第三章單層廠房結構3.4排架柱設計排架柱設計的設計內容：確定柱的外形尺寸（包括上柱高、下柱高、橫截面尺寸、牛腿尺寸等）選擇柱的型式柱截面配筋設計牛腿設計連接構造設計第三章單層廠房結構3.4排架柱設計3.4.1柱截面配筋設計（1）截面配筋計算在對柱進行受壓承載力計算或驗算時，柱的偏心距增大系數

或穩定系數

與柱的計算長度有關?！痘炷两Y構設計規范》根據單層廠房的實際支承及受力特點，結合工程經驗所給出的計算長度。

剛性屋蓋單層廠房排架柱、露天吊車柱和棧橋柱的計算長度柱的類型排架方向垂直排架方向有柱間支撐無柱間撐無吊車廠房柱單跨1.5H1.0H1.2H兩跨及多跨1.25H1.0H1.2H有吊車廠房柱上柱2.0Hu1.25Hu1.5Hu下柱1.0Hl0.8Hl1.0Hl露天吊車柱和棧橋柱2.0Hl1.0Hl－一、使用階段計算第三章單層廠房結構（2）構造要求

柱的混凝土強度等級不宜低于C20，縱向受力鋼筋直徑d不宜小于12mm，全部縱向鋼筋的配筋率不宜超過5%。

柱內縱向鋼筋的凈距不應小于50mm；對水平澆筑的預制柱，其上部縱向鋼筋的最小凈間距不應小于30mm和1.5d(為鋼筋的最大直徑)，下部縱向鋼筋的最小凈間距不應小于25mm和d。偏心受壓柱中垂直于彎矩作用平面的縱向受力鋼筋以及軸心受壓柱中各邊的縱向受力鋼筋，其中距不宜大于300mm。3.4排架柱設計第三章單層廠房結構主要是柱的吊裝驗算

柱在其自重作用下為受彎構件，其計算簡圖和彎矩圖如圖所示，一般取上柱柱底、牛腿根部和下柱跨中三個控制截面。

柱的吊裝方式及計算簡圖3.4排架柱設計①荷載取柱自重標準值，并乘以動力系數1.5；②柱的混凝土強度一般按設計強度的70%考慮；③因吊裝驗算是臨時性的，故構件安全等級可較其使用階段的安全等級降低一級。二、施工階段驗算第三章單層廠房結構一、牛腿的分類3.4.2牛腿設計

在廠房結構鋼筋混凝土柱中，常在其支承屋架、托架、吊車梁和連系梁等構件的部位，設置從柱側面伸出的短懸臂，稱為牛腿。牛腿按承受的豎向力作用點至牛腿根部柱邊緣水平距離的不同分為兩類：

時為長牛腿，按懸臂梁進行設計；

時為短牛腿，是一個變截面短懸臂深梁。3.4排架柱設計第三章單層廠房結構

試驗研究表明，從加載至破壞，牛腿大體經歷彈性、裂縫出現與開展和最后破壞三個階段。

彈性階段：通過環氧樹脂牛腿模型的光彈試驗，得到了主應力跡線。牛腿的應力狀態二、牛腿的受力

3.4排架柱設計第三章單層廠房結構裂縫出現與開展階段(見教材107頁圖3.42)

：試驗表明，當荷載達到極限荷載的20%~40%時，由于上柱根部與牛腿交界處的主拉應力集中現象，在該處首先出現自上而下的豎向裂縫，裂縫細小且開展較慢，對牛腿的受力性能影響不大；當荷載達到極限荷載的40%~60%時，在加載墊板內側附近出現一條斜裂縫，其方向大體與主壓應力軌跡線平行。

3.4排架柱設計第三章單層廠房結構破壞階段：隨a/h0值的不同，牛腿主要有以下幾種破壞形態：

彎壓破壞：如圖(a)

剪切破壞：如圖（d）斜壓破壞：如圖(b)(c)3.4排架柱設計

牛腿的破壞形態第三章單層廠房結構3.4排架柱設計彎壓破壞當1＞a

/h0＞0.75時，且縱向鋼筋配筋率較低時，隨著荷載增加縱向鋼筋應力不斷增加最終受拉鋼筋屈服，牛腿下部與柱相交的受壓區砼壓碎。防止措施：合理的牛腿截面尺寸，并進行牛腿正截面承載力計算，配置一定的牛腿受拉鋼筋。第三章單層廠房結構3.4排架柱設計斜壓破壞當a

