《排架柱设计》PPT课件.ppt

排架柱设计排架柱设计混凝土柱截面设计混凝土柱截面设计内力组合内力组合内力组合内力组合荷载组合荷载组合内力组合内力组合永久荷载效应控制永久荷载效应控制1.35恒荷载标准值恒荷载标准值+所有活荷载的所有活荷载的组合值组合值荷载组合荷载组合（对于单层排架结构，可以（对于单层排架结构，可以采用简化组合）采用简化组合）1.2恒荷载标准值恒荷载标准值+1.41项活荷载标项活荷载标准值准值可变荷载效应控制可变荷载效应控制1.2恒荷载标准值恒荷载标准值+1.4 0.90(2项或项或2项以上活荷载标准值）项以上活荷载标准值）内力组合内力组合控制截面控制截面组合内容组合内容内力组合注意事项内力组合注意事项IIIIIIIIIIII一一.控制截面控制截面构件设计时一般选取构件设计时一般选取若干个可靠度较低因若干个可靠度较低因而对整个构件起控制而对整个构件起控制作用的截面进行设计，作用的截面进行设计，这些截面称为控制截这些截面称为控制截面。面。二二.组合内容组合内容（1）+Mmax及相应的及相应的N、V;（2）-Mmax及相应的及相应的N、V;（3）+Nmax及相应的及相应的+Mmax或或-Mmax、V;（4）+Nmin及相应的及相应的+Mmax或或-Mmax、V;对于（对于（1）、（）、（2）两项组合，当弯）两项组合，当弯矩取最大正值或最大负值时，相应矩取最大正值或最大负值时，相应的轴力就唯一确定了。的轴力就唯一确定了。弯矩、轴力与配筋的关系图弯矩、轴力与配筋的关系图三三.内力组合注意事项内力组合注意事项1）每一项组合必须包括恒荷载产生）每一项组合必须包括恒荷载产生的内力；的内力；2）在吊车竖向荷载，）在吊车竖向荷载，Dmax或或Dmin可可能作用在同一跨厂房的左柱上，也可能作用在同一跨厂房的左柱上，也可能作用在右柱上，两者只能选择一种能作用在右柱上，两者只能选择一种（取不利内力）参加组合。（取不利内力）参加组合。3）吊车横向水平荷载，）吊车横向水平荷载，Tmax作用在作用在同一跨内的两个柱子上，向左或向右，同一跨内的两个柱子上，向左或向右，只能选择一种参加组合。只能选择一种参加组合。4）在同一跨内有）在同一跨内有T必有必有D，有，有D可以可以没有没有T；故组合；故组合Dmax或或Dmin时，不一时，不一定组合定组合Tmax产生的内力。考虑到产生的内力。考虑到Tmax既可向左又可向右作用的特性，所以既可向左又可向右作用的特性，所以若组合了若组合了Dmax或或Dmin产生的内力，则产生的内力，则同时组合相应的同时组合相应的Tmax产生的内力（产生的内力（多多跨时只取一项跨时只取一项）才能得到最不利的内）才能得到最不利的内力组合。但是，若组合了力组合。但是，若组合了Tmax产生的产生的内力，则必须取用相应的内力，则必须取用相应的Dmax或或Dmin产生的内力。产生的内力。7）组合最大轴力和最小轴力时，）组合最大轴力和最小轴力时，轴力为零的项应考虑进去。轴力为零的项应考虑进去。5）风荷载有向左、向右吹两种）风荷载有向左、向右吹两种情况，只能选择一种参加组合。情况，只能选择一种参加组合。6）由于多台吊车同时满载的可）由于多台吊车同时满载的可能性教小，所以多台吊车参与组能性教小，所以多台吊车参与组合时，其内力应乘以相应的荷载合时，其内力应乘以相应的荷载折减系数。折减系数。内力组合例题内力组合例题某单跨钢筋混凝土单层厂房（有吊车）某单跨钢筋混凝土单层厂房（有吊车），在各种荷载作用下，在各种荷载作用下，A柱柱底截面柱柱底截面内力值如下表。求内力值如下表。求A柱底截面最不利柱底截面最不利组合。组合。