混凝土设计优秀PPT.ppt

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1、混凝土设计你现在浏览的是第一页，共35页2.4.4 柱牛腿设计柱牛腿设计 在在厂厂房房结结构构钢钢筋筋混混凝凝土土柱柱中中，常常在在其其支支承承屋屋架架、托托架架、吊吊车车梁梁和和连连系系梁梁等等构构件件的的部部位位，设设置置从从柱柱侧侧面面伸伸出出的的短短悬悬臂臂，称称为为牛腿。牛腿。牛牛腿腿按按承承受受的的竖竖向向力力作作用用点点至至牛牛腿腿根根部部柱柱边边缘缘水水平平距距离的不同分为两类：离的不同分为两类：时为长牛腿时为长牛腿(图图a)，按，按悬臂梁进行设计；悬臂梁进行设计；时为短牛腿时为短牛腿(图图b)，是一个变截面短悬臂深梁。是一个变截面短悬臂深梁。你现在浏览的是第二页，共35页（1

2、）牛腿的应力状态和破坏过程牛腿的应力状态和破坏过程 试试验验研研究究表表明明，从从加加载载至至破破坏坏，牛牛腿腿大大体体经经历历弹弹性性、裂裂缝缝出出现现与与开开展和最后破坏三个阶段。展和最后破坏三个阶段。弹性阶段弹性阶段通过通过 环环氧树脂牛腿模型的氧树脂牛腿模型的光弹试验，得到了光弹试验，得到了主应力迹线。主应力迹线。图图2-57 牛腿主应力图牛腿主应力图你现在浏览的是第三页，共35页裂缝出现与开展阶段裂缝出现与开展阶段 试验表明，当荷载达到极限荷载的试验表明，当荷载达到极限荷载的20%40%时，由于上柱时，由于上柱根部与牛腿交界处的主拉应力集中现象，在该处首先出现自根部与牛腿交界处的主拉

3、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；能影响不大；当荷载达到极限荷载的当荷载达到极限荷载的40%60%时，在加载垫板内侧附近时，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。出现一条斜裂缝，其方向大体与主压应力轨迹线平行。破坏阶段破坏阶段随随a/h0值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态值的不同，牛腿主要有以下几种破坏形态:你现在浏览的是第四页，共35页弯压破坏弯压破坏 当当1 ah0 0.75且纵向钢筋配筋率偏低时，随着荷载增加，斜且纵向钢筋配筋率偏低时，随着荷载增加

4、，斜裂缝裂缝不断向受压区延伸，纵筋应力不断增加并逐渐达到屈服强度，不断向受压区延伸，纵筋应力不断增加并逐渐达到屈服强度，这时斜裂缝这时斜裂缝外侧部分绕牛腿下部与柱交接点转动，致使受压区混凝外侧部分绕牛腿下部与柱交接点转动，致使受压区混凝土压碎而引起破坏土压碎而引起破坏(图图a)。设计中用配置足够数量的纵向受拉钢筋来。设计中用配置足够数量的纵向受拉钢筋来避免出现这种破坏现象。避免出现这种破坏现象。图图2-58 牛腿的破坏形态牛腿的破坏形态你现在浏览的是第五页，共35页斜压破坏斜压破坏 当当ah00.10.75时，随着荷载增加，在斜裂缝时，随着荷载增加，在斜裂缝外侧整外侧整个压杆范围内，出现大量短

5、小斜裂缝个压杆范围内，出现大量短小斜裂缝，当这些斜裂缝逐渐贯，当这些斜裂缝逐渐贯通时，压杆内混凝土剥落崩出，牛腿即破坏通时，压杆内混凝土剥落崩出，牛腿即破坏(图图b)；有些牛腿不；有些牛腿不出现裂缝出现裂缝，而是在加载垫板下突然出现一条通长斜裂缝，而是在加载垫板下突然出现一条通长斜裂缝而而破坏破坏(图图c)。这些现象称为斜压破坏，破坏时纵向受拉钢筋达到。这些现象称为斜压破坏，破坏时纵向受拉钢筋达到屈服强度。牛腿承载力计算主要是以这种破坏模式为依据的。屈服强度。牛腿承载力计算主要是以这种破坏模式为依据的。剪切破坏剪切破坏 当当ah0 45时，时，取取 45。你现在浏览的是第八页，共35页 牛腿尺