/h0=0.1~0.75時，隨著荷載增加，整個壓桿范圍內出現大量短小斜裂縫，裂縫貫通后，混凝土壓碎，或形成一條通長斜裂縫而破壞。防止措施：足夠的截面尺寸。第三章單層廠房結構3.4排架柱設計剪切破壞

當a

/h0＜0.1時，牛腿與下柱的交接面上出現一系列短而細的斜裂縫，最后牛腿沿此裂縫從柱上切下而破壞。防止措施：滿足必要的截面構造尺寸要求；因剪切破壞承載力很高，配筋只需按構造要求。另外，當加載墊板過小時，還可能發生局部受壓破壞。第三章單層廠房結構（1）牛腿幾何尺寸的確定

牛腿的截面寬度與柱寬相同。牛腿截面高度通常根據斜截面抗裂條件進行驗算：式中Fvk、Fhk——分別為作用于牛腿頂部按荷載效應標準組合計算的豎

β——裂縫控制系數；

a——豎向力的作用點至下柱邊緣的水平距離向力和水平拉力值；b——牛腿寬度；

h0——牛腿與下柱交接處的垂直截面有效高度。3.4排架柱設計三、牛腿的設計計算

第三章單層廠房結構

牛腿尺寸及配筋3.4排架柱設計還應滿足構造尺寸的要求牛腿外邊緣高度h1≥200mm且≥h/3，一般取h1＝200～300mm；牛腿下邊緣傾角α≤45°

第三章單層廠房結構（2）牛腿的正截面承載力計算計算簡圖：試驗研究表明，牛腿在豎向力和水平拉力作用下，其受力特征可以用由牛腿頂部水平縱向受力鋼筋為拉桿和牛腿內的斜向受壓混凝土為壓桿組成的三角桁架模型來描述。

牛腿的計算簡圖3.4排架柱設計第三章單層廠房結構縱向受力鋼筋計算：在豎向力設計值Fv和水平拉力設計值Fh共同作用下，通過對A點取力矩平衡可得：近似取，，則由上式可得縱向受力鋼筋總截面面積As為式中

Fv、Fh——分別為作用在牛腿頂部的豎向力設計值和水平拉力設計值；

a——意義同前，當a<0.3h0時，取a=0.3h0；

fy——為縱向受拉鋼筋強度設計值。

3.4排架柱設計第三章單層廠房結構牛腿配筋構造構造要求：3.4排架柱設計縱向受拉鋼筋：鋼筋數量不宜少于4根，直徑不宜小于12mm，配筋率不宜大于0.6%，不應小于0.2%及0.45ft/fy。第三章單層廠房結構

水平箍筋及彎起鋼筋在牛腿的截面尺寸滿足公式的抗裂條件后，可不進行斜截面受剪承載力計算，只需按下述構造要求設置水平箍筋和彎起鋼筋。

水平箍筋的直徑應取6-12mm，間距100-150mm，且在上部2h0/3范圍內的水平箍筋總截面面積不應小于承受豎向力的受拉鋼筋截面面積的1/2。當牛腿的剪跨比a/h0≥0.3時，宜設置彎起鋼筋。縱向受拉鋼筋不得兼作彎起鋼筋。彎起鋼筋的錨固同縱向受力鋼筋。3.4排架柱設計第三章單層廠房結構4抗風柱的設計

抗風柱承受山墻傳來的風荷載，其外邊緣與廠房橫向封閉軸線重合，離屋架中心線600mm。為了避免抗風柱與端屋架相碰，應將抗風柱的上部截面高度適當減小，形成變截面柱。抗風柱計算簡圖（1）抗風柱尺寸的確定

抗風柱截面尺寸除了滿足有關截面尺寸的限值外，上柱截面尺寸不宜小于350mm×300mm，下柱截面高度不宜小于600mm?？癸L柱的柱頂標高應低于屋架上弦中心線50mm；同時抗風柱變階處的標高應低于屋架下弦底邊200mm。

3.4排架柱設計第三章單層廠房結構（2）計算簡圖及內力分析抗風柱頂部一般支承在端屋架的上弦節點處，支承點可視為不動鉸支座；

柱底部固定于基礎頂面；當屋架下弦設有橫向水平支撐時，抗風柱亦可與屋架下弦相連接，作為抗風柱的另一個不動鉸支座；當在山墻內側設置水平抗風梁或抗風桁架時，則抗風梁（或桁架）也為抗風柱的一個支座。