1.2恒荷载标准值恒荷载标准值+1.4 0.90(2项或项或2项以上活荷载标准值）项以上活荷载标准值）荷载种荷载种类及编类及编号号恒载恒载屋面屋面活荷活荷载载吊车竖向荷载吊车竖向荷载吊车水平荷载吊车水平荷载风荷载风荷载内内力力值值屋面屋面荷载荷载柱、吊柱、吊车梁自车梁自重重D Dmaxmax在在A A柱柱D Dminmin在在A A柱柱T Tmaxmax向左向左T Tmaxmax向向右右左风左风右风右风MM1.441.441.461.460.250.251.641.64-7.45-7.451.321.32-1.32-1.3215.0215.02-13.71-13.71N N18.4818.488.168.164.054.0528.8428.8410.0710.07V V0.360.360.080.08-1.08-1.08-1.06-1.060.340.34-0.34-0.342.552.55-2.00-2.00A柱柱底截面内力值柱柱底截面内力值+0.9（+-）（1）+Mmax及相应的及相应的N、V;Dmax在在A柱柱Tmax向左向左左风左风屋面活荷载屋面活荷载+0.9（+）（2）-Mmax及相应的及相应的N、V;Dmin在在A柱柱 Tmax向右向右右风右风+（3）+Nmax及相应的及相应的+Mmax或或-Mmax、V;Dmax在在A柱柱Tmax向左向左屋面活荷载屋面活荷载+（4）+Nmin及相应的及相应的+Mmax或或-Mmax、V;左风左风厂房柱采用厂房柱采用C30级混凝土，级混凝土，HRB335级级钢筋。假定对上柱柱底钢筋。假定对上柱柱底截面的内截面的内力组合如表所示。力组合如表所示。最不利组合最不利组合例题例题序序序序号号号号组合目的组合目的组合目的组合目的组合方式组合方式组合方式组合方式MM(KN.m)(KN.m)N N(kN)(kN)1 1+M+Mmaxmax及相应的及相应的及相应的及相应的N N恒恒恒恒+风风风风96.5396.53380.91380.912 2-M-Mmaxmax及相应的及相应的及相应的及相应的N N 恒恒恒恒+0.9+0.9（吊（吊（吊（吊+风）风）风）风）-104.63-104.63380.91380.913 3N Nmaxmax及相应的及相应的及相应的及相应的 M Mmax max 恒恒恒恒+0.9+0.9（活（活（活（活+吊吊吊吊+风）风）风）风）-97.58-97.58444.74444.744 4N Nminmin及相应的及相应的及相应的及相应的 M Mmax max 恒恒恒恒+0.9+0.9（吊（吊（吊（吊+风）风）风）风）-104.63-104.63380.91380.91已知上柱截面已知上柱截面bh=400mm500mm，对称配筋，又已知相对界限受压区对称配筋，又已知相对界限受压区b0.55，试判断其最不利组合。，试判断其最不利组合。大小偏心判断：大小偏心判断：截面各组轴力均截面各组轴力均小于小于Nb，故均为大小偏，故均为大小偏心受压情况。所以选轴心受压情况。所以选轴力小、弯矩大的内力作力小、弯矩大的内力作为控制内力，故选为控制内力，故选2或或4的组合数据。的组合数据。钢筋砼钢筋砼N NM M曲线曲线*混凝土柱截面设计混凝土柱截面设计截面形式截面形式截面配筋截面配筋吊装验算吊装验算构造构造平腹杆斜腹杆宜用矩形柱；宜用矩形柱；工字形工字形或矩形柱；或矩形柱；宜用双肢柱。宜用双肢柱。一一.截面形式截面形式宜用工字形柱；宜用工字形柱；从刚度要求出发，需满足表从刚度要求出发，需满足表12-3 的要求。的要求。二二.截面配筋截面配筋取最不利内力组合，按偏压构件设计。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。