当偏心受压柱的截面高度h≥600mm时，在侧面应设置直径不于10mm的纵向构造钢筋，并相应地设置复合箍筋或拉筋。当柱截面短边尺寸大于400mm且纵向钢筋多于3根时，或当柱截面短边尺寸不大于400mm且各边纵向钢筋多于4根时，应设置复合箍筋。......
2023-08-30
柱截面设计-混凝土结构设计成果
【摘要】：对下柱，截面的有效高度取h0=mm=860mm，则大偏心受压和小偏心受压界限破坏时对应的轴压力为Nb=α1fc[bh0ξb+hf′]=1.0×14.3×[100×860×0.518××150]kN=1280.54kN当N≤Nb=1280.54kN时，为大偏心受压；由表3-15～表3-17可见，下柱Ⅱ—Ⅱ和Ⅲ—Ⅲ截面共有24组不利内力。由表3-5查得有起重机厂房排架方向上柱的计算长度为lc=l0=2×3.9m=7.8m；由表3-12可计算得出上柱截面的回转半径i=115.4mm。则M=ηsM2=kN·m=118.52kN·m故取x=2as′进行计算。
仍以A柱为例，混凝土强度等级为C30，fc=14.3N/mm2，ftk=2.01N/mm2；纵向钢筋采用HRB400级，fy=fy′=360N/mm2，ξb=0.518，上、下柱均采用对称配筋。
1.选取控制截面最不利内力
对上柱，截面的有效高度取h0=（400-40）mm=360mm，则大偏心受压和小偏心受压界限破坏时对应的轴向压力为Nb=α1fcbh0ξb=（1.0×14.3×400×360×0.518）kN=1066.67kN。
当N≤Nb=1066.67kN时，为大偏心受压；由表3-15～表3-17可见，上柱Ⅰ—Ⅰ截面共有12组不利内力，经判别，其中8组内力为大偏心受压；4组内力为小偏心受压，且均满足N≤N≤Nb=1066.67kN，故小偏心受压均为构造配筋。对8组大偏心受压内力，按照“轴力越小越不利；轴力相差不多时，弯矩越大越不利”的原则，可确定上柱的最不利内力为
表3-14 各种荷载单独作用下A柱各控制截面内力标准值汇总表
注：M单位为kN·m，N单位为kN，V单位为kN。
表3-15 A柱荷载效应组合表（一）
注：M单位为kN·m，N单位为kN，V单位为kN。
表3-16 A柱荷载效应组合表（二）
注：M单位为kN·m，N单位为kN，V单位为kN.
表3-17 A柱荷载效应组合表（三）
注：M单位为kN·m，N单位为kN，V单位为kN。
对下柱，截面的有效高度取h0=（900-40）mm=860mm，则大偏心受压和小偏心受压界限破坏时对应的轴压力为
Nb=α1fc[bh0ξb+（bf′-b）hf′]
=1.0×14.3×[100×860×0.518×（400-100）×150]kN=1280.54kN
当N≤Nb=1280.54kN时，为大偏心受压；由表3-15～表3-17可见，下柱Ⅱ—Ⅱ和Ⅲ—Ⅲ截面共有24组不利内力。经判别，其中8组内力为大偏心受压；16组内力为小偏心受压，且均满足N≤Nb=1280.54kN，故小偏心受压均为构造配筋。对8组大偏心受压内力，采用与上柱Ⅰ—Ⅰ截面相同的分析方法，可确定下柱的最不利内力为
2.上柱配筋计算
由上述分析结果可知，上柱取下列最不利内力进行配筋计算，M1=0，M2=88.58kN·m，N=354.48kN。
由表3-5查得有起重机厂房排架方向上柱的计算长度为lc=l0=2×3.9m=7.8m；由表3-12可计算得出上柱截面的回转半径i=115.4mm。
经计算，lc/i=7800/115.4=67.59＞34-12M1/M2=34，因此应考虑附加弯矩的影响。
ea取20mm和h/30=400mm/30=13.3mm中的较大值，即ea=20mm。
则M=ηsM2=（1.338×88.58）kN·m=118.52kN·m
故取x=2as′进行计算。
选用3
18（As=763mm2），则
As=763mm2＞As，min=ρminbh=（0.2%×400×400）mm2=320mm2即截面一侧钢筋截面面积满足要求。经验算，满足最小总配筋率0.55%的要求。
由表3-5得垂直于排架方向上柱的计算长度l0=（1.25×3.9）m=4.875m，则l0/b=4875/400=12.19，φ=0.95。
Nu=0.9φ（fcA+fy′As′）=0.9×0.95×（14.3×400×400+360×763×2）N
=2425.94kN＞Nmax=434.07kN
满足弯矩作用平面外的承载力要求。
3.下柱配筋计算
由分析结果可知，下柱取下列两组为最不利内力进行配筋计算：
第（1）组
第（2）组
对第（1）组内力：M1=109.57kN·m，M2=422.65kN·m，N=923.68kN。