由于山墻的重量一般由基礎梁承受，故抗風柱主要承受風荷載，若忽略抗風柱自重，則可按變截面受彎構件進行設計。當山墻處設有連系梁時，則抗風柱可按變截面的偏心受壓構件進行設計。4抗風柱的設計3.4排架柱設計第三章單層廠房結構3.5柱下獨立基礎設計

§3.5

柱下單獨基礎設計1基礎的分類與設計內容(1)柱下獨立基礎（擴展基礎）根據其受力性能可分為：軸心受壓基礎偏心受壓基礎(2)基礎的設計內容：基礎的形式；埋置深度；

底面尺寸；

基礎高度；

底板的配筋計算；對一些重要的建筑物或土質較為復雜的地基，尚應進行變形或穩定性驗算；

當獨立基礎的混凝土強度等級小于柱的混凝土強度等級時，尚應驗算柱下獨立基礎頂面的局部受壓承載力。第三章單層廠房結構3.5柱下獨立基礎設計2基礎底面尺寸

（1）軸心荷載作用下的基礎：在軸心荷載作用下，基礎底面的壓力為均勻分布，設計時應滿足：

軸心受壓基礎壓力分布

若基礎的埋置深度為d，基礎及其上填土的平均重度為,則，可得基礎底面面積為：

第三章單層廠房結構3.5柱下獨立基礎設計

（2）偏心荷載作用下的基礎：在偏心荷載作用下，基礎底面的壓力為線性分布。

偏心受壓基礎壓力分布2基礎底面尺寸第三章單層廠房結構3.5柱下獨立基礎設計基礎底面邊緣的壓力可按下式計算：取，并將代入，可將基礎底面邊緣的壓力值寫成如下形式：2基礎底面尺寸第三章單層廠房結構3.5柱下獨立基礎設計在偏心荷載作用下，基礎底面的壓力值應符合下式要求：

在確定偏心荷載作用下基礎的底面尺寸時，一般采用試算法。首先按軸心荷載作用下初步估算基礎的底面面積；再考慮基礎底面彎矩的影響，將基礎底面積適當增加（20-40）%，初步選定基礎底面的邊長l和b，計算偏心荷載作用下基礎底面的壓力值，然后驗算是否滿足要求；如不滿足，應調整基礎底面尺寸重新驗算，直至滿足為止。2基礎底面尺寸第三章單層廠房結構3.5柱下獨立基礎設計3基礎高度驗算

獨立基礎的高度除應滿足構造要求外，還應根據柱與基礎交接處以及基礎變階處混凝土的受沖切承載力計算確定。基礎沖切破壞示意圖第三章單層廠房結構3.5柱下獨立基礎設計《建筑地基基礎設計規范》規定，對矩形截面柱的矩形基礎，柱與基礎交接處以及基礎變階處的受沖切承載力應按下列公式驗算：

3基礎高度驗算第三章單層廠房結構3.5柱下獨立基礎設計基礎的受沖切承載力截面位置3基礎高度驗算第三章單層廠房結構3.5柱下獨立基礎設計4基礎底板配筋

獨立基礎底板的受力狀態可看作在地基土反力作用下支承于柱上倒置的變截面懸臂板。基礎底板配筋采用地基土凈反力。

(1)

軸心荷載作用下的基礎：將基礎底板劃分為四個區塊，每個區塊都可看作是固定于柱邊的懸臂板，且區塊之間無聯系?；A底板配筋計算圖第三章單層廠房結構3.5柱下獨立基礎設計

由于長邊方向的鋼筋一般置于沿短邊方向鋼筋的下面，此處若假定b方向為長邊，故沿長邊b方向的受力鋼筋截面面積，可近似按下式計算：

如果基礎底板兩個方向受力鋼筋直徑均為d，則截面Ⅱ－Ⅱ的有效高度為，故沿短邊l方向的受力鋼筋截面面積為：4基礎底板配筋第三章單層廠房結構3.5柱下獨立基礎設計

(2)偏心荷載作用下的基礎：當偏心矩小于或等于1/6基礎寬度時，沿彎矩作用方向在任意截面Ⅰ－Ⅰ處，及垂直于彎矩作用方向在任意截面Ⅱ—Ⅱ處相應于荷載效應基本組合時的彎矩設計值可分別按下列公式計算：

當按上式求得彎矩設計值、后，其相應的基礎底板受力鋼筋截面面積可近似地按軸心受壓公式進行計算。4基礎底板配筋第三章單層廠房結構3.5柱下獨立