7.3 单层厂房柱的设计（课件）-《建筑结构》同步教学（上海交通大学出版社）

模块7 单层厂房排架结构 单层厂房的组成和布置 7.1 排架结构荷载及内力计算 7.2 单层厂房柱的设计 7.3 知识目标 （1）了解单层厂房的组成和布置，熟悉排架的计算简图、内力组合和控制截面。 （2）掌握排架荷载的计算方法。 （3）掌握柱下独立基础和牛腿的设计方法。 模块7 单层厂房排架结构 7.3 单层厂房柱的设计 7.3.1 柱下独立基础 柱的基础是单层厂房中的重要受力构件，上部结构传来的荷载都是通过基础传至地基的。按受力形式划分，柱下独立基础有轴心受压和偏心受压两种。在单层厂房中，柱下独立基础一般是偏心受压的。按施工方法划分，柱下独立基础可分为预制柱下基础和现浇柱下基础两种。 单层厂房柱下独立基础的常用形式是扩展基础，有阶梯形和锥形两类，如图7-31所示。预制柱下基础因与预制柱连接的部分做成杯口，故又称为杯形基础。 7.3 单层厂房柱的设计 图7-31 柱下扩展基础的形式 (a)现浇柱下阶梯形基础（b）阶梯形杯形基础（c）现浇柱下锥形基础（d）锥形杯形基础 7.3 单层厂房柱的设计 地基承载力计算 1. 基础底面尺寸是根据地基承载力条件和地基变形条件确定的。由于柱下扩展基础的底面积不太大，故假定基础是绝对刚性且地基土反力为线性分布。 （1）轴心受压柱下基础。轴心受压时，假定基础底面的压力为均匀分布，如图7-32所示。设计时应满足式（7-9）的要求。 （7-9） 7.3 单层厂房柱的设计 式中，pk为相应于作用的标准组合时，基础底面处的平均压力值；Nk为相应于荷载标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值；Gk为基础及基础上方土的重力标准值；A为基础底面面积； fa为经过深度和宽度修正后的地基承载力特征值。 图7-32 轴心受压柱下基础计算简图 7.3 单层厂房柱的设计 （2）偏心受压柱下基础。当偏心荷载作用下基础底面全截面受压时，假定基础底面的压力按线性非均匀分布，如图7-33（a）所示。这时基础底面边缘的最大压力和最小压力可分别按式（7-11）和式（7-12）计算。 （7-11) （7-12） 7.3 单层厂房柱的设计 图7-33 偏心受压柱下基础计算简图 7.3 单层厂房柱的设计 式中，Nbk为由柱和基础梁传至基础底面的轴向力标准组合值，Nbk=Nk+Nwk，Nwk为基础梁传来的竖向力标准值；Mbk为作用于基础底面的力矩标准组合值，Mbk=Mk+Nwkew，Mk为按荷载标准组合计算的弯矩值，ew为基础梁中心线至基础底面中心线的距离；W为基础底面面积的抵抗矩，W=lb2/6。 令e=Mbk/(Nbk+Gk)，并将W=lb2/6分别代入式（7-11）和式（7-12）可得 （7-13) （7-14） 7.3 单层厂房柱的设计 这说明基础底面积的一部分将产生拉应力，但由于基础与地基的接触面是不可能受拉的，因而这部分基础底面与地基之间是脱离的，即这时承受地基反力的基础底面积不是bl而是3al，故此时pk，max不能按式（7-13）计算，而应按式（7-15）计算。 （7-15) 7.3 单层厂房柱的设计 式中，a为合力（Nbk+Gk）作用点至基础底面最大受压边缘的距离，a=b/2-e；l为垂直于力矩作用方向的基础底面边长。 在确定偏心受压柱下基础底面尺寸时，应符合下列要求： pk，max≤1.2 fa （7-16) （7-17) 7.3 单层厂房柱的设计 式（7-17）中将地基承载力特征值提高20%的原因是pk，max只在基础边缘的局部范围内出现，而且pk，max中的大部分是由活荷载产生的，而不是由恒荷载产生的。 确定偏心受压基础底面尺寸一般采用试算法，即先按轴心受压基础所需的底面积增大20%～40%，初步选定长边、短边的尺寸；然后验算是否符合式（7-16）、式（7-17）的要求；若不符合