6、寸及配筋牛腿尺寸及配筋 为为了了防防止止牛牛腿腿顶顶面面加加载载垫垫板板下下混混凝凝土土的的局局部部受受压压破破坏坏，垫板下的局部压应力应满足垫板下的局部压应力应满足式中：式中：A为局部受压面积；为局部受压面积；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。为混凝土轴心抗压强度设计值。牛腿的外边缘高度牛腿的外边缘高度h1不不应小于应小于h3，且不应小于，且不应小于200 mm，以防止非根部受，以防止非根部受拉破坏；牛腿外边缘至吊车拉破坏；牛腿外边缘至吊车梁外边缘的距离不宜小于梁外边缘的距离不宜小于70 mm，以防止发生保护层剥，以防止发生保护层剥落；牛腿底边倾斜角落；牛腿底边倾斜角45 纵向受力纵向受力钢筋

7、钢筋你现在浏览的是第九页，共35页（3）牛腿配筋计算牛腿配筋计算计算简图：试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，计算简图：试验研究表明，牛腿在竖向力和水平拉力作用下，其受力特征可以用由牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆和牛其受力特征可以用由牛腿顶部水平纵向受力钢筋为拉杆和牛腿内的斜腿内的斜向受压混凝土为压杆组成的三角桁架模型来描述。向受压混凝土为压杆组成的三角桁架模型来描述。图图2-60 牛腿的计算简图牛腿的计算简图sh0你现在浏览的是第十页，共35页纵向受力钢筋计算纵向受力钢筋计算：在竖向力设计值：在竖向力设计值Fv和水平拉力设计值和水平拉力设计值Fh共同作用下，通过对共同作用下，通过对

8、A 点取力矩平衡可得：点取力矩平衡可得：近近似似取取 ，则则由由上上式式可可得得纵纵向向受受力力钢筋总截面面积钢筋总截面面积As为为式中式中 Fv、Fh分别为作用在牛腿顶部的竖向力设计值和水平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；对支承吊车梁的牛腿，当吊车梁拉力设计值；对支承吊车梁的牛腿，当吊车梁 的上部通过连接钢板与上柱连接时，牛腿上无的上部通过连接钢板与上柱连接时，牛腿上无 此拉力。对支承屋架或其他构件的牛腿，则应此拉力。对支承屋架或其他构件的牛腿，则应 考虑水平拉力的影响考虑水平拉力的影响 a意义同前，当意义同前，当a0.3h0时，取时，取a=0.3h0；你现在浏览的是第

9、十一页，共35页牛腿配筋构造牛腿配筋构造（4 4）构造要求）构造要求1）纵向受力钢筋）纵向受力钢筋纵向受力钢筋纵向受力钢筋你现在浏览的是第十二页，共35页2）水平箍筋水平箍筋 在在牛牛腿腿的的截截面面尺尺寸寸满满足足公公式式的的抗抗裂裂条条件件后后，可可不不进进行行斜斜截截面面受受剪承载力计算，只需按下述构造要求设置水平箍筋和弯起钢筋。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。水水平平箍箍筋筋的的直直径径应应取取6 61212mm，间间距距100100150150mm，且且在在上上部部2h0/3范范围围内内的的水水平平箍箍筋筋总总截截面面面面积积不不应应小小于于承承受受竖竖向向力

