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1、M1M1MM排架在荷载作用下的计算简图排架在荷载作用下的计算简图恒荷载作用M6M6M6M6屋架活荷载作用排架在荷载作用下的计算简图排架在荷载作用下的计算简图吊车竖向荷载作用MmaxMminDmax作用在左柱作用在左柱MminMmaxDmax作用在右柱作用在右柱排架在荷载作用下的计算简图排架在荷载作用下的计算简图吊车横向水平荷载作用Tmax向左作用向左作用Tmax向右作用向右作用TmaxTmaxTmaxTmax排架在荷载作用下的计算简图排架在荷载作用下的计算简图风荷载作用左风作用左风作用右风作用右风作用q1q2q2以上计算简图如何进行内力分析和计算？q1三、内力计算三、内力计算用剪力分配法计算等
2、高排架用剪力分配法计算等高排架等高排架等高排架在荷载作用下，各排架柱在荷载作用下，各排架柱柱顶水平位移相等柱顶水平位移相等的排架。的排架。不等高排架不等高排架 在荷载作用下，各排架柱在荷载作用下，各排架柱柱顶水平位移不相等柱顶水平位移不相等的排架。的排架。等高排架等高排架不等高排架不等高排架用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架11、单阶悬臂柱的抗侧移刚度、单阶悬臂柱的抗侧移刚度1？1？要使柱顶产生单位水平要使柱顶产生单位水平位移，需在柱顶施加位移，需在柱顶施加1/u的水平力。的水平力。反映了柱抵抗侧移的能反映了柱抵抗侧移的能力，称为力，称为抗侧移刚度抗侧移刚度，记作记作D0。用剪力
3、分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架aaD0FF1、单阶悬臂柱的抗侧移刚度、单阶悬臂柱的抗侧移刚度 某单阶悬臂柱，抗侧移刚某单阶悬臂柱，抗侧移刚度为度为D0，欲使柱顶产生大小为，欲使柱顶产生大小为a的水平侧移，需施加水平力的水平侧移，需施加水平力的大小的大小F=。某单层厂房排架，柱抗侧某单层厂房排架，柱抗侧移刚度为移刚度为D01和和D02，欲使排架，欲使排架产生大小为产生大小为a的水平侧移，需的水平侧移，需施加水平力的大小施加水平力的大小F=。D01D02aaF?2、柱顶作用水平集中力时的剪力分配、柱顶作用水平集中力时的剪力分配用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架D01D02
4、D03uuuF无轴向变形无轴向变形无轴向变形无轴向变形F用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架2、柱顶作用水平集中力时的剪力分配、柱顶作用水平集中力时的剪力分配D0nD0iD01剪力分配系数剪力分配系数剪力分配系数剪力分配系数 自身的抗剪刚度与所有柱（包括自身的抗剪刚度与所有柱（包括自身的抗剪刚度与所有柱（包括自身的抗剪刚度与所有柱（包括其本身）总的抗剪刚度的比值。其本身）总的抗剪刚度的比值。其本身）总的抗剪刚度的比值。其本身）总的抗剪刚度的比值。剪力分配法剪力分配法剪力分配法剪力分配法3、任意荷载作用时的剪力分配、任意荷载作用时的剪力分配用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高
5、排架TmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmax=+TmaxTmaxTmaxTmaxRA、RB可可由附图查出由附图查出3、任意荷载作用时的剪力分配、任意荷载作用时的剪力分配TmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmax=+用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架 在排架柱顶附在排架柱顶附加不动铰支座以加不动铰支座以阻止水平位移，阻止水平位移，求出水平反力求出水平反力R。得到得到VA1、VB1 撤销附加的撤销附加的不动铰支座，不动铰支座，取消荷载，将取消荷载，将反力反力R反向反向施加施加于排架柱顶。于排架柱顶。得到得到VA2、VB2 叠加上述两种叠加上述两种状态下的柱顶剪状态下的柱
