13.4 排架柱设计
单层厂房排架柱设计
柱的截面设计步骤为 : 确定柱的计算长度 ( l0 )→柱的配筋计算→柱的吊装验 算。 1．柱的计算长度
刚性屋盖单层厂房排架柱、露天ห้องสมุดไป่ตู้车柱和栈桥柱的计算长度
柱的类型
无吊车 厂房柱
单跨 两跨及多跨
有吊车 厂房柱
上柱 下柱
露天吊车柱和栈桥柱
排架方向
1.5H 1.25H 2.0Hu 1.0Hl 2.0Hl
竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离，考虑
安装偏差20mm。当安装偏差后的竖向力作用点
仍位于柱截面以内时，a=0
。
3. 牛腿的配筋计算与构造 牛腿的计算简图
❖斜截面受弯承载力计算及纵筋构造
As
Fv a 0.85 fyh0
1.2
Fh fy
式中 Fv——作用在牛腿顶部的竖向力设计值 ; Fh——作用在牛腿顶部的水平拉力设计值。 《 规范》规定 :当 a < 0.3 h0时 ,取 a = 0.3 h0。
压区砼压碎。 ❖斜压破坏 （b、c图） 当a /h0=0.1~0.75时，随着荷载增加，斜裂缝②外 侧整个压杆范围内出现大量短小斜裂缝，最终形成一
条通长斜裂缝而破坏，此时受拉钢筋达到屈服强度。
❖剪切破坏 （d、e图） 当a /h0＜0.1时，牛腿与下柱的交接面上出现一
系列短而细的斜裂缝，最后牛腿沿此裂缝从柱上切下
牛腿的应力状态
第三章 单层厂房结构
裂缝出现与开展阶段 ： 试验表明，当荷载达到极限荷载的20%~40%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缝（裂缝①），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40%~60%时，在加载垫板内侧附 近出现一条斜裂缝（裂缝②），其方向大体与主压应力轨 迹线平行。
《排架柱设计》课件
3
应力计算
通过应力分析，评估排架柱在承受荷载时的受力情况，确保结构的安全性。
排架柱的变形和挠度计算
排架柱在承受荷载后会发生一定的变形和挠度。通过结构力学计算，预测和控制排架柱的变形和挠度， 以确保建筑物的稳定性和舒适性。
排架柱的稳定性分析
排架柱的稳定性是指在受到外力作用时，能够保持稳定的能力。通过结构分 析和计算，评估排架柱的稳定性，确保建筑物的结构安全。
《排架柱设计》PPT课件
排架柱是在建筑结构中起支撑作用的重要组成部分。本课件将介绍排架柱的 设计原理、应力分析和稳定性分析等内容，帮助您了解和掌握排架柱设计的 关键要筑物荷载的结构元素。它能够提供稳定和可 靠的支持，确保建筑物的结构安全。
排架柱的作用不仅限于承重，还可以规划和组织空间，为建筑物提供适当的 通风和采光条件。
排架柱设计的重要性
1 结构稳定性
合理设计的排架柱可以保证建筑物的结构稳定性，防止发生倒塌和垮塌等安全事故。
2 空间规划
通过合理布置排架柱，可以优化建筑内部空间的利用和功能布局。
3 节约成本
合理设计的排架柱可以减少材料的使用量，降低建筑成本，提高施工效率。
排架柱的结构和材料选择
钢排架柱
钢排架柱具有高强度、耐腐蚀 和抗震性能，适用于大型建筑 和重要设施。
混凝土排架柱
混凝土排架柱具有较好的耐火 性和耐久性，适用于一般建筑 结构。
木排架柱
木排架柱具有轻质、施工方便 和环保的特点，适用于轻型建 筑。
排架柱设计的应力分析
1
荷载分析
根据建筑物的设计荷载，计算排架柱承受的力和压力分布。
2
截面设计
根据力学原理，确定排架柱的截面形状和尺寸，使其能够承受设计荷载。
排架柱施工方案
排架柱施工方案排架柱施工方案一、项目背景排架柱是建筑工程中常用的一种支撑结构，用于承载和固定建筑物的横梁和楼板。
本施工方案针对某高层建筑项目的排架柱施工进行规划和安排。
二、施工内容1. 排架柱的布置：根据设计要求和施工图纸，确定排架柱的位置和数量，并进行标注。
