f a
p
pk,max pk,min 2
fa
在确定偏心荷载作用下基础的底面尺寸时，一般采用试算法。首先 按轴心荷载作用下初步估算基础的底面面积；再考虑基础底面弯矩的影 响，将基础底面积适当增加（20-40）%，初步选定基础底面的边长l和b， 计算偏心荷载作用下基础底面的压力值，然后验算是否满足要求；如不 满足，应调整基础底面尺寸重新验算，直至满足为止。
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
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破坏阶段 ：随a/h0值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态： 弯压破坏：如图(a) 斜压破坏：如图(b)(c) 剪切破坏：如图（d）
牛腿的破坏形态
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
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弯压破坏 当1＞a /h0＞0.75时，且纵向钢筋配筋率较低时，随着荷 载增加纵向钢筋应力不断增加最终受拉钢筋屈服，牛腿 下部与柱相交的受压区砼压碎。
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构 还应满足构造尺寸的要求
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牛腿尺寸及配筋
牛腿外边缘高度h1≥200mm且≥h/3，一般取h1＝200～300mm；
牛腿下边缘倾角α ≤45°
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
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（2）牛腿的正截面承载力计算
计算简图：试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，其
防止措施：合理的牛腿截面尺寸， 并进行牛腿正截面承载力计算，配 置一定的牛腿受拉钢筋。
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
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斜压破坏 当a /h0=0.1~0.75时，随着荷载增加，整个压杆范围内 出现大量短小斜裂缝，裂缝贯通后，混凝土压碎，或 形成一条通长斜裂缝而破坏。
防止措施：足够的截面
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
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二、牛腿的受力
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 ：
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。
牛腿的应力状态
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
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3.4.1 柱截面配筋设计 一、使用阶段计算
（1）截面配筋计算
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 有关。《混凝土结构设计规范》根据单 l0 层厂房的实际支承及受力特点，结合工程经验所给出的计算长度 。 l0
尺寸。
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
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剪切破坏 当a /h0＜0.1时，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。 防止措施：满足必要的截面构造尺 寸要求；因剪切破坏承载力很高，
配筋只需按构造要求。
另外，当加载垫板过小时，还可能发生局部受压破坏。
第三章 单计
矩形：h≤600mm
工形：h＝800～1500mm
双肢柱：h>1600mm
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
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排架柱设计的设计内容：
选择柱的型式
确定柱的外形尺寸（包括上柱高、下柱高、横截面尺寸、 牛腿尺寸等） 柱截面配筋设计 牛腿设计 连接构造设计
pk,max pk,min
N bk M bk A W
N bk N k Gk N wk M bk M k Vk h N wk ew
取 e0 M bk / N bk ，并将 W lb 2 / 6代入，可将基础底面边缘的压力值写 成如下形式：
pk,max pk,min
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
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二、施工阶段验算 主要是柱的吊装验算
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。
①荷载取柱自重标准值，并乘以动力系数1.5；
②柱的混凝土强度一般按设计强度的70%考虑；
柱的吊装方式及计算简图 ③因吊装验算是临时性的，故构件安全等级可较其使用阶段的安全等 级降低一级。
近似取 s 0.85 ， s h0 as / s 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
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； fy——为纵向受拉钢筋强度设计值。
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
柱的类型 无吊车 厂房柱 有吊车 厂房柱 单 跨
排架方向 1.5H 1.25H 2.0Hu 1.0Hl 2.0Hl
垂直排架方向 有柱间支撑 1.0H 1.0H 1.25Hu 0.8Hl 1.0Hl 无柱间撑 1.2H 1.2H 1.5Hu 1.0Hl －
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裂缝出现与开展阶段(见教材107页图3.42) ： 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。
3.5 柱下独立基础设计
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基础高度验算
独立基础的高度除应满足构造要求外，还应根据柱与基础交接处以及 基础变阶处混凝土的受冲切承载力计算确定。
基础冲切破坏示意图
3.5 柱下独立基础设计
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基础高度验算
《建筑地基基础设计规范》规定，对矩形截面柱的矩形基础，柱 与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力应按下列公式验算：
抗风柱计算简图
3.4 排架柱设计
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抗风柱的设计
（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 铰支座； 柱底部固定于基础顶面； 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， 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，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， 若忽略抗风柱自重，则可按变截面受弯构件进行设计。
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
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3.4.2 牛腿设计 一、牛腿的分类
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。 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，按悬臂梁进行设计； a h0 时为短牛腿 ，是一个变截面短悬臂深梁。
3.4 排架柱设计
第三章 单层厂房结构
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构造要求 ：
纵向受拉钢筋：钢筋数量不宜少于4根，直径不宜小于12mm，配筋率不 宜大于0.6%，不应小于0.2%及0.45ft/fy。
牛腿配筋构造
3.4 排架柱设计
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水平箍筋及弯起钢筋 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。 当牛腿的剪跨比a/h0≥0.3时，宜设置弯起钢筋。 纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。
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。
3.4 排架柱设计
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§3.5 柱下单独基础设计
1 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： 基础的形式； 埋置深度； 底面尺寸； 基础高度； 底板的配筋计算； 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； 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。