6、顶剪力，得实际柱顶力，得实际柱顶剪力。按悬臂柱剪力。按悬臂柱分析得排架柱实分析得排架柱实际内力际内力1 12 23 33、任意荷载作用时的剪力分配、任意荷载作用时的剪力分配TmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmax=+TmaxTmax1 12 2剪力分配法剪力分配法剪力分配法剪力分配法Tmax3 3Tmax 一单跨排架如图所示，两柱截面形状和尺寸等均相同，上柱一单跨排架如图所示，两柱截面形状和尺寸等均相同，上柱Iu=21.3108mm4，下柱，下柱Il=195.38108mm4。由吊车竖向荷载在牛腿。由吊车竖向荷载在牛腿顶面处产生的弯矩分别为顶面处产生的弯矩分别为M1=462.25kNm
7、，M2=110.75 kNm，求两，求两个排架柱各自的柱底弯矩。个排架柱各自的柱底弯矩。提示：提示：某金工车间的横剖面外形尺寸及风荷载体形系数如图所示，基本风压某金工车间的横剖面外形尺寸及风荷载体形系数如图所示，基本风压值值0=0.45kN/m2，地面粗糙度类别为，地面粗糙度类别为B，上柱高，上柱高3.6m，柱距柱距6m，A柱与柱与B柱柱相同，上、下柱截面尺寸分别为相同，上、下柱截面尺寸分别为400mm400mm和和400mm600mm，用剪，用剪力分配法计算风荷载设计值及排架内力设计值。力分配法计算风荷载设计值及排架内力设计值。解：解：一、风荷载设计值一、风荷载设计值1、作计算简图、作计算简
8、图2、求均布风荷载设计值、求均布风荷载设计值q1、q23、求柱顶集中风荷载设计值、求柱顶集中风荷载设计值W二、风荷载作用下内力计算二、风荷载作用下内力计算1、加不动铰支座，求其反力、加不动铰支座，求其反力2、撤销不动铰支座，在排架柱顶施加、撤销不动铰支座，在排架柱顶施加反向反力反向反力3、叠加、叠加1、2得真实柱顶剪力得真实柱顶剪力4、根据求得的柱顶剪力作弯矩图和剪、根据求得的柱顶剪力作弯矩图和剪力图力图1.0TmaxTmaxTmaxTmaxTmaxTmax=+排架同时受到多种荷载作用，对任一种荷载作用下排架结构的排架同时受到多种荷载作用，对任一种荷载作用下排架结构的内力均可通过内力均可通过剪
9、力分配法剪力分配法算得，后可通过算得，后可通过叠加叠加得多种荷载作用下排得多种荷载作用下排架内力。架内力。用剪力分配法计算等高排架用剪力分配法计算等高排架四、内力组合四、内力组合 在排架所受的多种荷载中，除结构自重为恒载外，其余均为在排架所受的多种荷载中，除结构自重为恒载外，其余均为活载。多种活载同时作用在结构上，又同时使其内力达到最大值活载。多种活载同时作用在结构上，又同时使其内力达到最大值的概率极小，因此对活荷载来说，应引入的概率极小，因此对活荷载来说，应引入荷载组合系数荷载组合系数c，考虑，考虑荷载组合荷载组合的问题。的问题。通过以上方法可求得排架任意截面任意截面的内力，截面设通过以上方
10、法可求得排架任意截面任意截面的内力，截面设计时取用计时取用何截面何截面内力？内力？控制截面控制截面的概念。的概念。在每种可能的荷载组合下，通过剪力分配法，都可得出一组在每种可能的荷载组合下，通过剪力分配法，都可得出一组内力内力（M，V，N），），称为称为内力组合内力组合，那组内力组合，那组内力组合最不利最不利？1、控制截面、控制截面控制截面：构件某一区段内对截面配筋起控制作用的截面上上 柱柱下下 柱柱 一般上柱底面一般上柱底面I-I截面截面（牛腿顶面）（牛腿顶面）内力最大，故一般内力最大，故一般I-I截面截面为上柱的控为上柱的控制截面制截面 一般下柱顶面一般下柱顶面-截面截面（牛腿顶（牛腿顶面
11、以下截面）和面以下截面）和-截面截面（基础顶面（基础顶面以上截面）内力较大，为下柱的控制以上截面）内力较大，为下柱的控制截面，同时截面，同时-截面截面也是基础设计的也是基础设计的依据依据2、荷载组合、荷载组合恒载恒载屋面活载屋面活载吊车竖向活载吊车竖向活载风载风载以上荷载可能出现的荷载组合有若干种，如：以上荷载可能出现的荷载组合有若干种，如：（1 1）恒载恒载恒载恒载（2 2）+恒载恒载恒载恒载+屋面活载屋面活载屋面活载屋面活载（3 3）+恒载恒载恒载恒载+屋面活载屋面活载屋面活载屋面活载+吊车竖向活载吊车竖向活载吊车竖向活载吊车竖向活载（4 4）+恒载恒载恒载恒载+屋面活载屋面活载屋面活载屋