由表3-5可查得下柱计算长度取lc=l0=1.0Hl=8.9m；截面尺寸b=100mm，b′f=400mm，hf′=150mm。由表3-12可计算得出下柱截面的回旋半径i=322.8mm。
经计算，M1/M2=0.26＜0.9，轴压比为0.34＜0.9，且lc/i=8900/322.8=27.57＜34-12M1/M2=30.88，因此可不考虑附加弯矩的影响。
附加偏心距ea=900/30mm=30mm（大于20mm）
ei=e0+ea=（457.6+30）mm=487.6mm＞0.3h0=（0.3×860）mm=258mm
故为大偏心受压。先假定中和轴位于翼缘内，则
说明中和轴位于腹板内，应重新按下式计算受压区高度x：
对第（2）组内力：M1=-97.17kN·m，M2=384.87kN·m，N=457.73kN。计算方法与上述相同，计算过程从略，计算结果为As=As′=715mm2。
综合上述计算结果，下柱截面选用4
18（As=1018mm2），经验算，As=1018mm2＞As，min=ρmin[bh+（bf′-b）hf′]=0.2%×[100×900+（400-100）×150]mm2=270mm2，即截面一侧钢筋截面面积满足最小配筋率要求；同时，下柱截面配筋满足最小总配筋率0.55%的要求。按此配筋，验算表明柱弯矩作用平面外的承载力亦满足要求。
4.柱的裂缝宽度验算
《混凝土结构设计规范》规定，对钢筋混凝土构件，应采用荷载效应的准永久组合进行裂缝宽度验算；对e0/h0≤0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。
《建筑结构荷载规范》规定，不上人屋面活荷载与风荷载的准永久系数均为0；A5级起重机荷载的准永久系数为0.6。因此，在进行准永久组合时，只需组合恒载效应与起重机荷载效应（竖向与水平）即可。经计算、比较，对上柱和下柱，所选取的内力如下：
从而，
因此，对A柱可不必验算其裂缝宽度。
5.柱箍筋配置
非地震区的单层厂房柱，其箍筋数量一般由构造要求控制。根据构造要求，上、下柱均选用
8@200箍筋。
图3-75 牛腿尺寸简图
6.牛腿设计
根据吊车梁支承的位置、截面的尺寸及构造要求，初步拟定牛腿的尺寸如图3-75所示，其中牛腿截面宽度b=400mm，牛腿截面高度h=600mm，h0=560mm。
（1）牛腿截面高度验算 作用于牛腿顶面按荷载效应标准组合计算的竖向力为
Fvk=Dmax+G3=（462.25+44.30）kN=506.55kN
牛腿顶面无水平荷载，即为0。
对支撑吊车梁的牛腿，裂缝控制系数β=0.65，ftk=2.01N/mm2，a=（-150+20）mm=-130mm＜0，取a=0，由式（3-26）得
故牛腿截面高度满足要求。
（2）牛腿配筋计算 由于a=-130mm，因而该牛腿可按构造要求配筋。根据构造要求，As≥ρminbh=（0.002×400×600）mm2=480mm2。实际选用4
14（As=616mm2）。水平箍筋选用
8@100。
7.柱的吊装验算
采用翻身起吊，吊点设在牛腿下部，混凝土达到设计强度后起吊。当800mm≤hc=1000mm≤1000mm，可知柱插入杯口深度为h1=（0.9×900）mm=810mm且大于800mm，取h1=850mm，则柱吊装时总长度为（3.9+8.9+0.85）m=136.65m，计算简图如图3-76所示。
图3-76 柱吊装计算简图
（1）荷载计算 柱吊装阶段的荷载为柱自重重力荷载，且应考虑动力系数μ=1.5，即
q1=μγGq1k=（1.5×1.35×4.0）kN/m=8.10kN/m
q2=μγGq2k=[1.5×1.35×（0.4×1.0×25）]kN/m=20.25kN/m
q3=μγGq3k=（1.5×1.35×4.69）kN/m=9.50kN/m
（2）内力计算 在上述荷载作用下，柱各控制截面的弯矩为
由
，得
，令
，得
则下柱最大弯矩M3为
（3）承载力和裂缝宽度验算
1）上柱配筋为As=As′=763mm2（3
18），其受弯承载力按下式进行验算
Mu=fy′As′（h0-as′）=[360×763×（360-40）]N·mm=87.96×106N·mm＞γ0M1=（0.9×91.60）kN·m=55.44kN·m
裂缝宽度验算如下：
裂缝宽度满足要求。
2）下柱配筋As=As′=763mm2，（4
18），其受弯承载力按下式进行验算
Mu=fy′As′（h0-as′）=360×1018×（860-40）N·mm
=300.5×106N·mm＞γ0M1
=（0.9×84.20）kN·m=75.78kN·m
裂缝宽度满足要求。
8.A柱施工图
A柱模板及配筋图如图3-77所示。
图3-77 A柱模板及配筋图
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