4_排架柱设计

2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计
H
Hu
•有吊车荷载 考虑房屋的空间作用，即不仅考虑同一排架内
Nl
各柱参加工作；而且还考虑相邻排架的协同工
作变。截因面此柱上，段的可：类将别l上0 =端(0近.7 似柱HHu排 的简−架计化0方.算7为)向长H不u度动有l0柱铰间支垂l0支座直撑排。架无方E柱向I间u 支撑
20
牛腿设计
试验研究 截面设计（截面尺寸、截面配 筋、构造）
21
二、牛腿设计 牛腿是排架柱极为重要的组成部分，它支承吊车梁或屋架 等承重构件，负荷较大或有动力作用，因此应力状态复杂 在设计时应给予足够重视。
a 根据牛腿上的垂直荷载作用点到牛腿根部的水平距离
与牛腿有效高度 h0 的比值（称为剪跨比）不同，
况。
•
第二个问题是计算控制截面的纵向受拉钢
筋应力σs时M应用自重标准值乘以动力系数
1.5计算。运输吊装阶段的最大裂缝宽度允许
值［wmax］可取为0.2mm。
•
当验算不满足要求时，应优先采用调整或
增设吊点以减少弯矩，或在吊装时采用临时加
固措施来解决。
16
17
18
柱吊装阶段的验算 柱吊装验算应满足：承载力要求 裂缝宽度要求
F vk 0 .5 + a
h0
Fvk—作用于牛腿顶面按短期荷载效应计算的竖向荷载标准值； Fhk—作用于牛腿顶面按短期荷载效应计算的水平荷载标准值。
β— 裂缝控制系数：对需要进行疲劳验算的牛腿，取 β ＝0.65；
对其它牛腿，取 β ＝0.80；
a——竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离，这时应考虑安装偏差20mm；
η ei = η (e0 + ea ) = e0 + ea + f
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• 经分析研究，《钢筋混凝土结构设计规范》规定 偏心距增大系数η按下式进行计算：
η =1+
1
1400 ei
h0
⎜⎛ ⎝
H0 h
⎟⎞ ⎠
2
ζ
1ζ
2
式中：h和h0——柱截面高度和有效高度；
H——柱的计算长度；
ζ1——考虑偏心距的变化对截面曲率的影响系数；
变截面下段：
无吊车厂房柱
l0单= 跨μHl
两跨及多跨
1.5H 1.25H
1.0H 1.0H
EI1l.2H
1.2H
有吊露车天厂吊房车柱柱和⎜⎜⎝⎛栈πμ下 上桥⎟⎟⎠⎞3柱柱 柱= η 当Hl / Hu
(π μ
−21t..0a0HnHulπμ
= 3，2I.l0H/ Il u
) =
，η10.=.2853HHIIluul 0.121时.0H，l
牛腿破坏。
斜压破坏通过加箍筋或弯起钢筋
来保证。
28
也有少数牛腿在裂缝①发展到相对稳定后，加载到某级荷载时，突然从加 载板的内侧出现一条通长斜裂缝然后即沿此斜裂缝破坏。把这种破坏称为 斜拉破坏。
29
斜拉破坏。
3）弯曲破坏
a / h0 > 0.75 和纵向受力钢筋配筋率较低时
特征是当出现裂缝①后，随着荷 载的增加该裂缝不断向受压区延 伸，水平纵向钢筋应力也随着增 大并逐渐达到屈服，这时裂缝① 外侧部分绕牛腿下部与柱的交接 点转动，致使受压区混凝土压碎 而引起破坏。 弯曲破坏主要通过配横向受力 钢筋保证。
ζ 1 = 0.2 + 2.7(ei h0 ) ≤ 1.0
13
• 在对称配筋截面设计时，亦可近似取
ζ 1 = 0.5 fc Ac / N ≤ 1.0
这里，fc为混凝土抗压设计强度，Ac为柱截面面积， N为设计轴向力； ζ2——考虑细长比对截面曲率的影响系数，
ζ 2 = 1.15 − 0.01(H 0 h) ≤ 1.0
ηei＞0.3h0, 且N≤ Nb时，为大偏心受压情况； ηei≤0.3h0,或ηei ＞0.3h0 且N＞ Nb时为小偏心受压情况。 上述式中Nb=fcmbh0ξb
ξb_—— 界限相对受压区高度
15
3 .1.1.4 矩形或工形截面柱运输及吊装验算
•
柱在吊装时的混凝土强度一般应达到设计
强度的70%。吊装方式有翻身吊和平吊两种情
30
4）局部受压破坏
• 当垫板过小或混凝土 强度过低，由于很大 的局部压应力而导致 加载板下混凝土局部 受压破坏。
• 局部受压破坏通过局 部承载力的验算。
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3.牛腿在竖向力和水平拉力同时作用的受力情况
由于水平拉力的作用，牛腿截面出现斜裂缝的荷载比 仅有竖向力作用的牛腿有不同程度的降低。
当 Fh / Fv ＝0.2～0.5时，
承载力验算：
γ M 0 max ≤ Mu = As fy(h0 −a's )
A ≥ Mu
s