12、面活载+吊车活载吊车活载吊车活载吊车活载（5 5）+恒载恒载恒载恒载+屋面活载屋面活载屋面活载屋面活载+吊车横向水平活载吊车横向水平活载吊车横向水平活载吊车横向水平活载（6 6）+恒载恒载恒载恒载+吊车竖向活载吊车竖向活载吊车竖向活载吊车竖向活载+风载风载风载风载？对各荷载组合，控制截面内力如何计算？对各荷载组合，控制截面内力如何计算？哪个荷载组合得出的内力组合（？哪个荷载组合得出的内力组合（M、N、V）最不利？）最不利？吊车横向水平活载吊车横向水平活载？对各荷载组合，控制截面内力如何计算？对各荷载组合，控制截面内力如何计算？建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范规定，对于一般排架、框架结构，可采规
13、定，对于一般排架、框架结构，可采用简化规则，在下列荷载效应组合中取不利值确定：用简化规则，在下列荷载效应组合中取不利值确定：（1）由可变荷载效应控制的组合）由可变荷载效应控制的组合“恒荷载恒荷载”+任一种任一种“活荷载活荷载”“恒荷载恒荷载”+0.9（任意两种或两种以上（任意两种或两种以上“活荷载活荷载”）（2）由永久荷载效应控制的组合）由永久荷载效应控制的组合“恒荷载恒荷载”+ci（任意两种或两种以上（任意两种或两种以上“活荷载活荷载”）？哪个荷载组合得出的内力组合（？哪个荷载组合得出的内力组合（M、N、V）最不利？）最不利？排架柱是排架柱是偏心受压构件偏心受压构件大偏心受压构件大偏心受压构
14、件小偏心受压构件小偏心受压构件M越大，越大，N越小越危险越小越危险M越大，越大，N越大越危险越大越危险界限破坏界限破坏界限破坏界限破坏N Nu uMMu u0 0轴压轴压纯弯纯弯小偏心受压小偏心受压小偏心受压小偏心受压大偏心受压大偏心受压大偏心受压大偏心受压故一般考虑以下四种内力组合：故一般考虑以下四种内力组合：（1）+Mmax及相应的及相应的N和和V（2）-Mmin及相应的及相应的N和和V（3）Nmax及相应的及相应的M和和V（4）Nmin及相应的及相应的M和和V由于柱一般为对称配筋，故由于柱一般为对称配筋，故（1）（）（2）可合并为：）可合并为：内力组合内力组合：根据各种荷载可能同时出现的
15、情况，求出在：根据各种荷载可能同时出现的情况，求出在某些荷某些荷载作用下载作用下柱控制截面柱控制截面可能产生的最不利内力可能产生的最不利内力，作为柱和基础配，作为柱和基础配筋计算的依据。筋计算的依据。内力组合必须以以上内力组合必须以以上四种组合四种组合为目标，结果源自各种为目标，结果源自各种荷载组合荷载组合下计算得的内力。下计算得的内力。3、内力组合、内力组合-控制截面控制截面内力组合内力组合荷载组合荷载组合+Mmax及相应的及相应的N和和V-Mmin及相应的及相应的N和和VNmax及相应的及相应的M和和VNmin及相应的及相应的M和和V+Mmax及相应的及相应的N和和V-Mmin及相应的及相
16、应的N和和VNmax及相应的及相应的M和和VNmin及相应的及相应的M和和V+Mmax及相应的及相应的N和和V-Mmin及相应的及相应的N和和VNmax及相应的及相应的M和和VNmin及相应的及相应的M和和V荷载类型荷载类型荷载编号荷载编号恒荷载恒荷载活荷载活荷载M、V、N图图M、V、N图图M、V、N图图M、V、N图图 M、V、N图图荷载荷载+0.9（任意两种或两种以上活载）（任意两种或两种以上活载）荷载荷载+任一种活载任一种活载内力设计值内力设计值组合项目组合项目组合项目组合项目MNVMNV内力组合表内力组合表内力组合注意事项内力组合注意事项每次组合每次组合以一种内力为目标以一种内力为目标来
17、决定荷载项的取舍。来决定荷载项的取舍。每次组合都必须包括每次组合都必须包括恒荷载恒荷载项。项。当取当取Nmax或或Nmin为组合目标时，应使为组合目标时，应使相应的相应的M绝对值尽可能大绝对值尽可能大。风荷载中有左风和右风两种，每次组合风荷载中有左风和右风两种，每次组合只能取其中一种只能取其中一种。吊车竖向荷载吊车竖向荷载Dmax和和Dmin可能作用在同一跨厂房的左柱上，也可能可能作用在同一跨厂房的左柱上，也可能作用在右柱上，两者只能作用在右柱上，两者只能选择一种参加组合选择一种参加组合。内力组合注意事项内力组合注意事项多台吊车荷载参与组合时，应考虑多台吊车荷载参与组合时，应考虑吊车荷载折减系
18、数吊车荷载折减系数。由于柱底水平剪力对基础底面产生弯矩，故对于由于柱底水平剪力对基础底面产生弯矩，故对于-截面，必须组截面，必须组合合剪力剪力V。T与与D的关系：的关系：有有T必有必有D（实际情况）；有（实际情况）；有D也要有也要有T（求最不利内力所需）（求最不利内力所需）吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载Tmax作用在同一跨内的两个柱子上，向左或向右，作用在同一跨内的两个柱子上，向左或向右，只能选取只能选取其中一种参加组合其中一种参加组合。12.3 12.3 单层厂房柱单层厂房柱单层厂房柱单层厂房柱一、柱的形式一、柱的形式矩形矩形工字形工字形双肢柱双肢柱通常根据柱截面高度通常根据柱截面高度h选