同时，根据施工进度和物料供应情况，合理安排排架柱的施工顺序。
2. 材料准备：根据设计要求和施工图纸，准备所需的钢筋、混凝土和其他施工材料。
3. 钢筋加工：按照设计要求，对钢筋进行加工和整理，并进行编号和堆放，方便运输和施工使用。
4. 混凝土浇筑：按照排架柱的布置和钢筋的位置，使用混凝土泵或搅拌车将混凝土输送到施工现场，并进行浇筑。
在浇筑过程中，注意控制混凝土的流动性和浇筑速度，确保浇筑质量和柱体的整体一致性。
5. 后续处理：在浇筑完成后，对排架柱进行必要的养护和铣刨处理，以确保柱体的平整度和表面质量。
三、施工组织与措施1. 施工组织：建立专门的施工组织机构和施工班组，明确各岗位职责和施工任务，确保施工效率和质量。
2. 安全措施：制定安全施工方案，对施工人员进行安全教育和培训，提供必要的个人防护装备。
同时，建立安全监测和应急预案，及时处理施工现场的安全问题。
3. 质量控制：制定施工质量管理计划，明确施工要求和检查标准。
对施工过程进行现场检查和验收，及时发现和处理质量问题。
4. 进度控制：编制详细的施工进度计划，并进行合理调整和安排。
同时，加强与供应商和其他施工单位的沟通，协调物资供应和工程进度之间的关系。
5. 环境保护：对施工现场进行规划和保护，减少对周边环境的影响。
及时清理施工垃圾，并进行分类处理和回收利用。
四、质量与安全风险分析1. 质量风险：钢筋加工和混凝土浇筑过程中，如果加工不规范或浇筑不均匀，可能导致柱体的质量不达标，严重的话甚至会影响建筑物的安全性。
2. 安全风险：混凝土浇筑过程中，可能发生泥浆坍塌、车辆碾压等意外事故。
同时，因排架柱施工需要人员在高处操作，存在坠落和碰撞的危险。
厂房排架计算
备 注厂房跨度11.9m排架间距9.0m上柱截面b 0.5m上柱截面h 0.5m上柱高L1 3.65m下柱截面b 0.5m下柱截面h 0.8m下柱高L213.71m吊车梁高度H 1.2m吊车梁腹板B 0.18m吊车梁翼缘宽b'0.5m吊车梁翼缘高h'0.15m吊车梁长度l 9.0m吊车最大轮压Pmax 180.0KN吊车最大轮压Pmin 54.0KN轮距K 4.4m吊车最大起重量320.0KN小车重g 109.0KN轨道高度0.14m最大风速22.0m/s风压高度变化系数μz 1.14标高15m1.001.0钢筋砼容重25.0KN/m 3（一）荷载的基本数据一、设计资料永久荷载荷载分向系数可变荷载荷载分向系数二、排架的荷载计算水泥砂浆容重20.0KN/m3砖墙容重18.0KN/m3门窗自重0.4KN/m2钢轨及垫层等重0.6KN/m钢结构屋顶自重 3.0KN/m2屋面活荷载0.5KN/m2屋面积水荷载 2.5KN/m屋面积灰荷载0.5KN/m2（二）恒荷载1、屋盖部分传来的恒载P1pP1p＝183.2KN2、柱自重（上柱P2p和下柱P3p）上柱P2p＝22.8KN下柱P3p＝137.1KN3、砼吊车梁及轨道自重P4pP4p＝64.8KN（三）活荷载1、屋盖部分传来的活荷载P1QP1Q＝53.6KN作用位置同P1p 2、吊车荷载(1)竖向吊车荷载Dmax＝272.0KNDmin=81.6KN(2)水平吊车荷载每个轮子水平刹车力T10.7KNTmax＝16.2KN(3)风荷载基本风压ω00.3KN/m2q1＝ 2.5KN/mq2＝ 1.6KN/m三、内力计算(一)恒载作用下的排架内力1、由P1p产生的弯矩和轴力M11＝18.3KN·m↙↖M12＝45.8KN·m↙↖I U=bh3/12 5.2E+09mm4I1=bh3/12 2.1E+10mm4n=I U/I10.244λ＝L1/(L1+L2)0.21C1= 1.658R11= 1.7KN→C3= 1.394R12= 3.7KN→N1=183.2KNR1= 5.4KN→2、由柱自重产生的弯矩和轴力(1)上柱上柱P2p＝22.8KNM22＝ 5.7KN·m↙↖N2=22.8KNR2=0.5KN→(2)下柱下柱P3p＝137.1KN只产生轴力，不产生弯矩。