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，其对两端为不动铰支座的构件，其临界荷载为：临界荷载为：对于其它支承的构件，将其换算为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具有与两端铰支座相同临界荷载的受压构件，即受压构件，即相应的计算长度相应的计算长度 为为 。根据杆系稳定理论：根据杆系稳定理论：对于双跨排架，对于双跨排架，偏于安全，规范分别取偏于安全，规范分别取1.5H和和14.25H。无吊车荷载无吊车荷载HH对于等高等截面单跨排架，对于等高等截面单跨排架，计算长度计算长度对于双跨排架，对于双跨排架，偏于安全，规范分别取偏于安全，规范分别取 和和 。HH有吊车荷载有吊车荷载考虑房屋的空间作用，考虑房屋的空间作用，即不仅考虑同一排架即不仅考虑同一排架内各柱参加工作；而内各柱参加工作；而且还考虑相邻排架的且还考虑相邻排架的协同工作。因此，可协同工作。因此，可将上端近似简化为不将上端近似简化为不动铰支座。动铰支座。HuHHl变截面上段：变截面上段：变截面下段：变截面下段：HuHHl当当 ，时，时，。规范分别取规范分别取 和和 。三三.吊装验算吊装验算验算内容：验算内容：承载力和裂缝宽度；承载力和裂缝宽度；荷载荷载：自重，考虑动力系数自重，考虑动力系数1.5；安全等级安全等级：因时间短，降一级，乘因时间短，降一级，乘系数系数0.9。如果不满足，增加吊点或调整配筋。如果不满足，增加吊点或调整配筋。四四.构造构造柱的吊车方式及简图柱的吊车方式及简图吊装验算计算简图根据具体吊装方法确定吊装验算计算简图根据具体吊装方法确定平吊和翻身吊两种。平吊较为方便，当采平吊和翻身吊两种。平吊较为方便，当采用平吊不满足用平吊不满足承载力或裂缝宽度限值承载力或裂缝宽度限值要要求时，求时，可采用翻身吊可采用翻身吊。当采用一点起吊时，。当采用一点起吊时，吊点设置在牛腿的根部。吊装过程的最不利吊点设置在牛腿的根部。吊装过程的最不利阶段为吊点刚离开地面时，此时柱子底端搁阶段为吊点刚离开地面时，此时柱子底端搁置在地面上，柱为在其自重作用下的受弯构置在地面上，柱为在其自重作用下的受弯构件，控制截面为上柱柱底、牛腿根部，下柱件，控制截面为上柱柱底、牛腿根部，下柱跨中。跨中。平吊平吊平吊只考虑两翼缘平吊只考虑两翼缘四角的钢筋参与工四角的钢筋参与工作，如翼缘内还有作，如翼缘内还有纵向构造钢筋，也纵向构造钢筋，也可考虑其作用。可考虑其作用。翻身吊翻身吊 不满足承载力或裂缝宽度限值要不满足承载力或裂缝宽度限值要求时处理办法：求时处理办法：优先调整或增设吊点以减小优先调整或增设吊点以减小弯矩或采用临时加固措施；弯矩或采用临时加固措施；增大混凝土强度等级或增加增大混凝土强度等级或增加纵筋数量。纵筋数量。吊装验算例题吊装验算例题1当预制混凝土柱达到一当预制混凝土柱达到一定强度后，采用翻身吊定强度后，采用翻身吊装。吊装时上柱控制弯装。吊装时上柱控制弯矩标准值矩标准值Mk，其截面，其截面配筋见图。钢筋合力点配筋见图。钢筋合力点至截面近边的距离至截面近边的距离as=40m。根据吊装验算。根据吊装验算上柱受拉应力上柱受拉应力s的数值。的数值。500400500400根据裂缝控制根据裂缝控制考虑施工振动影响，吊装阶段柱最大弯矩考虑施工振动影响，吊装阶段柱最大弯矩设计值应将标准值乘以设计值应将标准值乘以1.5的动力系数的动力系数有一钢筋混凝土排架柱，上柱长有一钢筋混凝土排架柱，上柱长4m，下柱长下柱长10m，上柱为矩形截面，上柱为矩形截面bh400mm400mm，下柱为，下柱为I形截面形截面)。根。根据设计上柱配筋据设计上柱配筋As=As=716.2mm2(216十十120)，下柱，下柱配筋配筋40lmm2(216)。试对上柱做吊装。