19、取截面形式。选取截面形式。h600mm宜采用矩形截面柱宜采用矩形截面柱600h800采用工字形或矩形截面柱采用工字形或矩形截面柱900h1400宜采用工字形截面柱宜采用工字形截面柱h1400宜采用双肢柱宜采用双肢柱二、矩形和工字形截面柱的设计二、矩形和工字形截面柱的设计1、截面尺寸、截面尺寸 柱截面尺寸除应保证柱截面尺寸除应保证承载力承载力要求外，还应保证排架柱具有要求外，还应保证排架柱具有足够的足够的刚度刚度，以防止厂房横向和纵向变形过大，影响厂房的正，以防止厂房横向和纵向变形过大，影响厂房的正常使用。常使用。根据刚度要求，根据刚度要求，6m柱距厂房柱和露天栈桥柱的最小截面尺柱距厂房柱和露天
20、栈桥柱的最小截面尺寸可参考表寸可参考表12-3。根据荷载组合求得的内力组合（根据荷载组合求得的内力组合（M、V、N），按），按钢筋混凝土钢筋混凝土偏心受压构件偏心受压构件进行截面设计计算，一般为进行截面设计计算，一般为对称配筋对称配筋。其中计算长度。其中计算长度l0按表按表12-4取用。取用。2、截面设计、截面设计大小偏心的判别？大偏心时大小偏心的判别？大偏心时As=As=?小偏心时小偏心时As=As=?（上册第（上册第5章）章）3、吊装验算、吊装验算排架柱平卧预制排架柱翻身起吊排架柱平卧起吊平吊和翻身吊验算时有何异同？（施工方便、满足承载力和裂缝限值平吊和翻身吊验算时有何异同？（施工方便、满
21、足承载力和裂缝限值要求等角度）要求等角度）AsAsAsAs单点起吊多点起吊 单点起吊吊装验算时，最不利受力单点起吊吊装验算时，最不利受力阶段为吊点刚离开地面时，此时柱底端阶段为吊点刚离开地面时，此时柱底端搁置在地面上，柱为在其自重下的搁置在地面上，柱为在其自重下的受弯受弯构件构件。由此时的计算简图可知，一般可取由此时的计算简图可知，一般可取上柱柱底上柱柱底、牛腿根部牛腿根部和和下柱跨中下柱跨中三个控三个控制截面。制截面。根据排架柱的长度，可采取根据排架柱的长度，可采取单点起吊单点起吊和和多点起吊多点起吊方案。方案。吊装验算时，应注意：吊装验算时，应注意：1、考虑施工振动，柱、考虑施工振动，柱自
22、重应乘以动自重应乘以动力系数力系数1.5。2、吊装验算为临时性验算，构件、吊装验算为临时性验算，构件安安全等级可全等级可较其使用阶段的安全等级较其使用阶段的安全等级降降低一级低一级。3、吊装时，、吊装时，混凝土强度混凝土强度一般一般按设计按设计强度的强度的70%考虑考虑。即：吊装时，混。即：吊装时，混凝土强度不得低于设计强度的凝土强度不得低于设计强度的70%。6、多点起吊时多点起吊时，吊装方法应，吊装方法应与施工单位共同商定并进行相应的验算与施工单位共同商定并进行相应的验算。4、吊装验算包括、吊装验算包括承载力承载力和和裂缝控制裂缝控制验算。（上册第验算。（上册第3和第和第8章）章）5、吊装验
23、算配筋不足时，、吊装验算配筋不足时，可在局部区段加配短钢筋可在局部区段加配短钢筋。牛腿高度：牛腿高度：h牛腿根部有效高度：牛腿根部有效高度：h0（h0=h-as）牛腿端部高度：牛腿端部高度：h1竖向力竖向力FV作用点至下柱边缘距离：作用点至下柱边缘距离：a短牛腿短牛腿长牛腿长牛腿ah0ah0三、牛腿设计三、牛腿设计按悬臂梁设计按变截面深梁设计1、牛腿试验研究结果、牛腿试验研究结果牛腿上部，主拉应力迹线基本与牛腿牛腿上部，主拉应力迹线基本与牛腿上边缘平行，且沿长度方向比较均匀。上边缘平行，且沿长度方向比较均匀。（1）弹性阶段）弹性阶段牛腿斜边，主压应力迹线大致与加载牛腿斜边，主压应力迹线大致与加
24、载点点b到牛腿下部与柱的交点到牛腿下部与柱的交点a的连线的连线ab平平行。行。牛腿与上柱交界处有应力集中现象。牛腿与上柱交界处有应力集中现象。（2）裂缝的出现与展开）裂缝的出现与展开F达到破坏荷载的达到破坏荷载的20%40%时，在牛腿顶时，在牛腿顶面与上柱交接处出现竖向裂缝，开展很小，面与上柱交接处出现竖向裂缝，开展很小，影响不大。影响不大。FF达到破坏荷载的达到破坏荷载的40%60%时，在加载板时，在加载板内侧附近出现第一条斜裂缝。内侧附近出现第一条斜裂缝。FFF达到破坏荷载的达到破坏荷载的80%左右左右时，加载板外侧时，加载板外侧突然出现第二条斜裂缝，预示牛腿即将破坏。突然出现第二条斜裂缝