排架柱设计
当有剪力、法向压力和弯矩共同作用时,应取按下列两公式计算结果的较大值:
工程结构
牛腿的挑出长度c按支承条件确定(见图),一般应使c1≥70mm;否则,会影响牛腿的局部承 压能力,并易使牛腿外边缘的混凝土剥落。
排架柱设计
牛腿的外形与钢筋配置
排架柱设计牛腿的纵向受力钢筋由随竖向力所需的受拉钢筋和承受水平拉力所需的水平钢筋组成, 钢筋的总截面面积As应按下列公式计算
1.4 牛腿与预埋件设计
单层工业厂房排架柱一般都带有短悬臂(俗称“牛腿”),以支承吊车梁、屋架及连系梁等; 并设有预埋件,以便与这些构件进行连接[图 (a)~ (c)]。
厂房柱上常见的几种牛腿形式
排架柱设计
1.牛腿的受力特点、破坏形态与计算简图
所谓“牛腿”是指其上荷载Fv的作用点至下柱 边缘的距离a≤h0(h0为短悬臂与下柱交接处垂直截面 的有效高度)的短悬臂,其受力性能与一般的悬臂梁不 同,是一个“变截面深梁”。从图的实验结果可以看 出,在牛腿上部,主拉应力的方向基本上与牛腿的上表 面平行,而且分布也比较均匀。主压应力则主要集中 在从加载点到牛腿下部转角点的连线附近。
工程结构
排架柱设计
1.1 排架柱的二阶效应
排架结构,特别是工业厂房排架结构的荷载作用复杂,其二阶效应规律有待详细探讨。到 目前为止,国内已完成的分析研究工作尚不足以提出更为合理的考虑二阶效应的设计方法,故继 续沿用2002版《混凝土规范》中的η-l0法考虑排架结构的P-Δ 效应。
《混凝土规范》规定,排架结构柱考虑二阶效应的弯矩设计值可按下列公式计算为
排架柱设计
1.2 排架柱计算长度
单层工业厂房铰接排架柱的计算长度l0是按弹性稳定理论分析确定的,见表。表中对有吊 车厂房的计算长度,是假定柱顶为不动铰支承确定的。
地下室结构施工方案
地下室结构施工方案第一节13.1地下室结构概况(1)地下结构包括主楼、裙楼地下室三层，总建筑面积为110577m2o(2)地下室各层由下往上层高分别为4.5m、4.5m、6m o主楼区域为内筒外框(劲性)结构、其他地下室区域为框架结构，地下3层局部为人防区域。
混凝土强度：主楼区域墙柱C60、梁板C30；其他地下室区域墙柱C40、梁板C30；地下室外墙及顶板为抗渗P8。
(3)主楼地下室核心筒外围19根框架柱从地下2层开始为劲性柱,尺寸为1400x1600mm、1200x1600mm、1200x1200mm；核心筒墙体转角处从承台开始设置米字型劲性暗柱；裙楼部位为钢筋硅框架柱。
(4)主楼核心筒内梁为劲性梁，截面尺寸为1200×1500mm.800X150Omn1、600×1000mm.600×800mm o主楼其他部位和裙楼为钢筋聆框架梁。
(5)地下二层裙楼区域结构梁、楼板设计缺失。
第二节13.2地下室结构施工流程地下室结构施工采用顺做法，原则上按照拆一道支撑做一层结构进行。
具体施工流程如下:第三节13.3钢筋施工方案(1)认真审图，如果结构局部钢筋过密，难以保证施工质量时，应事先提请设计部门作相应的代换修改及采取技术措施，确保施工质量。
(2)按施工进度，分阶段向施工班组进行施工交底，内容包括绑扎次序，钢筋规格，间距位置，保护层垫块，搭接长度与错开位置,以及弯钩形式等质量要求。
(3)为保证钢筋保护层的正确性，钢筋垫块拟采用定制专用尼龙钢筋垫块。
⑷所用的钢筋应具有出厂质量保证书，对各钢厂的材料均应进行抽样试验，并应附有抽样报告，不得未经试验盲目使用。
(5)弯曲的钢筋应校正后方可使用，但不得采用预热法校直，沾染油渍和污泥的钢筋必须清洗干净后方可使用。
(6)在钢筋绑扎过程中如发现钢筋与埋件或其它设施相碰时，应会同有关人员研究处理，不得任意弯、割、拆、移。
(7)墙、柱竖向主筋接头：直径大于20mm采用徽粗直螺纹接头;其余采用搭接绑扎。
排架柱设计
l0 －－排架柱的计算长度，按表3.14采用； h 、 h0 －－分别为所考虑弯曲方向柱的截面高度与截面有效高度；