10、力的的受受拉拉钢钢筋截面面积的筋截面面积的1/2。3 3）弯起钢筋）弯起钢筋 当牛腿的剪跨比当牛腿的剪跨比a/h00.3时，宜设置弯起钢筋。时，宜设置弯起钢筋。弯起钢筋宜采用弯起钢筋宜采用HRB335或或HRB400级钢筋，并宜设置在牛腿上部级钢筋，并宜设置在牛腿上部l6至至l2之间的之间的范围内，其截面面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面积约范围内，其截面面积不宜小于承受竖向力的受拉钢筋截面积约1/2，其根数不宜小于，其根数不宜小于2根，直径不宜于小于根，直径不宜于小于12 mm。纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋不不得得兼兼作作弯弯起起钢钢筋筋。弯弯起起钢钢筋筋的的锚锚固固同同纵纵向向受受力钢筋。力

11、钢筋。你现在浏览的是第十三页，共35页2.4.7 2.4.7 柱的运输与吊装验算柱的运输与吊装验算 柱柱在在其其自自重重作作用用下下为为受受弯弯构构件件，其其计计算算简简图图和和弯弯矩矩图图如如图图所所示示，一一般般取取上上柱柱柱柱底底、牛牛腿腿根根部部和和下下柱柱跨中三个控制截面。跨中三个控制截面。柱的吊装方式及计算简图柱的吊装方式及计算简图 吊装方法有翻身吊装方法有翻身吊（吊（a）和平吊）和平吊(b)两两种。平吊较为方便，种。平吊较为方便，当采用平吊不满足承当采用平吊不满足承载力或裂缝宽度限值载力或裂缝宽度限值要求时，可采用翻身要求时，可采用翻身吊。吊。你现在浏览的是第十四页，共35页2.

12、6 柱下独立基础及基础梁的设计柱下独立基础及基础梁的设计 单单层层厂厂房房的的柱柱下下基基础础一一般般采采用用独独立立基基础础（也也称称扩扩展展基基础础）。按按施施工工方方法法可可分分为为预预制制柱柱下下独独立立基基础础和和现现浇浇柱柱下下独独立立基基础础两两种种。对对装装配配式式钢钢筋筋混混凝凝土土单单层层厂厂房房排排架架结结构构，常常见见的的独独立立基基础础形形式式主主要有杯形基要有杯形基础础、高杯基、高杯基础础和和桩桩基基础础等。等。基础的类型基础的类型你现在浏览的是第十五页，共35页 基础的分类与设计内容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：柱下独立基

13、础（扩展基础）根据其受力性能可分为：轴心受压基础轴心受压基础 偏心受压基础偏心受压基础(2)基础的设计内容：基础的设计内容：1）基础的形式；）基础的形式；2）埋置深度）埋置深度考虑持力层、地下水、管道等；考虑持力层、地下水、管道等；3）底面尺寸）底面尺寸按地基承载力及变形确定；按地基承载力及变形确定；4）基础高度）基础高度按混凝土冲切强度确定；按混凝土冲切强度确定；5）底板的配筋计算）底板的配筋计算按地基受弯承载力确定；按地基受弯承载力确定；6）对一些重要的建筑物或土质较为复杂的地基，尚应进）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；行变形或稳定性验算；7）当独立基础

14、的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等）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。级时，尚应验算柱下独立基础顶面的局部受压承载力。你现在浏览的是第十六页，共35页2.6.1 基础底面积的确定基础底面积的确定 （1）轴心荷载作用下的基础）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：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：为均匀分布，设计时应满足：轴心受压基础压力分布轴心受压基础压力分布 若若基基础础的的埋埋置置深深度度为为d，基基础础及及 其其 上上 填填 土土 的的 平平 均均 重重 度度 为为 m,则则 ，可得