试对上柱做吊装验算。验算。吊装验算例题吊装验算例题2解：动力系数取动力系数取1.5；结构重要性系数取结构重要性系数取0.9。1.预制柱吊装承载力验算上柱自重上柱自重上柱最大弯矩按外伸悬臂梁计算上柱最大弯矩按外伸悬臂梁计算对称矩形截面受弯时对称矩形截面受弯时，属于，属于的情况，的情况，Mu可以按下式计算：可以按下式计算：故上柱吊装承载力满足要求故上柱吊装承载力满足要求2.裂缝宽度验算可以可以满足要求满足要求牛腿设计牛腿设计长牛腿长牛腿短牛腿短牛腿试验研究试验研究截面设计（截面尺寸、截面配截面设计（截面尺寸、截面配筋、构造）筋、构造）一、试验研究一、试验研究应力分布应力分布牛腿上部主拉应力迹线牛腿上部主拉应力迹线基本上与牛腿边缘平行；基本上与牛腿边缘平行；牛腿下部主压应力迹线牛腿下部主压应力迹线大致与大致与ab连线平行；连线平行；牛腿中、下部主拉应力牛腿中、下部主拉应力迹线是倾斜的。迹线是倾斜的。裂缝开展裂缝开展当达到极限值的当达到极限值的2040%，出现垂直裂缝出现垂直裂缝；在极限荷载的在极限荷载的4060%，出现第一条斜裂缝出现第一条斜裂缝；约极限荷载的约极限荷载的80%，突，突然出现第二条斜裂缝然出现第二条斜裂缝。破坏形态破坏形态剪切破坏剪切破坏斜压破坏斜压破坏弯压破坏弯压破坏局部承压破坏局部承压破坏二、截面设计（截面尺寸、二、截面设计（截面尺寸、截面配筋、构造）截面配筋、构造）截面尺寸截面尺寸截面高度根据斜截面抗裂，按下式确定：截面高度根据斜截面抗裂，按下式确定：作用在牛腿顶部的竖向力标准组合值；作用在牛腿顶部的竖向力标准组合值；作用在牛腿顶部的水平力标准组合值；作用在牛腿顶部的水平力标准组合值；裂缝控制系数，需作疲劳验算的牛裂缝控制系数，需作疲劳验算的牛腿取腿取0.65，对其他牛腿取，对其他牛腿取0.8；b 牛腿宽度，同柱宽；牛腿宽度，同柱宽；h0 牛腿与下柱交接处的垂直截面有牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度：效高度：h1牛腿外边缘高度，不应小于牛腿外边缘高度，不应小于h/3且不且不应小于应小于200mmc 下柱边缘到牛腿边缘的水平长度下柱边缘到牛腿边缘的水平长度a 竖向力竖向力作用点至下柱边缘得水平距作用点至下柱边缘得水平距离，此时应离，此时应考虑安装偏差考虑安装偏差20mm；当考虑；当考虑安装偏差安装偏差20mm 后的竖向力后的竖向力作用点仍位于作用点仍位于下柱截面内，下柱截面内，取取a=0。为防止为防止局部受压破坏局部受压破坏，加载板尺，加载板尺寸应满足：寸应满足：截面配筋截面配筋抵抗竖向力产生的弯矩所需钢筋抵抗竖向力产生的弯矩所需钢筋近似取近似取抵抗水平力所需钢筋抵抗水平力所需钢筋当当a0.3h0时，取时，取a0.3h0构造构造水平箍筋：水平箍筋：2h0/3范围内箍范围内箍筋总面积不少筋总面积不少于于As1/2弯起钢筋：弯起钢筋：不能用纵向钢筋不能用纵向钢筋兼作弯起钢筋兼作弯起钢筋面积不少于面积不少于应设弯起筋，应设弯起筋，不少于不少于2 2根，根，牛腿设计例题牛腿设计例题1 1厂房牛腿如图，柱截面宽度厂房牛腿如图，柱截面宽度b=400mm，as=40mm。作用在牛腿的荷载：吊车梁及。作用在牛腿的荷载：吊车梁及轨道自重轨道自重G=60.36kN，吊车最大轮压产生，吊车最大轮压产生的压力设计值的压力设计值Dmax=743.05kN，水平荷载设，水平荷载设计值计值Fh=25.83kN。混凝土强度等级。混凝土强度等级C30，HRB335级钢筋根据裂缝控制要求，对牛腿级钢筋根据裂缝控制要求，对牛腿截面高度进行验算。截面高度进行验算。