混凝土结构原理(叶燕华 刘立新版 武汉理工大学出版)攀枝花大学同步课件 第11-3章

11.4单层工业厂房排架柱设计平腹杆斜腹杆宜用双肢柱。一、截面形式宜用工字形柱；工字形宜用矩形柱；或矩形柱；1二、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。2根据杆系稳定理论：对于双跨排架，偏于安全，规范分别取

和

。无吊车荷载HH对于等高等截面单跨排架，3有吊车荷载考虑房屋的空间作用，即不仅考虑同一排架内各柱参加工作；而且还考虑相邻排架的协同工作。因此，可将上端近似简化为不动铰支座。HuHHl当

，

时，

。规范分别取

和

。变截面上段：变截面下段：，4三、吊装验算验算内容：承载力和裂缝宽度；荷载：自重，考虑动力系数1.5；安全等级：降一级，乘系数0.9。如果不满足，增加吊点或调整配筋。吊装时柱的混凝土强度等级一般按设计强度等级的70％考虑。

511.5牛腿设计长牛腿短牛腿11.5.1短牛腿的受力特点、破坏形态与计算简图应力分布牛腿上部主拉应力迹线基本上与牛腿边缘平行；牛腿下部主压应力迹线大致与ab连线平行；牛腿中、下部主拉应力迹线是倾斜的。6裂缝开展当达到极限值的20~40%，出现垂直裂缝①；在极限荷载的40~60%，出现第一条斜裂缝②；约极限荷载的80%，突然出现第二条斜裂缝③。①②③破坏形态剪切破坏斜压破坏弯压破坏局部承压破坏78

11.5.2牛腿尺寸的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；——作用在牛腿顶部的水平力标准组合值；——裂缝控制系数，需作疲劳验算的牛腿取0.65，其余0.8；b——牛腿宽度，同柱宽；a——考虑安装偏差20mm，当a<0取a=0。9牛腿的挑出长度c:牛腿的底面的倾角a:牛腿的外边缘高度:为防止局部受压破坏，加载板尺寸应满足：10截面配筋抵抗竖向力产生的弯矩所需钢筋近似取抵抗水平力所需钢筋11牛腿的斜截面承载力计算：牛腿的斜截面抗剪强度主要取决于混凝土。水平箍筋对斜截面抗剪强度没有直接作用。但水平箍筋可有效地限制斜裂缝的发展，从而可间接提高斜截面的抗剪强度。规范认为，只要牛腿能保证必要的箍筋与弯筋，并按一定的要求配制，则斜截面强度均可得到保证。12

11.5.3.3牛腿内钢筋的构造要求13

11.6柱下单独基础设计独立基础形式：平板式基础（杯形基础）(a)、(b)、(c)板肋式基础（杯口、肋板预制）(d)壳体基础(e)倒圆台板式基础(f)桩基概述a)b)杯口杯底预制柱c)底板肋d)e)f)142.4.2平板式独立基础设计一、地基基础破坏类型地基破坏冲切破坏受弯破坏二、设计内容：地基计算（确定底板尺寸）抗冲切承载力计算（确定基础高度）受弯承载力计算（确定底板配筋）构造（根据工程经验）15基础是绝对刚性的；基底某点反力与该点的地基沉降成正比。三、地基计算假定轴心受压基础取对于甲级、乙级和部分丙级建筑，还需进行变形验算。16偏心受压基础令当时，地基承载力应满足：17四、抗冲切承载力计算沿柱边冲切沿变阶处冲切基础高度尚应满足抗剪承载力：NMpnh0450450NMpnh0450450h0h0h0h0bbbtABCDEFh0h0h0h0bbbtABDEFC18五、受弯承载力计算19当为偏心受压基础，基底净反力为