25、，预示牛腿即将破坏。所谓不允许出现斜裂缝是指加载板内侧的斜裂所谓不允许出现斜裂缝是指加载板内侧的斜裂缝而言，它是确定牛腿截面尺寸的主要依据。缝而言，它是确定牛腿截面尺寸的主要依据。（3）牛腿的破坏形态）牛腿的破坏形态牛腿的破坏形态主要取决于牛腿的破坏形态主要取决于a/h0值，主要有三种破坏形态：值，主要有三种破坏形态：当当a/h00.75和和纵向受力钢筋配筋率较低纵向受力钢筋配筋率较低时时。第一条斜裂缝出现后，随荷载增加，不断第一条斜裂缝出现后，随荷载增加，不断向受压区延伸，水平纵向受力钢筋应力随之增向受压区延伸，水平纵向受力钢筋应力随之增大并逐渐达到屈服，裂缝外侧混凝土绕牛腿与大并逐渐达到屈
26、服，裂缝外侧混凝土绕牛腿与柱交点转动，混凝土压碎而破坏。柱交点转动，混凝土压碎而破坏。弯弯弯弯曲曲曲曲破破破破坏坏坏坏剪剪剪剪切切切切破破破破坏坏坏坏当当a/h00.1或或边缘高度边缘高度h1较小较小时，发生时，发生纯剪破坏纯剪破坏。沿加载板内侧接近竖直截面的纯剪破坏。沿加载板内侧接近竖直截面的纯剪破坏。牛腿与下柱交界面上出现一系列短斜裂缝，最牛腿与下柱交界面上出现一系列短斜裂缝，最后牛腿沿此斜裂缝从柱上切下而遭破坏。后牛腿沿此斜裂缝从柱上切下而遭破坏。当当a/h0=0.10.75时，发生时，发生斜压斜压或或斜拉破坏斜拉破坏。沿斜裂缝外侧出现一批短而细斜裂缝，最终斜沿斜裂缝外侧出现一批短而细斜
27、裂缝，最终斜裂缝贯通，混凝土压碎，导致牛腿破坏。裂缝贯通，混凝土压碎，导致牛腿破坏。不出现短斜裂缝，由于主拉应力较大，而在加不出现短斜裂缝，由于主拉应力较大，而在加载板内侧出现一条通长斜裂缝，牛腿沿次裂缝破坏。载板内侧出现一条通长斜裂缝，牛腿沿次裂缝破坏。斜压破坏斜压破坏斜拉破坏斜拉破坏局局局局部部部部受受受受压压压压破破破破坏坏坏坏当当加载板过小加载板过小或或混凝土强度过低混凝土强度过低时，由于局部时，由于局部压应力很大，导致加载板下的混凝土局部压碎压应力很大，导致加载板下的混凝土局部压碎破坏。破坏。（4）牛腿在竖向力和水平拉力共同作用下的受力情况）牛腿在竖向力和水平拉力共同作用下的受力情况
28、由于水平拉力的作用，裂缝将提前出现。由于水平拉力的作用，裂缝将提前出现。由于水平拉力的作用，牛腿承载力有所降低。由于水平拉力的作用，牛腿承载力有所降低。有水平拉力作用的牛腿与没有水平拉力的牛腿有水平拉力作用的牛腿与没有水平拉力的牛腿的破坏规律相似。的破坏规律相似。2、牛腿设计、牛腿设计确定截面尺寸确定截面尺寸承载力计算承载力计算配筋构造配筋构造确定截面尺寸确定截面尺寸牛腿的截面尺寸应根据牛腿的截面尺寸应根据斜裂缝控制条件斜裂缝控制条件和和构造要求构造要求确定。确定。牛腿截面宽度牛腿截面宽度b牛腿截面宽度牛腿截面宽度b：与排架柱宽度相同：与排架柱宽度相同牛腿截面高度牛腿截面高度h：？。：？。牛腿
29、顶面长牛腿顶面长：e+B+C1（C1100mm）eBC1牛腿外边缘高度牛腿外边缘高度h1：不应太小，否则：不应太小，否则将发生剪切破坏，将发生剪切破坏，h1不应小于不应小于h/3，且，且不应小于不应小于200mm。倾角倾角：不应太大，不应大于：不应太大，不应大于45（一般取（一般取45）h1h1eBC1确定截面尺寸确定截面尺寸牛腿截面高度牛腿截面高度h由斜裂缝控制要求决定。由斜裂缝控制要求决定。裂缝控制系数裂缝控制系数按荷载标准组合计算的竖向力值、按荷载标准组合计算的竖向力值、水平拉力值水平拉力值竖向力作竖向力作用点至下用点至下柱边缘的柱边缘的水平距离水平距离 此外，此外，牛腿加载板尺寸牛腿加
30、载板尺寸不能过小，否则将导致加载板处局部承压不能过小，否则将导致加载板处局部承压能力不足。能力不足。若局部受压验算不满足，可采取若局部受压验算不满足，可采取加大受压面积加大受压面积、提高混凝土强度等提高混凝土强度等级级、或、或设置钢筋网片设置钢筋网片等措施。等措施。承载力计算承载力计算计算简图计算简图计算简图计算简图纵向受拉钢筋纵向受拉钢筋视为水平拉杆视为水平拉杆竖向力作用点至牛竖向力作用点至牛腿根部的斜向混凝腿根部的斜向混凝土视为斜压杆土视为斜压杆ABAB0.2（当（当a0.3h0时，取时，取0.3h0）配筋计算配筋计算配筋计算配筋计算azas配筋构造配筋构造纵向受拉钢筋纵向受拉钢筋级别级别
