混凝土设计精选文档.ppt
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1、混凝土设计本讲稿第一页,共三十五页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离的不同分为两类:的不同分为两类:时为长牛腿时为长牛腿(图图a),按悬,按悬臂梁进行设计;臂梁进行设计;时为短牛腿时为短牛腿(图图b),是,是一个变截面短悬臂深梁。一个变截面短悬臂深梁。本讲稿第二页,共三十五页(1)牛腿的应
2、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开展和最后破坏三个阶段。与开展和最后破坏三个阶段。弹性阶段弹性阶段通过通过 环氧环氧树脂牛腿模型的光弹树脂牛腿模型的光弹试验,得到了主应力试验,得到了主应力迹线。迹线。图图2-57 牛腿主应力图牛腿主应力图本讲稿第三页,共三十五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,由于上柱根部与时,由于上柱根部与牛腿交界处的主拉应力集中现象,在该处首先出现自上而下的竖向裂牛腿交界处的主拉应
3、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,对牛腿的受力性能影响不大;缝,裂缝细小且开展较慢,对牛腿的受力性能影响不大;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出现一时,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。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:本讲稿第四页,共三十五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,且纵向钢筋配筋率偏低时,随着荷载增加,斜裂缝斜裂缝不断向受压
4、区延伸,纵筋应力不断增加并逐渐达到屈不断向受压区延伸,纵筋应力不断增加并逐渐达到屈服强度,这时斜裂缝服强度,这时斜裂缝外侧部分绕牛腿下部与柱交接点转动,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致使受压区混凝土压碎而引起破坏(图图a)。设计中用配置足够数。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。量的纵向受拉钢筋来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本讲稿第五页,共三十五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,出现大量短小斜裂缝个压杆范围内,出现大
5、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。本讲稿第八页,共三十五页 牛腿尺寸及配筋牛腿尺寸及配筋 为为了了防
6、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,垫垫板板下下的的局部压应力应满足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,以防止非根部受拉破坏;,以防止非根部受拉破坏;牛腿外边缘至吊车梁外边缘的牛腿外边缘至吊车梁外边缘的距离不宜小于距离不宜小于70 mm,以防止,以防止发生保护层剥落;牛腿底边倾发生保护层剥落;牛腿底边倾斜角斜角45 纵向受纵向受力钢筋力钢筋本讲稿第九页,共三十五页(3)
7、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,其受计算简图: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腿内的斜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向向受压混凝土为压杆组成的三角桁架模型来描述。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本讲稿第十页,共三十五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共共同作用下,通过对同作用下,通过对 A 点取力矩平衡可得:点取力矩平衡可得:近近似
8、似取取 ,则则由由上上式式可可得得纵纵向向受受力力钢钢筋筋总截面面积总截面面积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;本讲稿第十一页,共三十五页牛腿配筋构造牛腿配筋构造(4 4)构
9、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本讲稿第十二页,共三十五页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力的的受受拉拉钢钢筋筋截截面面积的面面积的1/2。3 3)
10、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之间的范围之间的范围内,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。纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。弯起钢筋的锚固同纵向受力钢筋。纵向受拉钢筋不得兼作弯起钢筋。弯起钢筋的锚固同纵向受力钢筋。本讲稿第十三页,共三十五页2.4.7 2.4.7 柱
11、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跨中中三个控制截面。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 吊装方法有翻身吊吊装方法有翻身吊(a)和平吊)和平吊(b)两种。两种。平吊较为方便,当采用平吊较为方便,当采用平吊不满足承载力或裂平吊不满足承载力或裂缝宽度限值要求时,可缝宽度限值要求时,可采用翻身吊。采用翻身吊。本讲稿第十四页,共三十五页2.6 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
12、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要有有杯杯形形基基础础、高高杯杯基基础础和和桩桩基基础础等。等。基础的类型基础的类型本讲稿第十五页,共三十五页 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
13、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
14、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。本讲稿第十六页,共三十五页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
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