f y ( h0 − a 's )
裂缝宽度验算：通过控制钢筋应力和直径的办法间接控制裂缝
[ ] σ s
=
Mk 0.87h0 As
≤
σs
Mk---吊装阶段最大弯矩标准值
[σ]----不需裂缝宽度验算的钢筋最大允许应力，
⎜⎜⎝⎛ l0
Hl Hu
⎟⎟⎠⎞
3
1.5Hu 1.0Hl
——
= Hl 。
Hl
规范分别取 l0 = 2.0Hu 和 l0 = 1.0Hl 。
8
3 .1.1.1 柱的计算长度
• 在材料力学分析中，柱的计算长度依柱 的两端支撑情况为不动铰或固定端而 异。实际厂房中的柱的支撑条件比这个 情况复杂。在一般情况下，可根据单层 厂房柱的实际工作特点，推算出它的计 算长度 的大致范围。单层工业厂房铰接 排架柱的计算长度见表4-1.表中对有吊车 厂房的计算长度，是假定柱顶为不动铰 支座确定的。
一、控制截面
构件设计时一般选取若干个可靠度较低因而对整
个构件起控制作用的截面进行设计，这些截面称
为控制截面。
ห้องสมุดไป่ตู้
III
1 III
二.组合内容
（1）+Mmax及相应的N、V; （2）-Mmax及相应的N、V; （3）+Nmax及相应的+Mmax或-Mmax 、V; （4）+Nmin及相应的+Mmax或-Mmax 、V;
2
As1 < As2
弯矩、轴力与配筋的关系图
3
3 单层厂房柱的计算内容
•
（1） 选择柱型；
•
（2） 确定柱的外形尺寸；
•
（3） 柱的截面设计；
•
（4） 牛腿设计；
•
（5） 柱子在施工吊装时的强度和裂缝宽度验
算；
•
（6） 预埋件及其它连接构造的设计；
•
（7） 绘制施工图。
4
单厂设计
2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计
响。
10
• 附加偏心距ea对小偏心受压构件承载力的影响较 大，随着e0的增加，其影响逐渐减小，对大偏心 受压构件的影响可以忽略不计。 ea的计算公式为
ea = 0.12(0.3h0 − e0 )
• 当e0＞0.3h0时，取ea=0。在考虑附加偏心距后， 计算初始偏心距ei按下式计算：
ei = (M / N )+ ea
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破坏形态
a • 当 ／h0 值增加时，出现斜裂缝的荷载不断减小。这是因为
a • ／h0值增加，水平方向的应力增加，而竖直方向的应力减小，
因此主拉应力增大，斜裂缝提早出现。
2.破坏形态主要取决于a / h0
1）剪切破坏（纯剪破坏）
a / h0 ≤ 0.1
特征是在牛腿与下柱交接面上出
现一系列短斜裂缝，最后牛腿沿
，相应的计算长度H 0 为μH 。
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单厂设计
2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计
2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计
•无吊车荷载
Nl
Nl
H H
柱的计算长度 l0
根据杆系柱稳定的 理类论别：
l0
垂直排架方向
对于等高等截面单跨排架，排H架0方=向1.43有H柱间支撑 无柱间支撑
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(1)牛腿上部主拉应力迹线基本上与牛腿边缘平行；
(2)牛腿下部主压应力迹线大致 与ab连线平行；
(3)牛腿中、下部主拉应力迹线是倾斜的。
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2）裂缝的出现和开展
当荷载加到破坏荷载的20％～40％时 出现裂缝，但其展开很小， 对牛腿的受力性能影响不大； 当荷载继续加大至破坏荷载的 40％～60％时，在加载板的内 侧附近出现第一条裂缝①； 此后，随着荷载的增加， 除这条裂缝不断发展 外， 几乎不再出现第二条斜裂缝② ； 最后，当荷载加大至接近破坏时 （约为破坏荷载的80％时）突然出 现第二条裂缝，预示牛腿即将破坏。
竖向力的作用点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＝hl一as十C.tg α， 当α＞45º时， 取α ＝ 45º 。 33
9
3 .1.1.2 柱在内力计算时采用的偏心距
• 任何矩形和工形截面柱在内力M、N作
用下进行截面设计时，都会产生由设
计内力产生的偏心距e0=M/N。但是， 由于荷载作用位置的不准确性、混凝
土质量的非均匀性以及施工偏差等因
素，都可能产生偶然的附加偏心距，
