水电站主厂房排架柱配筋计算

1、Musonda Hydropower ProjectPortal frame Column Reinforcement Calculation for the PowerhousePage I of 19 目 录1 计算总说明11.1 目的与要求11.2 依据资料11.3 基本资料11.4 计算假定22 荷载计算22.1 自重22.2 屋面荷载32.3 吊车荷载42.4 吊车梁及轨道的重量42.5 风荷载52.6 尾水启闭机的荷载52.7 地震荷载62.8 全部荷载作用简图73 内力计算83.1 上游柱上柱柱底截面83.2 上柱牛腿处截面93.3 下游柱下柱柱底截面113.4 内力计算成果汇总

2、134 配筋计算134.1 排架柱各截面配筋计算134.2 牛腿配筋计算174.3 最终选配钢筋17I厂房框架模型慕松达水电站主厂房排架柱配筋计算第 20 页 共 15 页慕松达水电站主厂房排架柱配筋计算1 计算总说明1.1 目的与要求本算稿为慕松达水电站施工详图设计阶段主厂房排架柱内力及配筋计算，为该阶段的施工图配筋提供合理的数据依据。1.2 依据资料慕松达水电站厂房布置图 施工详图一套混凝土结构设计规范GB500102010建筑结构荷载规范GB500092001水电站厂房设计规范SL2662001水工混凝土结构设计手册1.3 基本资料根据厂房布置图，取一榀排架计算。主机间厂房横向宽度：，纵

3、向相邻最大柱距：。吊车梁高程以上排架柱尺寸：，吊车梁高程以下排架柱尺寸：。排架柱混凝土保护层厚度：，受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离：，受压钢筋合力点至截面受压边缘的距离：。混凝土强度等级采用C25，混凝土强度设计值：现场采购钢筋SANS 920：2005 450MPa强度设计值：，其对应的最小配筋率为：，相对界限受压区计算高度：。结构安全级别为级，结构重要性系数：，正常运行期为持久状况，所以设计状况系数：，结构系数：，令。钢筋混凝土容重取：屋面采用轻钢板通过预埋件与柱顶圈梁焊接，均布压力值取：屋顶施工活荷载均布压力值取：25t吊车的最大轮压：，最小轮压：吊车自重：吊车最大水平横向刹车力按小

4、车、吊物及吊具的重力之和的4%取值，小车重7t，最大起吊重量为25t，吊具暂按1t计算，故吊车最大横向刹车力为：永久荷载作用分项系数：一般可变荷载作用分项系数：可控制的可变荷载作用分项系数：1.4 计算假定a. 排架柱与墙体为刚性连接b. 排架柱取一榀计算，截取柱中心两边相邻排架轴距的一半作为计算单元c. 上下游排架分别作为悬臂梁计算d. 对上、下游柱分别取上柱柱底、牛腿处截面、下柱柱底为配筋计算截面2 荷载计算2.1 自重2.1.1 排架柱自重牛腿截面如右图所示牛腿纵剖面面积：牛腿剖面高度：上游柱牛腿柱重：上游柱上柱柱高：上游柱上柱柱重：上游柱下柱柱高： 上游柱下柱柱重： 下游柱上柱柱高：

5、下游柱上柱柱重： 下游柱牛腿柱重： 下游柱下柱柱重： 2.1.2 柱顶圈梁自重圈梁截面面积： 圈梁高： 圈梁自重： 2.1.3 柱间联系梁自重联系梁剖面面积： 联系梁自重： 2.2 屋面荷载2.2.1 屋面恒载（屋面钢板自重） 2.2.2 屋面活载（施工活荷载） 2.3 吊车荷载依据吊车梁影响线的求解，吊车梁支座反力影响线及吊车轮子的最不利位置见图 2.31图 2.31 吊车梁支座反力影响线由图 2.31可知，支座反力最大影响系数 2.3.1 吊车竖向荷载最大轮压引起的牛腿竖向荷载： 最小轮压引起的牛腿竖向荷载： 吊车自重引起的牛腿竖向荷载： 2.3.2 吊车横向荷载（水平横向刹车力）吊车横向