31、直径直径配筋率配筋率根数根数宜采用宜采用HRB335级或级或HRB400（RRB400）级）级不应小于不应小于12mm承受竖向力的纵筋配筋率不应小于承受竖向力的纵筋配筋率不应小于0.2%，也不，也不宜大于宜大于0.6%承受竖向力的纵筋不宜少于承受竖向力的纵筋不宜少于4根，承受水平拉力根，承受水平拉力的水平锚筋不宜少于的水平锚筋不宜少于2跟跟布置布置平行于牛腿顶面，直通至牛腿外边缘，再沿斜边平行于牛腿顶面，直通至牛腿外边缘，再沿斜边下弯，不得作为弯起钢筋下弯，不得作为弯起钢筋锚固锚固一端沿牛腿下边缘下弯，伸入下柱内一端沿牛腿下边缘下弯，伸入下柱内150mm后后截断；另一端伸入柱内，并有足够的锚固
32、长度截断；另一端伸入柱内，并有足够的锚固长度箍箍 筋筋直径直径间距间距配筋量配筋量设置条件设置条件应取用应取用612mm100150mm上部上部2h0/3范围内的水平箍筋总截面面积不应小范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的水平纵筋截面面积的于承受竖向力的水平纵筋截面面积的1/2当当a/h00.3时，宜设置弯起钢筋时，宜设置弯起钢筋级别级别宜采用宜采用HRB335或或HRB400级级位置位置弯起钢筋与竖向力作用点到牛腿下边缘连线的弯起钢筋与竖向力作用点到牛腿下边缘连线的交点应位于该连线上部交点应位于该连线上部1/61/2范围内范围内弯起钢筋弯起钢筋配筋量配筋量截面面积不应少于承受竖向力
33、的水平纵筋截面面积不应少于承受竖向力的水平纵筋截面面积的截面面积的1/2，根数不少于，根数不少于2根根直径直径不宜小于不宜小于12mm 12.4 12.4 柱下独立基础柱下独立基础柱下独立基础柱下独立基础地基地基上部荷载上部荷载 基基 础础 地地 基基排架柱排架柱-截面传来截面传来内力内力基础梁传来的基础梁基础梁传来的基础梁自重及上部墙体重自重及上部墙体重单层厂房柱下独立基础形式：单层厂房柱下独立基础形式：按受力形式分按受力形式分轴心受压轴心受压偏心受压偏心受压按施工方法分按施工方法分预制基础预制基础现浇基础现浇基础按埋置深度分按埋置深度分浅埋基础浅埋基础深埋基础深埋基础一、概述一、概述阶梯形
34、基础阶梯形基础锥形基础锥形基础 单层厂房柱下独立基础常用形式是单层厂房柱下独立基础常用形式是扩展基础扩展基础，基础与预制柱连接部，基础与预制柱连接部分做成分做成杯口杯口，又称为，又称为杯形基础杯形基础。根据剖面形状可分为。根据剖面形状可分为阶梯形基础阶梯形基础和和锥形锥形基础基础。当基础埋置较深时，为不使预制柱过长和增加柱的种类，常将基础当基础埋置较深时，为不使预制柱过长和增加柱的种类，常将基础上部高度增大，形成上部高度增大，形成短柱短柱，并将杯口升高，做成，并将杯口升高，做成高杯口基础高杯口基础。高杯口基础高杯口基础 柱下独立基础还有柱下独立基础还有预制板肋基础预制板肋基础、壳体基础壳体基础
35、、倒圆台基础倒圆台基础、倒椭圆台倒椭圆台基础基础等。但一般不常用。当地基条件较差时，一般常采用等。但一般不常用。当地基条件较差时，一般常采用桩基础桩基础。二、柱下扩展基础的设计二、柱下扩展基础的设计确定基础底面尺寸确定基础高度底板配筋计算构造处理及绘制施工图确定基础底面尺寸 计算基地反力时假定计算基地反力时假定基础是绝对基础是绝对刚性刚性且且地基土反力线性分布地基土反力线性分布。基础底面尺寸由基础底面尺寸由地基承载力地基承载力和和地地基变形条件基变形条件确定。确定。在在选定地基持力层选定地基持力层和和埋置深度埋置深度后，钢砼柱下独立基础的设计主要包括：后，钢砼柱下独立基础的设计主要包括：一般单
36、层工业厂房的柱下基础，一般单层工业厂房的柱下基础，一般不作地基变形验算一般不作地基变形验算。l基基基基础础础础底底底底面面面面b柱柱基基基基础础础础顶顶顶顶面面面面l柱柱lbl变阶处变阶处变阶处变阶处轴心受压基础基底反力基底反力偏心受压基础kkWkkkkkkNk+Gkhkpk,maxPk,min偏心受压基础当当eb/6时，时，pk，min0基底平均反力基底平均反力Pk,maxPk,min基底最大反力基底最大反力偏心受压基础当当e=b/6时，时，pk，min=0Pk,max基底平均反力基底平均反力基底最大反力基底最大反力Pk,min=0偏心受压基础当当eb/6时，时，pk，min0 说明基底将产