2021六、构造要求材料混凝土：C20；钢筋：保护层厚度有100厚素混凝土垫层时，为40；没有垫层时为70。插入深度应满足表2-5的要求（与柱截面形式和截面尺寸有关）纵筋锚固要求吊装时的稳定要求（5%柱长）22六、构造要求杯底厚度、杯壁厚度见表11.9。杯壁配筋柱轴心或小偏心受压且时可不配筋；，大偏心受压且柱轴心或小偏心受压且时可按构造配筋；其它情况按计算配筋。232.5.1概述屋面板屋架（屋面梁）无檩体系檩条屋架（屋面梁）有檩体系瓦（瓦楞铁皮、石棉瓦、波形钢板、钢丝网水泥板）2.5屋面构件2.5.2屋架设计24一、屋架种类混凝土屋架钢筋混凝土三角形屋架钢筋混凝土折线形屋架预应力混凝土折线形屋架预应力混凝土梯形屋架预应力混凝土直腹杆屋架钢屋架组合屋架三角形钢屋架梯形钢屋架矩形钢屋架曲拱钢屋架单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类25二、屋架形式与杆件尺寸要求高跨比1/10~1/6，外形应接近简支梁的弯矩图。混凝土屋架节间长度：上弦3米、4.5米、6米；下弦4.5米、6米；杆件尺寸：上弦不小于200×180；下弦不小于200×140；腹杆不小于100×100；长细比不大于40（拉）、35（压）钢屋架节间长度：上弦1.5米或3米，有檩体系0.8~3m；下弦3米；长细比：受压150；受拉350（250）单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸26三、屋架内力分析1.计算模型按多跨折线连续梁计算上弦弯矩（主弯矩）；按铰接桁架计算杆件轴力。2.荷载自重（建筑层、屋面板、屋架、支撑）活载（屋面活载、雪载、积灰载）施工荷载单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析273.荷载组合恒载+全跨[屋面活载（雪载）+积灰载]；恒载+半跨雪载或灰载；屋架与支撑自重+半跨[屋面板自重+施工荷载]。4.内力上弦：弯矩和轴向压力；腹杆和下弦：轴力。单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析285.计算模型的误差及措施铰接（对腹杆的影响不大）实际上，由于腹杆的变形，使上弦节点产生位移，从而使在上弦杆中引起附加弯矩，称为次弯矩。上弦节点为不动铰支座措施：将上弦杆和端部斜杆的截面（钢结构）或配筋量（混凝土结构）适当增加。单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析29四、钢屋架构件设计1.杆件的计算长度平面内弦杆、支座斜杆、支座竖杆其他腹杆平面外弦杆支座斜杆、支座竖杆和其他腹杆斜平面支座斜杆、支座竖杆其他腹杆（侧向支承点间距）单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计30当弦杆侧向支承点间的距离为两倍节间长度，且两个节间杆件的内力不等时，平面外计算长度按下式取：支撑，—较大的压力，取正号；—较小的压力或拉力，拉力取负号。单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计312.截面选型屋架上弦：平面外计算长度一般为平面内计算长度的两倍，如无局部弯矩，故宜采用短肢相拼的T形截面，支座斜杆：因平面内和平面外计算长度相等，采用长肢相拼的T形截面比较合理；如有较大的局部弯矩，可采用长肢相拼的T形截面，以提高平面内的抗弯能力，此时单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计32屋架下弦：平面外计算长度一般很大，故宜采用短肢相拼的T形截面。计算长度范围内的垫板数不应少于2块。其他腹杆：因T形截面，与竖向支撑相连的竖腹杆宜采用等肢角钢组成的十字形截面，使节点连接不偏心；轴力特别小的腹杆也可采用单角钢。，宜采用等肢角钢组成的50~8015~2040i(80i)III—I单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计333.截面计算轴心拉杆：轴心压杆：（强度要求，当截面无削弱时可不计算）（稳定要求）假定长细比（弦杆70~100，腹杆100~120）查得值计算A，同时算出根据选择角钢，用实际的进行稳定验算，如不满足重新选择，直至满足。单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计34偏心受拉：—截面塑性发展系数，动力荷载取1；—受拉最大纤维的净截面抵抗矩。偏心受压：强度要求：—受压最大纤维的净截面抵抗矩。平面内稳定：—平面内轴压构件稳定系数；—平面内受压纤维毛截面抵抗矩—欧拉临界力；—等效弯矩系数。平面外稳定：—受弯构件的整体稳定系数；—等效弯矩系数。单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计354.节点设计一般要求¢各杆件的形心线应尽量与屋架几何轴线重合，并汇交于节点中心，考虑到施工方便，肢背到轴线的距离可取5mm的倍数；¢对变截面弦杆，宜采用肢背平齐的连接方式，变截面的两部分形心线的中线应与屋架几何轴线重合；杆件形心线杆件形心线屋架轴线单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计36¢节点板上各杆件之间的净距不宜小于20mm；¢杆件端部宜采用直切，即切割面与轴线垂直，为了减小节点板也可采用斜切。允许的斜切形式不允许的斜切形式单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计37计算与构造选定节点板厚度节点板厚度：根据最大内力选用，见表2-10。计算焊缝长度确定节点板大小焊缝计算：¢一般节点计算腹杆与节点板连接焊缝时，杆件的内力按照杆件的最大内力取值，而计算弦杆与节点板连接焊缝时，杆件的内力按照二节间之间的最大内力差取值：肢背：肢尖：内力分配系数角钢拼接形式K1K2等边角钢0.70.3不等边角钢短肢相拼0.750.25不等边角钢长肢相拼0.650.35单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计38¢有集中荷载的节点有集中荷载时，弦杆与节点板的连接焊缝需考虑弦杆内力与集中荷载的共同作用。上弦为了搁置屋面板，常将节点板缩进肢背而采用塞焊。塞焊可作为两条的角焊缝计算，因焊缝质量不易保证，焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。肢背：肢尖：B