850150250750420750500解：解：1、计算、计算Fhk和和Fvk荷载效应标准值组合计算荷载效应标准值组合计算公式中的荷载均为标准值，故须将条件公式中的荷载均为标准值，故须将条件中已知荷载转换为标准值中已知荷载转换为标准值2、代入验算得：牛腿设计例题牛腿设计例题2 2牛腿如上图，假定相应各荷载标准值为：牛腿如上图，假定相应各荷载标准值为：Gk=50.3kN，Dmax,k=560kN，Fh=20kN计算牛腿纵向钢筋计算总面积计算牛腿纵向钢筋计算总面积As代入公式得：说明：由图知，说明：由图知，a=-1000，垂直作用点，垂直作用点在下柱截面内，此时无牛腿效应，仅是在下柱截面内，此时无牛腿效应，仅是一偏压构件，故取一偏压构件，故取a=0牛腿设计例题牛腿设计例题3牛腿尺寸及材料强度如前，但假定牛腿尺寸及材料强度如前，但假定Dmax=840kN（设计值）。对牛腿顶部（设计值）。对牛腿顶部进行局部受压验算。进行局部受压验算。习题15有一单层厂房排架跨度为：跨有一单层厂房排架跨度为：跨15m，高跨高跨24m，柱距，柱距6m。采用预应力混凝土。采用预应力混凝土屋架和大型屋面板。车间长屋架和大型屋面板。车间长120m，中间，中间60m处设双柱伸缩缝，四周围护墙为处设双柱伸缩缝，四周围护墙为240mm砖墙。建筑平剖面如图。高跨内砖墙。建筑平剖面如图。高跨内设有两台设有两台Q=30/5t中级工作制电动桥式吊中级工作制电动桥式吊车；低跨内设有两台车；低跨内设有两台Q=5t中级工作制电中级工作制电动桥式吊车。基本风压为动桥式吊车。基本风压为0.4kN/m2；有；有屋面积灰荷载。屋面积灰荷载。1、下图为厂房各列柱恒荷载（标准值）。、下图为厂房各列柱恒荷载（标准值）。试确定作用于试确定作用于B柱上柱牛腿上柱上柱牛腿上-截面截面的轴向荷载的轴向荷载Nk和弯矩和弯矩Mk（标准值）。（标准值）。提示：提示：1.产生顺时针方向弯矩为正，反之为产生顺时针方向弯矩为正，反之为负；负；2.B列柱竖向荷载列柱竖向荷载11.11t和和7.56t作用于作用于同一垂直线上。同一垂直线上。1、解、解B柱上柱牛腿柱上柱牛腿-截面截面高度为高度为700mm，截面重，截面重心距心距B轴线轴线50mm；应考；应考虑的荷载为高跨屋盖荷虑的荷载为高跨屋盖荷载、低跨屋盖荷载、上载、低跨屋盖荷载、上柱自重和高低跨交接处柱自重和高低跨交接处墙体荷载；牛腿上吊车墙体荷载；牛腿上吊车梁恒荷载作用在下柱，梁恒荷载作用在下柱，上柱不考虑。上柱不考虑。350502、如图，在恒荷载（标准值作用下），用、如图，在恒荷载（标准值作用下），用力法求解出排架梁内力力法求解出排架梁内力x1=0.34kN，x2=1.4kN。求：求：C列柱列柱MG上上、MG下下、MN的弯矩标准值。的弯矩标准值。2.解3、该厂房排架从右来风时，风载体型系数如、该厂房排架从右来风时，风载体型系数如图。风从左向右为正，从右向左为负。风载图。风从左向右为正，从右向左为负。风载系数系数 t=1.0，风压高度系数，风压高度系数z=1.0。试确定。试确定W1、W2和和q1、q2。3、解、解4、在厂房高跨内、在厂房高跨内Q=30/5t吊车的大车轮吊车的大车轮距为距为4.8m（每轮两侧），两台吊车间最（每轮两侧），两台吊车间最小轮距为小轮距为1.43m。设最大轮压。设最大轮压Pmax=280kN（标准值），轮压分项系数（标准值），轮压分项系数为为1.4。简支吊车梁跨度为。简支吊车梁跨度为6m。试确定两。试确定两台吊车给柱子牛腿的最大压力（设计值）。台吊车给柱子牛腿的最大压力（设计值）。4 4、解：、解：5、试确定、试确定C列柱的上柱和下柱在无吊车和列柱的上柱和下柱在无吊车和有吊车作用时的排架平面内的计算长度值。有吊车作用时的排架平面内的计算长度值。解：解：上柱无吊车有吊车下柱无吊车有吊车