37、生拉应力，但因基础与说明基底将产生拉应力，但因基础与地基接触面地基接触面不可能受拉不可能受拉，因此，因此这部分基础这部分基础底面与地基间是脱离的底面与地基间是脱离的。Pk,maxPk,maxNbk+Gk的实际作用点的实际作用点a基底平均反力基底平均反力基底最大反力基底最大反力确定基础底面尺寸Pk,maxPk,minPk,max3aPk,max基底平均反力基底平均反力基底最大反力基底最大反力先按轴心受压基础确定所需基础底面面积先按轴心受压基础确定所需基础底面面积A0；将面积将面积A0增大增大20%40%；考虑偏心距大小，初步选定长、短边尺寸；考虑偏心距大小，初步选定长、短边尺寸；验算上二式要求是
38、否满足，如不满足，加大截面尺寸，直至满验算上二式要求是否满足，如不满足，加大截面尺寸，直至满 足承载力要求。足承载力要求。偏心受压基础确定基础高度基础高度应满足基础高度应满足构造要求构造要求和和柱与基础交接处混凝土受冲切承载力柱与基础交接处混凝土受冲切承载力的要求。的要求。构造要求构造要求：t杯壁厚度杯壁厚度a2基础边缘高度基础边缘高度h1柱插入深度柱插入深度a1杯底厚度杯底厚度hc柱截面高度柱截面高度h2基础上阶高度基础上阶高度h基础高度基础高度 锥形基础的边缘高度锥形基础的边缘高度a2不宜小于不宜小于300mm，阶梯型基础的每阶高度宜为，阶梯型基础的每阶高度宜为300500mm。a2也不应
39、小于也不应小于a1。杯底厚度，杯底厚度，查表查表12-5柱插入深度，有柱插入深度，有3个要求：个要求：（1）表）表12-4（2）满足柱受力钢筋锚固要求和柱吊装时稳定性的要求）满足柱受力钢筋锚固要求和柱吊装时稳定性的要求（3）h10.05倍柱长倍柱长基础受冲切承载力验算基础受冲切承载力验算：基础高度（或变阶处高度）不够时，柱传给基础的荷载将使基础基础高度（或变阶处高度）不够时，柱传给基础的荷载将使基础发生发生冲切破坏。冲切破坏。需对需对柱与基础交接处柱与基础交接处及及基础变阶处基础变阶处的基础高度进行验算。的基础高度进行验算。沿柱边大致呈沿柱边大致呈4545方向的截面被拉脱方向的截面被拉脱冲切面
40、冲切面柱与基础交接处柱与基础交接处aaa基础变阶处基础变阶处aaa 为防止冲切破坏，须使为防止冲切破坏，须使冲切面外的地基反力所产生的冲切力冲切面外的地基反力所产生的冲切力Fl小小于于冲切面处混凝土的受冲切承载力冲切面处混凝土的受冲切承载力。h0?冲切力冲切力Fl 扣除基础自重扣除基础自重及上土重后及上土重后的地基的地基土单位面积上的土单位面积上的静静反力设计值反力设计值，对偏，对偏心受压基础可取最心受压基础可取最大地基土单位面积大地基土单位面积净反力设计值。净反力设计值。冲切验算时取冲切验算时取用的部分基底面积用的部分基底面积（冲切面积，将基（冲切面积，将基地面积分为四部分，地面积分为四部分
41、，取用取用最不利最不利一侧的一侧的面积。面积。aaa柱与基础交接处柱与基础交接处hA Al lAl=？Al=？混凝土的受冲切力承载力混凝土的受冲切力承载力aaa：受冲切承载力截面高度影响系数：受冲切承载力截面高度影响系数：混凝土抗拉强度设计值：混凝土抗拉强度设计值：截面有效高度，取两个方向截面：截面有效高度，取两个方向截面：冲切锥体最不利一侧的计算长度：冲切锥体最不利一侧的计算长度取冲切锥体上边长取冲切锥体上边长at和下边长和下边长ab的的平均值。平均值。左侧图中，左侧图中，at为柱短边尺寸（截面宽度），为柱短边尺寸（截面宽度），ab为柱短边尺寸为柱短边尺寸+2h0。柱与基础交接处柱与基础交接
42、处h有效高度的平均值有效高度的平均值A Al l基础变阶处基础变阶处aaa混凝土的受冲切力承载力混凝土的受冲切力承载力：受冲切承载力截面高度影响系数：受冲切承载力截面高度影响系数：混凝土抗拉强度设计值：混凝土抗拉强度设计值左侧图中，左侧图中，at为基础上阶宽，为基础上阶宽，ab为基础上为基础上阶宽阶宽+2h01。：冲切锥体最不利一侧的计算长度：冲切锥体最不利一侧的计算长度取冲切锥体上边长取冲切锥体上边长at和下边长和下边长ab的的平均值。平均值。有效高度的平均值有效高度的平均值：截面有效高度，取两个方向截面：截面有效高度，取两个方向截面A Al l左侧图中，左侧图中，at为为 ，ab为为 。：
43、冲切锥体最不利一侧的计算长度：冲切锥体最不利一侧的计算长度取冲切锥体上边长取冲切锥体上边长at和下边长和下边长ab的的平均值。平均值。左侧图中，左侧图中，Al为阴影部分面积为阴影部分面积 若基础地面线落在45线（即冲切破坏锥体）以内时，可不进行冲切验算。设计时，一般先根据构造要求确定基础高度，然后按冲切验算，如不满足，则需增大基础高度重新验算，直至满足。底板配筋计算 在地基在地基净反力设计值净反力设计值ps的作用的作用下，基础将在下，基础将在两个方向均向上弯两个方向均向上弯曲曲。因此需在。因此需在两个方向均配置受两个方向均配置受力钢筋力钢筋。配筋计算控制截面一般取配筋计算控制截面一般取柱与柱与