使e0有可能增大或减少。因此，有必 要考虑附加偏心距对柱承载力的影
混凝土柱截面设计
2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计
一、截面形式
h ≤ 600mm 宜用矩形柱； h = 600 ~ 800mm工字形
或矩形柱；
平腹杆
斜腹杆
h = 900 ~ 1400mm 宜用工字形柱； h > 1400mm 宜用双肢柱。
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单厂设计
2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计
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• 除附加偏心距以外，钢筋混凝土柱在偏心荷载 作用下还将产生纵向弯曲变形，即侧向绕度 f， 侧向绕度 引起附加弯矩N f，因此，在矩形和工
形截面柱计算中，对这种影响，采用偏心距增 大系数η来反映，即采用ηei代替ei进行柱的截 面设计：
η = N (e i + f ) = 1 + f
Ne i
ei
排架柱设计
2.3.1 荷载组合
•可变荷载效应控制 （对于单层排架结构，可以采用简化组合）
¢1.2×恒荷载标准值+1.4×1项活荷载标准值
¢1.2×恒荷载标准值+ 1.4× 0.90×(2项或2项以
上活荷载标准值）
II
•永久荷载效应控制
II
II
¢1.35×恒荷载标准值+ 1.4×所有活荷载的组合值
2.3.2 内力组合
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3 .1.1.3 大、小偏心受压的界限
• 按照钢筋混凝土偏心受压截面强度计算的基本假定，当截面 上的受拉钢筋到达屈服强度，同时受压区混凝土边缘到达极 限压应变值时，称为界限破坏状态。
• 当进行非对称配筋矩形截面计算时，两种偏心受压的判别条 件为：
ηei＞0.3h0, 为大偏心受压情况； ηei≤0.3h0, 为小偏心受压情况 当进行对称配筋矩形截面计算时，两种偏心受压的判别条件 为：
对于无吊双车跨厂排房架柱 ，两H跨单0及=跨多1跨.18H11.2.55HH
1.0H 1.0H
1.2H 1.2H
偏于有吊安车全厂，房规柱范分上下别柱柱取1.5H21和..00HH1ul.25H
。1.25Hu
0.8 Hl
露天吊车柱和栈桥柱
2.0Hl
1.0Hl
1.5Hu 1.0Hl ——
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单厂设计
2.1 组成与布置 2.2 结构分析 2.3 排架柱设计
开裂荷载下降36％～47％， 可见影响较大，同时牛腿的 承载力也降低。 试验表明，有水平拉力的作 用的牛腿与没有水平拉力作 用的牛腿，两者的破坏规律 相似。
32
（二）牛腿的设计： 1、确定截面尺寸 设计时根据经验先假定牛腿高度，再按下式验算：
β FVk ≤
(1 − 0 .5 ) Fhk
f tk bh 0
2.3 .1荷载组合 2.3 .2内力组合 2.3 .3截面设计
二、截面配筋 取最不利内力组合，按偏压构件设计。
偏压构件的承载力计算需用到计算长度。
对两端为不动铰支座的构件，其临界荷载为：N l
=
π 2 EI
H
2 0
对于其它支承的构件，将其换算为具有与两端铰支座相同临界
荷载的受压构件，即
Nl
= π 2 EI (μH )2
①一般采用单点绑扎起吊，吊点设在变阶处； ②吊装时柱的混凝土强度一半达70%即可； ③考虑起吊的振动影响，柱的自重荷载应乘以动力系数1.5; ④吊装承载力验算时，结构构件重要性系数可较其使用阶段 安全等级降低一级取用； ⑤当柱中配筋能满足吊装承载力和裂缝宽度要求时，宜采 用平吊，否则考虑翻身吊。
19
22
牛腿荷载作用位置
23
可将牛腿划分为长牛腿和短牛腿两种。
a > h0
长牛腿;长牛腿的受力特点与悬臂梁相似， 可按悬臂梁设计。
a ≤ h0 短牛腿;短牛腿实质上是一变截面的深梁， 其受力特点与普通悬臂梁不同
1.试验研究
1)弹性阶段的应力分布
对环氧树脂牛腿模型进行光弹 试验得出的主应力迹线图
F
h0 h a
此裂缝从柱上切下而遭到破坏。
这时，牛腿内纵向钢筋应力较低。
剪切破坏通过截面尺寸的限制和
冲切验算高度来保证。
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2）斜压破坏
首先出现斜裂缝①，加载至极限
荷载的70％～80％时，在该裂缝
外侧整个压杆范围内，出席较多
短小斜裂缝。当这些斜裂缝逐渐
a /h 0
=
0 .1 ~
0 . 75
贯通时，压杆内混凝土剥落崩出，