柱截面设计及配筋构造优化方案

1.柱截面承载力验算

单层厂房柱，根据排架分析求得的控制截面最不利组合的内力M和N，按偏心受压构件进行正截面承载力计算及按轴心受压构件进行弯矩作用平面外受压承载力验算。一般情况下，矩形、T形截面实腹柱可按构造要求配置箍筋，不必进行斜截面受剪承载力计算。因为柱截面上同时作用有弯矩和轴力，而且弯矩有正、负两种情况，所以一般采用对称配筋。

在对柱进行受压承载力计算及验算时，柱因弯矩增大系数及稳定系数均与柱的计算长度有关，而单层厂房排架柱的支承条件比较复杂，所以，柱的计算长度不能简单地按材料力学中几种理想支承情况来确定。

对于单层厂房，不论它是单跨厂房还是多跨厂房，柱的下端插入基础杯口，杯口四周空隙用现浇混凝土将柱与基础连成一体，比较接近固定端；而柱的上端与屋架连接，既不是理想自由端，也不是理想的不动铰支承，实际上属于一种弹性支承情况。因此，柱的计算长度不能用工程力学中提出的各种理想支承情况来确定。对于无吊车的厂房柱，其计算长度显然介于上端为不动铰支承与自由端两种情况之间。对于有吊车厂房的变截面柱，由于吊车桥架的影响，还需对上柱和下柱给出不同的计算长度。《混凝土结构设计规范》根据厂房实际工作特点，经过综合分析给出了单层厂房柱的计算长度的规定，见表4.9。

表4.9　单层厂房柱的计算长度

注：Hl——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下部高度；
H——从基础顶面算起的柱全高；
Hu——柱上部高度。

2.柱的裂缝宽度验算

《混凝土结构设计规范》规定，对e0/h0＞0.55的偏心受压构件，应进行裂缝宽度验算。验算要求：按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度ωmax≤ωmin（最大裂缝宽度限值）。对e0/h0≤0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。

3.柱吊装阶段的承载力和裂缝宽度验算(www.xing528.com)

预制柱一般在混凝土强度达到设计值的70%以上时，即可进行吊装就位。当柱中配筋能满足平吊时的承载力和裂缝宽度要求时，如图4.42（a）所示，宜采用平吊，以简化施工。但当平吊需较多地增加柱中配筋时，则应考虑改为翻身起吊，如图4.42（b）所示，以节约钢筋用量。

图4.42　柱吊装阶段的承载力和裂缝宽度验算

吊装验算时的计算简图应根据吊装方法来确定，如采用一点起吊，吊点位置设在牛腿的下边缘处。当吊点刚离开地面时，柱子底端搁在地上，柱子成为带悬臂的外伸梁，计算时有动力作用，应将自重乘以动力系数1.5。同时考虑吊装时间短促，承载力验算时结构重要性系数应较其使用阶段降低一级采用。

为了简化计算，吊装阶段的裂缝宽度不直接验算，可用控制钢筋应力和直径的办法来间接控制裂缝宽度，即钢筋应力σss应满足下式要求：

式中：Ms为吊装阶段截面上按荷载短期效应组合计算的弯矩值，需考虑动力系数（1.5）；[σss]为不需验算裂缝宽度的钢筋最大允许应力，可在《混凝土结构设计原理》查得（由已知截面上钢筋直径d 及 ρte，查得不需作裂缝宽度验算的最大允许应力值）。

4.构造要求

柱的混凝土强度等级不宜低于C20，纵向受力钢筋d≥12mm。全部纵向钢筋的配筋率 ρ≤5%。当柱的截面高度h≥600mm时，在侧面设置直径为10～16mm的纵向构造筋，并且应设置附加箍筋或拉筋。柱内纵向钢筋的净距不应小于50mm，对水平浇筑的预制柱，其上部纵筋的最小净间距不应小于30mm和1.5d；下部纵筋的净间距不应小于25mm和d（d为柱内纵筋最大直径）。

柱中的箍筋应做成封闭式。箍筋的间距不大于400mm、不大于b且不大于15d（对绑扎骨架）或不大于20d（对焊接骨架），d为纵筋最大直径；当采用热轧钢筋时，箍筋直径不小于d/4，且不大于6mm；当柱中全部纵筋的配筋率超过3%时，箍筋直径不宜小于8mm，间距不应大于10d（d为纵筋最小直径），且不大于200mm；当柱截面短边尺寸大于400mm，且每边的纵向钢筋多于3根时（或当柱子短边尺寸不大于400mm但纵向钢筋多于4根时），应设置复合箍筋。