15、基础底面面积为：，可得基础底面面积为：基础地面积是根据地基承载力和上部荷载确定的。基础地面积是根据地基承载力和上部荷载确定的。Fk你现在浏览的是第十七页，共35页 （2）偏心受压基础偏心受压基础 在偏心荷载作用下，基础底面的压力为线性非均匀分布。在偏心荷载作用下，基础底面的压力为线性非均匀分布。Fk+GkMkVkFk+GkFk+GkFk+Gk图图 2-72 偏心受压基础的计算简图偏心受压基础的计算简图beb/6你现在浏览的是第十八页，共35页基础底面边缘的压力可按下式计算：基础底面边缘的压力可按下式计算：取取 ，并并将将 代代入入，可可将将基基础础底底面面边边缘缘的压力值写成如下形式：的压力值

16、写成如下形式：你现在浏览的是第十九页，共35页当当e0,地基反力分布图为梯形；地基反力分布图为梯形；当当e=b/6时，时，pmin=0,地基反力分布图为三角形；地基反力分布图为三角形；当当eb/6时，时，pmin0,地基一部分为拉应力地基一部分为拉应力,则基础底面的则基础底面的实际压力分布为实际压力分布为3al,根据平衡关系：根据平衡关系：式中式中 l垂直于力矩作用方向的基础底面边长垂直于力矩作用方向的基础底面边长;a合力作用点至基础底面最大压应力边缘的距离合力作用点至基础底面最大压应力边缘的距离,。你现在浏览的是第二十页，共35页在偏心荷载作用下，基础底面的压力值应符合下式要求：在偏心荷载作

17、用下，基础底面的压力值应符合下式要求：在在确确定定偏偏心心荷荷载载作作用用下下基基础础的的底底面面尺尺寸寸时时，一一般般采采用用试试算算法法。首首先先按按轴轴心心荷荷载载作作用用下下初初步步估估算算基基础础的的底底面面面面积积；再再考考虑虑基基础础底底面面弯弯矩矩的的影影响响，将将基基础础底底面面积积适适当当增增加加（2040）%，初初步步选选定定基基础础底底面面的的边边长长l和和b（一一般般b/l=1.52.0，多多采采用用1.5左左右右），计计算算偏偏心心荷荷载载作作用用下下基基础础底底面面的的压压力力值值，然然后后验验算算是是否否满满足足要要求求；如如不不满满足，应调整基础底面尺寸重新验

18、算，直至满足为止。足，应调整基础底面尺寸重新验算，直至满足为止。你现在浏览的是第二十一页，共35页2.6.2 基础高度的确定基础高度的确定 独独立立基基础础的的高高度度除除应应满满足足构构造造要要求求外外，还还应应根根据据柱柱与与基基础础交交接接处处以以及基础变阶处混凝土的受冲切承载力计算确定。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基础冲切破坏示意图你现在浏览的是第二十二页，共35页 建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范规规定定，对对矩矩形形截截面面柱柱的的矩矩形形基基础础，柱柱与与基基础础交交接接处处以以及及基基础础变变阶阶处处的的受受冲冲切切承承载载力力应应按按下

19、列公式验算：下列公式验算：pj按荷载效应基本组合计算并考虑结构重要系数的基按荷载效应基本组合计算并考虑结构重要系数的基 础底面地基净反力设计值础底面地基净反力设计值(扣除基础自重及其上的土扣除基础自重及其上的土 重重)；当为轴心荷载时，；当为轴心荷载时，；当为偏心受；当为偏心受 力时，可取最大的净反力设计值，力时，可取最大的净反力设计值，pjpnmax。你现在浏览的是第二十三页，共35页基础的受冲切承载力截面位置基础的受冲切承载力截面位置你现在浏览的是第二十四页，共35页2.6.3 基础配筋计算基础配筋计算 独独立立基基础础底底板板的的受受力力状状态态可可看看作作在在地地基基土土反反力力作作用