单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计39假定集中荷载由肢背塞焊缝承担；上弦相邻节间内力差由肢尖焊缝承担。有集中荷载时，上弦节点亦可按下述方法计算。肢背塞焊缝肢尖角焊缝——为肢尖焊缝至杆件形心的距离。其中单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计40¢弦杆的拼接节点拼接角钢采用与弦杆相同的截面。拼接角钢的长度应按拼接角钢与弦杆的连接焊缝长度确定，，对下弦杆取d=10~20mm，对上弦杆取d=30~50mm，l不宜小于600mm。单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计41其中连接焊缝长度上弦按弦杆最大内力确定：下弦按下弦截面面积等强度确定：对于上弦假定集中荷载由肢背的塞焊缝承担，肢尖焊缝承担上弦内力的15%，并考虑此力产生的偏心弯矩。弦杆与节点板的焊缝长度对于下弦按两侧下弦较大内力的15%和两侧下弦的内力差两者中的大值计算；单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋面构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计42¢支座节点支座节点包括节点板、加劲肋、底板和锚栓等。当采用混凝土排架柱时，底板的尺寸根据混凝土局部受压承载力确定，厚度一般取20mm；节点板的大小由杆件与节点板的连接焊缝长度确定，下弦水平肢的底面与支座底板之间的净距不应小于水平肢的宽度和130mm；加劲肋与节点板的垂直焊缝可假定其承担支座反力25%计算，并考虑焊缝为偏心受力；单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋架构件2.5.2屋架设计一、种类二、形状与尺寸三、内力分析四、构件设计43支座节点板、加劲板与支座底板的水平连接焊缝按下式计算：锚栓预埋于支撑构件的混凝土中，直径一般取20~25mm，底板上的锚栓孔直径一般为锚栓直径的2~2.5倍。单厂设计2.1组成与布置2.2结构分析2.3排架柱设计2.5.1概述2.4基础设计2.5屋架构件2.5.2屋架设计2.5.3屋面其他构件一、屋面板二、檩条三、托架四、天窗架2.5.3屋面其它构件442.6.1概述2.6吊车梁设计要点吊车梁直接承受吊车荷载，并构成纵向排架，加强厂房纵向刚度，传递纵向荷载。是单层工业厂房的重要构件。吊车梁按材料可分为：混凝土吊车梁钢吊车梁组合吊车梁变截面吊车梁等截面吊车梁鱼腹式折线式实腹式下撑式桁架式45下撑式吊车梁实腹式吊车梁桁架式吊车梁462.6.2吊车梁受力特点承受两组移动的集中荷载（

和

）；吊车荷载是重复荷载，需进行疲劳验算；吊车荷载具有动力特性；对吊车竖向荷载应乘以动力系数μ，轻、中级软钩1.05，重级1.1，硬钩1.3。吊车荷载是偏心荷载，将对吊车梁（无制动梁时）产生扭矩。为了承担横向水平力，对于钢吊车梁一般需设置制动梁或制动桁架单厂设计2.2结构分析2.3排架柱设计2.6.1概述2.4基础设计2.5屋架构件2.6吊车梁2.6.2受力特点47弯曲中心每个轮子产生的扭矩：静力计算考虑两台吊车疲劳验算考虑一台吊车，且不考虑横向水平荷载按影响线可求出吊车梁的单厂设计2.2结构分析2.3排架柱设计2.6.1概述2.4基础设计2.5屋架构件2.6吊车梁2.6.2受力特点482.6.3混凝土吊车梁（等截面）设计要点一、计算内容静力计算弯、剪、扭承载力裂缝宽度和挠度疲劳验算正截面（验算正截面受压区混凝土边缘的应力和受拉钢筋的应力）斜截面（验算中和轴处混凝土的主拉应力及箍筋和弯起钢筋的应力）施工阶段验算（对预应力混凝土吊车梁而言）单厂设计2.2结构分析2.3排架柱设计2.6.1概述2.4基础设计2.5屋架构件2.6吊车梁2.6.2受力特点2.6.3砼吊车梁49二、构造要点¢截面尺寸梁高取跨度的1/4~1/12，一般有600、900、1200、1500mm四种；腹板一般取140、160、180mm，在梁端部逐渐加厚至200、250、300mm，先张法预应力可用100（卧捣）和120（竖捣），后张法预应力可用140；上翼缘宽度一般为400、500和600mm。¢连接构造¢配筋构造纵筋：不能有接头，不宜采用光面钢筋，肋部两侧设腰筋；箍筋：不得采用开口箍，梁端

范围内增加20~25%；端部：沿梁高设置焊在锚板上的竖向钢筋和水平封闭箍筋。单厂设计2.2结构分析2.3排架柱设计2.6.1概述2.4基础设计2.5屋架构件2.6吊车梁2.6.2受力特点2.6.3砼吊车梁502.6.4钢吊车梁（实腹式）设计要点一、计算内容¢强度正应力上翼缘下翼缘剪应力腹板局部压应力折算应力¢整体稳定（有制动结构时不必验算）¢刚度¢疲劳强度¢局部稳定（对焊接吊车梁）¢翼缘与腹板的连接单厂设计2.2结构分析2.3排架柱设计2.6.1概述2.4基础设计2.5屋架构件2.6吊车梁2.6.2受力特点2.6.3砼吊车梁2.6.4钢吊