6、荷载： 以集中力的形式通过吊车梁翼缘竖向短边中心点作用在排架柱上。2.4 吊车梁及轨道的重量吊车梁净跨：吊车梁支承长度： 吊车梁实际长度： 吊车梁横剖面面积： 吊车梁自重： 轨道及其连接件重量： 合计： 2.5 风荷载为风荷载体型系数根据主厂房体型，依建筑结构荷载规范续表8.3.1第5项，封闭式单坡屋面体型系数取值，墙体迎风面：，墙体背风面：背风屋顶坡： 为风压高度变化系数，近似取为：为基本风压，由于资料暂缺，近似取为：排架柱顶以下的均布风荷载：上游迎风面： 下游背风面：排架柱顶以上的水平风荷载由圈梁的风荷载及屋面风荷载的水平分量两部分叠加，以水平集中力的形式作用于排架柱顶，其值计算如下： 2

7、.6 尾水启闭机的荷载尾水启闭机的荷载主要是钢闸门和轨道梁的重量以及挑梁的自重通过挑梁传递在下游排架柱上，可当作悬臂梁计算，本算稿为保守起见，将以上所述荷载均近似假设以集中力的形式作用在闸门中心线处。挑梁纵剖面面积： 挑梁自重： 挑梁上的轨道梁重量：闸门、轨道、电动葫芦重取7.5t： 尾水平台集中力： 2.7 地震荷载排架柱为杆系结构，为简化计算，采用拟静力法计算地震作用效用时，将排架柱视为整体一个质点，并为保守起见，将水平向地震惯性力作用在柱顶，以增大惯性力对配筋计算截面的弯矩。沿建筑物高度作用于墙体的水平向地震惯性力代表值按下式计算：式中：F作用在质点的水平向地震惯性力代表值；水平向设计地

8、震加速度代表值，根据基本设计报告，运行基本地震、最大设计地震地震作用的效应折减系数，取；集中在建筑物的重力作用标准值，取整个排架柱重上游排架柱重：；下游排架柱重：动态分布系数，按图 2.71取值，为简化计算，取保守值；图 2.71动态分布系数取值原则图重力加速度： 运行基本地震工况下：上游柱地震惯性力： 下游柱地震惯性力：最大设计地震工况下：上游柱地震惯性力： 下游柱地震惯性力：2.8 全部荷载作用简图见图 2.81图 2.81 全部荷载作用简图3 内力计算内力计算选取上游上柱柱底截面、上游柱牛腿处截面、下游柱下柱柱底截面为代表，其他截面同理计算，本算稿不再列出。3.1 上游柱上柱柱底截面柱自

9、重：柱顶圈梁重：屋面恒载：屋面活载：风荷载水平集中力：风荷载均布荷载：吊车横向荷载： 柱高： 计算简图如图 3.11图 3.11 上游柱上柱柱底截面计算简图轴力：弯矩：3.2 上柱牛腿处截面柱自重：、 柱顶圈梁重：屋面恒载：屋面活载：风荷载水平集中力：风荷载均布荷载：吊车横向荷载： 吊车梁荷载：吊车竖向荷载： 柱高： 计算简图如图 3.21图 3.21上游柱牛腿处截面计算简图轴力：弯矩：3.3 下游柱下柱柱底截面说明：经计算，当以最大轮压作用在下游排架柱牛腿上且下游墙为迎风面时，下游柱柱底截面的弯矩仍弯向下游，弯矩值为，较小，故对下游柱柱底截面，不存在弯矩弯向上游的最不利荷载组合，以下计算考虑