A －－柱的截面面积，对工形截面取 A＝bh 2(bf b)hf 。
排架柱 设计
10
混凝土结构设计 concrete structure design
3.4.3柱裂缝宽度验算 裂缝宽度验算属于正常使用极限状态的验算，应在无地震作用时柱内力组合表中选取最不利
最外边的一排钢筋参与工作。
当采用一点起吊时， 吊点一般设置在牛腿根 部变截面处，在柱的自 重作用下为受弯构件， 其计算简图和弯矩图， 见右图。
一般取上柱柱底、牛 腿根部和下柱跨中三个 控制截面进行验算。
排架柱 设计
12
混凝土结构设计 concrete structure design
①验算内容：承载 力和裂缝宽度；
1.5H
1.0H
无吊车厂房柱
两跨及多跨
1.25H
1.0H
1.2H 1.2H
有吊车厂房柱
上柱 下柱
2.0Hu 1.0Hl
1.25Hu 0.8Hl
1.5Hu 1.0Hl
露天吊车柱和栈桥柱
2.0Hl
1.0Hl
－
注：①表中H为从基础顶面算起的柱子全高；Hl为从基础顶面至装配式吊车梁底面或现浇式吊车梁顶面的柱
【例3.6】某钢筋混凝土预制柱，见图3.52，结构安全等级为二级，采用翻身吊，吊点设在 牛腿下部，起吊时，混凝土达到设计强度C30的70%。上柱、牛腿和下柱的自重分别为15.60kN
、 7.0kN 和 42.43kN ； 纵 筋 采 用 HRB400 级 （ f y f y 360N / mm2 ）； 上 柱 截 面 尺 寸 b h 400mm 400mm ， 配 筋 为 As As 763 mm 2 (3C 18) ； 下 柱 为 工 形 截 面 bf h b hf 400mm 800mm 120 mm 150 mm ，配筋为 As As 1272 mm 2 (5C 18) ； as as 40mm ，要求进行吊装承载力验算。
单层厂房排架柱课程设计
单层厂房排架柱课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握单层厂房排架柱的基本概念、分类及结构特点。
2. 使学生了解单层厂房排架柱的受力分析及其在工程中的应用。
3. 引导学生掌握单层厂房排架柱的设计原则和计算方法。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行单层厂房排架柱结构设计的能力。
2. 提高学生运用绘图工具（如CAD）进行排架柱施工图绘制的能力。
3. 培养学生分析工程案例，解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对建筑结构工程的兴趣，激发学生探索精神。
2. 培养学生的团队协作意识，提高沟通与交流能力。
3. 引导学生关注建筑行业的发展，树立正确的职业观念。
课程性质：本课程为专业实践课程，强调理论知识与实际工程相结合。
学生特点：学生具备一定的建筑结构基础知识，具有较强的学习兴趣和动手能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为将来的职业生涯打下坚实基础。
二、教学内容1. 单层厂房排架柱基本概念：介绍排架柱的定义、作用及其在单层厂房结构中的重要性。
教材章节：第二章第二节2. 排架柱的分类及结构特点：分析各种类型排架柱的结构形式、受力特点及工程适用性。
教材章节：第二章第三节3. 排架柱受力分析：讲解排架柱在荷载作用下的内力计算方法及稳定性分析。
教材章节：第三章第一节4. 排架柱设计原则及计算方法：阐述排架柱设计的基本原则，介绍相关规范及计算方法。
教材章节：第三章第二节5. 排架柱结构设计实例：分析典型单层厂房排架柱设计案例，使学生掌握实际操作流程。
教材章节：第四章6. 排架柱施工图绘制：教授利用CAD等绘图工具进行排架柱施工图的绘制方法。
教材章节：第五章7. 工程案例分析：分析实际工程案例，培养学生解决实际问题的能力。