20、用下下支支承承于于柱柱上上倒置的变截面悬臂板。基础底板配筋采用地基土净反力。倒置的变截面悬臂板。基础底板配筋采用地基土净反力。(1)轴心荷载作用下的基础：将基础底板划分为四个区块，每个轴心荷载作用下的基础：将基础底板划分为四个区块，每个区块都可看作是固定于柱边的悬臂板，且区块之间无联系。区块都可看作是固定于柱边的悬臂板，且区块之间无联系。基础底板配筋计算图基础底板配筋计算图你现在浏览的是第二十五页，共35页 由由于于长长边边方方向向的的钢钢筋筋一一般般置置于于沿沿短短边边方方向向钢钢筋筋的的下下面面，此此处处若若假假定定b b方方向向为为长长边边，故故沿沿长长边边b b方方向向的的受受力力钢钢

21、筋筋截截面面面面积积，可可近近似似按下式计算：按下式计算：如如果果基基础础底底板板两两个个方方向向受受力力钢钢筋筋直直径径均均为为d，则则截截面面的有效高度为的有效高度为(h0d)，故沿短边故沿短边l方向的受力钢筋截面面积为：方向的受力钢筋截面面积为：荷载效应的荷载效应的基本组合基本组合你现在浏览的是第二十六页，共35页 (2)偏心荷载作用下的基础偏心荷载作用下的基础：当台阶的宽高比小于或等于：当台阶的宽高比小于或等于2.5和偏心矩小于或等于和偏心矩小于或等于1/6 基础宽度时，沿弯矩作用方向基础宽度时，沿弯矩作用方向在任意截面在任意截面处，及垂直于弯矩作用方向在任意截面处，及垂直于弯矩作用方

22、向在任意截面处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值可分别处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值可分别按下列公式计算：按下列公式计算：当当按按上上式式求求得得弯弯矩矩设设计计值值M、M后后，其其相相应应的的基基础础底底板板受力钢筋截面面积可近似地按轴心受压公式进行计算。受力钢筋截面面积可近似地按轴心受压公式进行计算。你现在浏览的是第二十七页，共35页2.6.4 基础的构造要求基础的构造要求基础形状基础形状：独立基础的底面一般为矩形，长宽比宜小于独立基础的底面一般为矩形，长宽比宜小于2。基础的截面形状一般可采用对称的阶梯形或锥形。基础的截面形状一般可采用对称的阶梯形或锥形。底板配筋底板配筋：基础底

23、板受力钢筋的最小直径不宜小于基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm，间距不宜大于间距不宜大于200mm，也不宜小于，也不宜小于100mm。当基础底面边。当基础底面边长大于或等于长大于或等于2.5m时，底板受力钢筋的长度可取边长的时，底板受力钢筋的长度可取边长的0.9倍，倍，并宜交错布置。并宜交错布置。杯口深度杯口深度：杯口的深度等于柱的插入深度：杯口的深度等于柱的插入深度h1+50mm。为了保。为了保证预制柱能嵌固在基础中，柱伸入杯口应有足够的深度证预制柱能嵌固在基础中，柱伸入杯口应有足够的深度h1；h1还应满足柱内受力钢筋锚固长度的要求，并应考虑还应满足柱内受力钢筋锚固长度的要求，并应考

24、虑吊装安装时柱的稳定性。吊装安装时柱的稳定性。你现在浏览的是第二十八页，共35页杯口尺寸杯口尺寸：杯口应大于柱截面边长，其顶部每边留出杯口应大于柱截面边长，其顶部每边留出75mm，底部每边留出底部每边留出50mm，以便预制柱安装时进行就位、校正，以便预制柱安装时进行就位、校正，并二次浇筑细石混凝土。并二次浇筑细石混凝土。杯底厚度杯底厚度：杯底应具有足够的厚度杯底应具有足够的厚度a1，以防预制柱在安装时，以防预制柱在安装时发生杯底冲切破坏。发生杯底冲切破坏。锥形基础的边缘高度锥形基础的边缘高度:一般取一般取a2200mm，且，且a2a1和和a2hc/4（hc为预制柱的截面高度）；当锥形基础的斜坡