44、基础交接处基础交接处或或基础变阶处基础变阶处。计算两个方向的弯矩时，把基础计算两个方向的弯矩时，把基础视作视作固定在柱周边或变阶处的四面固定在柱周边或变阶处的四面挑出的倒置的悬臂板挑出的倒置的悬臂板。lb变阶处变阶处 计算弯矩时，为简化计算，将基计算弯矩时，为简化计算，将基础底板划分为础底板划分为四块独立的悬臂板四块独立的悬臂板。柱柱a at tb bt th0Ih0 短向的钢筋一般置于长向钢筋的短向的钢筋一般置于长向钢筋的上面。上面。轴心受压基础柱柱lb变阶处变阶处a at tb bt th0Ih0长边钢筋：长边钢筋：长边钢筋：长边钢筋：短边钢筋：短边钢筋：短边钢筋：短边钢筋：柱边轴心受压基
45、础长边钢筋：长边钢筋：长边钢筋：长边钢筋：短边钢筋：短边钢筋：短边钢筋：短边钢筋：变阶处lb变阶处变阶处a at t b bt t h0Ih0偏心受压基础长边钢筋长边钢筋长边钢筋长边钢筋任意截面的弯矩计算公式：任意截面的弯矩计算公式：I-I截面：取截面：取a=at柱边柱柱lba at tb bt t变阶处变阶处h0Ih0a短边钢筋短边钢筋短边钢筋短边钢筋偏心受压基础任意截面的弯矩计算公式：任意截面的弯矩计算公式：-截面：取截面：取a=at，b=bt柱边柱柱lba at tb bt t变阶处变阶处h0Ih0ablb变阶处变阶处a at t b bt t h0Ih0偏心受压基础任意截面的弯矩计算公
46、式：任意截面的弯矩计算公式：长边钢筋长边钢筋长边钢筋长边钢筋I-I截面：取截面：取a=at变阶处lb变阶处变阶处a at t b bt t h0Ih0偏心受压基础任意截面的弯矩计算公式：任意截面的弯矩计算公式：-截面：取截面：取a=at，b=bt变阶处短边钢筋短边钢筋短边钢筋短边钢筋构造要求1、混凝土、混凝土混凝土强度等级不宜低于混凝土强度等级不宜低于C202、钢、钢 筋筋底板受力钢筋一般采用底板受力钢筋一般采用HRB400、HRB335或或HPB235级级最小直径不宜小于最小直径不宜小于8mm，间距不宜大于，间距不宜大于200mm有垫层时，保护层厚度不宜小于有垫层时，保护层厚度不宜小于35m
47、m无垫层时，保护层厚度不宜小于无垫层时，保护层厚度不宜小于70mm基础底板长边大于或等于基础底板长边大于或等于2.5m时，长边钢筋可缩短时，长边钢筋可缩短10%，宜交错布置宜交错布置3、垫、垫 层层基础下通常做素混凝土（一般为基础下通常做素混凝土（一般为C10）垫层）垫层垫层厚度通常为垫层厚度通常为100mm垫层面积比基础底面面积大，通常每端伸出基础边垫层面积比基础底面面积大，通常每端伸出基础边100mm4、插、插 筋筋详见教材详见教材P161 已知：某单层多跨厂房预制排架柱的截面为400mm600mm，采用柱下扩展基础；杯口顶面的轴向力标准值Nk=715kN、弯矩标准值Mk=208kNm、剪
48、力标准值Vk=26kN；杯口顶面的轴向力设计值N=890kN、弯矩设计值M=290kNm、剪力设计值V=36kN；地基承载力特征值（已修正）fa=195kN/m2，基础埋置深度d=1.3m；基础混凝土强度等级采用C20，垫层采用C10，厚度为100mm；采用HPB235级钢筋。试设计该基础。解：1、初步确定基础高度和杯口尺寸 由表12-4，柱的插入深度h1=600mm，所以杯口深度为600+50=650mm。杯口顶部尺寸，宽为400+275=550mm，长为600+275=750mm；杯口底部尺寸，宽为400+250=500mm，长为600+250=700mm。根据表12-5，取杯壁厚度t=2
49、00mm，杯底厚度a1=200mm，杯壁高度h2=300mm，a2=200mm。根据以上尺寸，初步确定基础总高度为600+50+200=850mm。2、确定基础底面尺寸 先按轴心受压估算，基础埋置深度d=1.3m，则：将其增大20%40%，初步选用底面尺寸为b=3.0m，l=2.0m。基础边缘的最大和最小压力：校核地基承载力：故基础底面尺寸满足要求。3、验算基础高度 地基净反力设计值：按比例可求得相应于柱边缘、变阶处及冲切破坏锥体外边缘处的地基净反力设计值。冲切力：抗冲切力：故该基础高度满足受冲切承载力要求。4、基础底板配筋计算 沿基础长边方向，对柱边截面-处的弯矩M：变阶处截面-处的弯矩M为：变阶处有效高度h0=810-300=510mm，则故应按As配筋，略。沿短边方向的计算类似。