教材章节：第六章教学内容安排与进度：本课程共计16课时，按以下进度进行教学：1. 基本概念及分类（2课时）2. 结构特点及受力分析（4课时）3. 设计原则及计算方法（4课时）4. 设计实例及施工图绘制（3课时）5. 工程案例分析及讨论（3课时）三、教学方法1. 讲授法：通过系统的讲解，使学生掌握单层厂房排架柱的基本概念、分类、结构特点及设计原则。
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2
排架结构的P-∆效应和柱的P-δ效应合并计算：
1 l0 2 ηs = 1 + ( ) ζ 1500 (e0 + ea ) h h0
M max ns M 0
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
（2）柱吊装阶段的验算
柱吊装验算应满足：承载力要求 裂缝宽度要求 ①一般采用单点绑扎起吊，吊点设在变阶处； ②吊装时柱的混凝土强度一般达70%即可； ③考虑起吊的振动影响，柱的自重荷载应乘以动力系数1.5; ④吊装承载力验算时，结构构件重要性系数可较其使用阶段 安全等级降低一级取用； ⑤当柱中配筋能满足吊装承载力和裂缝宽度要求时，宜采 用平吊，否则考虑翻身吊。
当a＜0.3h0→取a=0.3h0 Fv、Fh — 分别为牛腿顶部的竖向力和水平拉力设计值。
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
3）斜截面承载力 设计时只要牛腿中保证必要的箍筋和弯筋，斜截面承载力即 可得到保证，不必做斜截面承载力计算。箍筋和弯筋详见构造
要求。
3、牛腿配筋构造要求 1）牛腿几何尺寸要求； 2）牛腿内纵筋构造要求；P.136 3）水平箍筋和弯筋的构造要求：
As minbh
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
本章要点
1 、了解排架柱截面的一般形式、掌握排架柱计算长度的计 算方法； 2、了解排架柱的吊装方法及相应的吊装验算计算简图；
3、掌握牛腿内一般需要配置哪几种钢筋，如何确定？
作业：P.162 19.1
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
第四节 单层厂房柱
一、柱的形式
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
为便于厂房的定型化，设计时可按柱截面高度选截面，其形式有： h≤600mm →矩形 H=600~800mm →矩形或工字型 H=900~1400mm →工字型 H＞1400mm →双肢柱
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
l =9550
l =550 l =3900
x=3870
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
承载力验算：
0 M max Mu As f y (h0 a's )
As
Mu f y ( h0 a ' s )
裂缝宽度验算：通过控制钢筋应力和直径的办法间接控制裂缝
a—竖向力的作用点至下柱边缘的水平距离，这时应考虑安装偏差20mm；
竖向力的作用点位于下柱截面以内时，取a＝0；
h0—牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度，取h0＝h一as； b—牛腿宽度
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
2 l l/
l/
6
F VS (F V ) F nS (F n ) As
>l a
A sh
Asb
a c
15 0m m
排架计算
h h
0
h
1
a
s
α
第十三章
单层工业 厂房
满足上式要求时，牛腿出现的微裂缝宽≤0.1mm.