25、处为非支模制为预制柱的截面高度）；当锥形基础的斜坡处为非支模制作时，坡度角不宜大于作时，坡度角不宜大于250，最大不得大于，最大不得大于350。混凝土强度等级混凝土强度等级：基础的混凝土强度等级不宜低于基础的混凝土强度等级不宜低于C20。垫层的混凝土强度等级应为垫层的混凝土强度等级应为C10。你现在浏览的是第二十九页，共35页独立基础外形尺寸和配筋构造独立基础外形尺寸和配筋构造你现在浏览的是第三十页，共35页2.6.6 基础梁的内力计算基础梁的内力计算对基础梁的设计可采用以下两种方法：对基础梁的设计可采用以下两种方法：（1）按组合梁考虑）按组合梁考虑 （2）按半无限体弹性地基上的梁计算）按半无

26、限体弹性地基上的梁计算你现在浏览的是第三十一页，共35页2.7 单层厂房排架设计实例单层厂房排架设计实例1.根据设计资料，进行结构方案的设计和主要承重构件的选型根据设计资料，进行结构方案的设计和主要承重构件的选型2.计算简图及柱截面尺寸确定计算简图及柱截面尺寸确定3.荷载的计算荷载的计算4.内力分析（各种荷载单独作用下的计算简图及内力图）内力分析（各种荷载单独作用下的计算简图及内力图）5.内力组合（各控制截面的最不利内力）内力组合（各控制截面的最不利内力）6.柱的截面设计柱的截面设计(配筋计算、裂缝宽度验算、牛腿设计和柱吊装验配筋计算、裂缝宽度验算、牛腿设计和柱吊装验算算)7.独立基础的设计（

27、荷载计算、地基承载力验算、基础抗冲切独立基础的设计（荷载计算、地基承载力验算、基础抗冲切强度验算、基础配筋计算）强度验算、基础配筋计算）8.绘制施工图绘制施工图你现在浏览的是第三十二页，共35页习题：某单层单跨工业厂房，跨度为18m，柱距6m。厂房内 设有三台10t吊车，吊车工作制级别为A5，有关参数 见表。试计算作用在排架柱上的吊车竖向荷载标准值 和横向水平荷载标准值。（见课本P45图2-39）吊车跨度Lk（m）吊车最大宽度B（m）大车轮距K（m）轨道中心至端部距离B1（mm）大车重量G（t）小车重量G（t）最大轮压Pmax（kN）最小轮压Pmin（kN）16.55.554.4423014.

28、23.811525你现在浏览的是第三十三页，共35页作业：作业：P155 习题【习题【2-5】预习预习2.7 单层厂房排架设计实例单层厂房排架设计实例2.7.12.7.5思考题：思考题：1.计算单层厂房的风荷载时，应注意哪些问题？计算单层厂房的风荷载时，应注意哪些问题？并画出计算简图。并画出计算简图。2.计算吊车竖向荷载、吊车横向水平荷载时，应注意哪计算吊车竖向荷载、吊车横向水平荷载时，应注意哪些问题？并画出计算简图。些问题？并画出计算简图。你现在浏览的是第三十四页，共35页习题：某单跨厂房在各种荷载标准值作用下习题：某单跨厂房在各种荷载标准值作用下A柱柱截面截面 内力如下表，有两台吊车，吊车工作级别为内力如下表，有两台吊车，吊车工作级别为A4，试，试 对该截面进行内力组合。对该截面进行内力组合。简图正、负号规定荷载类型序号M（kN m）N/kNV/kN恒载6.222332.854 0.519屋面荷载0.35241.0340.301吊车竖向荷载Dmax在A柱55.630467.750 14.731Dmax在B柱 110.52990.250 12.864吊车水平荷载 146.484016.345风荷载右吹风 209.071027.872左吹风 194.8550 22.922你现在浏览的是第三十五页，共35页