10、弯矩弯向下游的最不利荷载组合。柱自重：、 柱顶圈梁重：柱间联系梁重：屋面恒载：屋面活载：风荷载水平集中力：风荷载均布荷载：吊车横向荷载： 吊车梁荷载：吊车竖向荷载： 尾水启闭机荷载：柱高： 计算简图如图 3.31图 3.31下游柱下柱柱底截面计算简图轴力：弯矩：3.4 内力计算成果汇总根据3.1-3.3节三个代表截面的内计算方法，可计算出其他三个截面的内力值，内力计算成果汇总如表 3.41表 3.41各截面内力计算成果汇总表截面轴力值（）弯矩值（）上游柱上柱柱底截面206.164.44上游柱牛腿处截面538.2203.0上游柱下柱柱底截面620.7337.3下游柱上柱柱底截面196.836.4

11、4下游柱牛腿处截面518.1404.7下游柱下柱柱底截面560.1539.24 配筋计算在配筋计算中，考虑厂房排架柱风荷载及吊车轮压荷载下上下游程对等状态，故排架柱采用上游面及下游面对称配筋（）。4.1 排架柱各截面配筋计算根据内力计成果，可对每个截面计算配筋，本算稿以轴力值与弯矩值均较大的下游柱下柱柱底截面为例，展示其配筋过程，其他截面配筋计算原理相同，本算稿不予一一例出。4.1.1 下游柱柱底截面配筋计算吊车梁高程以上排架柱尺寸：，吊车梁高程以下排架柱尺寸：。排架柱混凝土保护层厚度：，受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离：，受压钢筋合力点至截面受压边缘的距离：。混凝土强度等级采用C25，混凝

12、土强度设计值：现场采购钢筋SANS 920：2005 450MPa强度设计值：，其对应的最小配筋率为：，相对界限受压区计算高度：。结构安全级别为级，结构重要性系数：，正常运行期为持久状况，所以设计状况系数：，结构系数：，令。内力计算值： 截面有效高度： 排架柱计算长度： ，需要考虑纵向弯曲的影响偏心距计算： 故按实际偏心距计算。计算偏心矩增大系数：考虑截面应变对截面曲率的影响系数：，取考虑构件长细比对截面曲率的影响系数： 故偏心矩增大系数为：判断大小偏心 故按大偏心受压计算。计算相对受压计算高度值：，符合大偏心受压破坏情况，可保证构破坏时受压钢筋有足够变形 计算钢筋面积值轴向压力作用点至钢筋的

13、距离 4.1.2 各截面配筋计算成果汇总各截面配筋计算成果汇总如表 4.11表 4.11各截面配筋计算成果汇总截面上游柱上柱柱底截面407上游柱牛腿处截面338上游柱下柱柱底截面1303下游柱上柱柱底截面88下游柱牛腿处截面1064下游柱下柱柱底截面19464.1.3 考虑地震作用的配筋计算根据规范规定，地震荷载不与吊车满载组合。故考虑地震时，取吊车自重引起的牛腿竖向荷载：进行计算。地震水平惯性力为保守起见，以水平集中力的形式作用在排架柱顶。以下游柱柱底截面为例：内力值中轴力值：弯矩值M：运行基本地震工况下：考虑运行基本地震作用后计算出的钢筋配筋面积为： 选用5根25mm的钢筋，最大设计地震工

14、况下：考虑最大设计地震作用后计算出的钢筋配筋面积为： 选用5根25mm的钢筋，4.2 牛腿配筋计算牛腿上竖向力作用点至下柱边缘的水平距离，本工程吊车梁与下柱边缘重合，考虑安装偏差，取 牛腿安全级别为2级，安全系数 牛腿宽度等于柱宽， 牛腿高度，顶部受力筋至顶部边缘的距离，牛腿有效高度剪跨比： 牛腿顶部最大竖向力为吊车梁自重引起的竖向力与吊车轮压引起的最大竖向力之和， 混凝土抗拉强度设计值： 牛腿承受竖向力所需的水平钢筋总截面积应满足如下要求： 故牛腿仅需按构造配置水平钢筋即可顶部受力筋配置5根25的钢筋， 其配筋率：，符合要求箍筋配置为四肢的箍筋，肢数，间距单肢箍筋的截面面积 其配筋率：，符合要求4.3 最终选配钢筋计算表明排架柱及牛腿尺寸设计合理，钢筋满足规范要求，主厂房排架柱安全可以得到保证。根据上