为防止牛腿沿加载板内侧发生非根部受拉破坏，牛腿尺寸应满足：
h h1 3 200 mm
c1
45
C1 70mm，一般为 70 ~ 100mm
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
2、牛腿承载力计算
1）计算简图
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
2）正截面承载力计算
由计算简图 ∑M=0 得：
Fv a Fh ( z as ) f y As z
近似取Z=0.85h0、且as/Z≈0.2 则得：
Fv a Fh As 1.2 min， 0.6% 0.85 f y h0 fy
s
Mk 0.87h0 As
s
Mk---吊装阶段最大弯矩标准值
[s]----不需裂缝宽度验算的钢筋最大允许应力。直径20，ρte为 排架计算 0.3%允许应力为210MPa左右。
第十三章
单层工业 厂房
三、牛腿设计
分： 长牛腿--- a > h0 ——按悬臂梁设计 短牛腿--- a ≤ h0 ——为一变截面深梁，
二、矩形、工字形截面柱的设计 （一）确定截面尺寸b、h 见P145表12-3
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
（二）截面设计（使用阶段截面配筋计算，施工阶段验算）
（1）设计阶段配筋计算要点
内力组合的取舍 ±Mmax及相应的N、V； Nmax及相应的M、V； Nmin及相应的M、V。 柱的计算长度：将上下柱分别计算（P.128表19-2）
1、确定截面尺寸 设计时根据经验先假定牛腿高度，再按下式验算：
FVk
Fhk f tk bh0 (1 0.5 ) Fvk 0.5 a h0
Fvk—作用于牛腿顶面按短期荷载效应计算的竖向荷载标准值； Fhk—作用于牛腿顶面按短期荷载效应计算的水平荷载标准值。
— 裂缝控制系数：对支撑吊车梁的牛腿，取 0.65，对其它牛腿，取 0.80；
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
（二）截面设计（设计阶段截面配筋计算，施工阶段验算）
（1）设计阶段配筋计算要点 框架结构的P-∆效应和柱的P-δ效应分别计算：
M max = 7 + 0.3 ≥ 0.7 M2
1 l0 1 (e02 ea ) h c 1300 h0
受力性能与普通悬臂梁不同。
← 弹性阶段应力状态 混凝土开裂前牛腿中的应力状态 基本上处于弹性阶段。
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
750 400 b/2 c1 b/2 c1
750
750 b/2 c1
300300
100 450 h1
500 450
h
h1
900
C
C
500 500
C
A
B
(a)
(b)
排架计算
h
α
第十三章
单层工业 厂房
（一）牛腿的破坏形态： 1）纯剪破坏：a/h0＜0.1；（如图a） 2）斜压、斜拉破坏： a/h0=0.1~0.75（如图b、c） 3）弯压破坏： a/h0＞0.75 （图d ） 4 ）局部受压破坏
(a)
(b)
(c)
(d)
排架计算
第十三章
单层工业 厂房
（二）牛腿的设计：