基础工程课程设计钢筋混凝土柱下独立基础设计.docx

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基础工程课程设计钢筋混凝土柱下独立基础设计

基础工程课程设计--钢筋混凝土柱下独立基础设计

1、前言

1.概念：

钢筋混凝土是在钢管中填充混凝土而形成的构件。

2.历史延展：

在中国，六十年代开始了这种结构的研究，并首先用于首都地铁工程中。

北京站至苹果园的地铁线路上，在北京站和前门站的站台工程中首次试用，经济效果很好;和传统采用的钢筋混凝土柱相比，不但施工简捷得多，而且体积小，增加了地下有效使用空间，因此，在随后建造的地铁环线工程中，所有的站台柱，全部采用了钢管混凝土柱。

从七十年代开始，在工业厂房、高炉和锅炉构架及变电和输电塔架等工程中，钢管混凝土得到了推广应用。

工业厂房中采用钢管混凝土柱的有本钢、鞍钢、首钢及近几年宝钢工程中的大量重工业厂房，还有各地的造船厂和火力发电厂等，厂房跨度最大的L=54m，柱高达60-70m，，桥式吊车最大的为Q=l00t重级工作制吊车。

钢管混凝土在我国的应用范围很广，发展很快。

从应用范围和发展速度两个方面都能列于世界前列。

自八十年代后期开始，钢管混凝土由于本身具有的优点.开拓了两个新的应用领域。

一个是公路和城市桥梁，另一个是高层和超高层建筑。

3.特点

钢筋混凝土柱具有下列基本特点:

例1：

承载力大大提高:

试验和理论分析证明，钢管混凝土受压构件的强度承载力可以达到钢管和混凝土单独承载力之和的1.7~2.0倍。

例2：

钢筋混凝土独立基础柱钢筋锚固长度是多少少？

钢筋混凝土独立基础柱钢筋锚固长度是根据11G101-3第59页的注来决定的，注：

4.当柱为轴心受压或小偏心受压，独立基础、条形基础高度不小于1200mm时，或柱为大偏心受压，独立基础、条形基础高度不小于1400mm时，可仅将柱四角插筋伸至底板钢筋网上（伸至底板钢筋网上的的柱插筋之间间距不应大于1000mm），其他钢筋满足锚固长度LaE（La）即可。

‍

例:

3：

C30，抗震等级为三级，取37d锚固，20主筋，锚固长度由混凝土表面算起吗？

弯钩应多长？

柱四角插筋伸至底板钢筋网上，不应按你问来施工（弯钩应15d）。

其他钢筋满足锚固长度LaE（La）。

按你问钢筋种类应该是：

HRB400，则锚固值是37d。

37d＝37×20＝740mm，锚固长度由混凝土表面算起下伸740mm，不设弯钩。

2、性能介绍：

具有良好的塑性和抗震性能:

在钢管混凝土构件轴压试验中，试件压缩到原长的2/3，构件表面已褶曲，但仍有一定的承载力，可见塑性非常好。

钢管混凝土构件在压弯剪循环荷载作用下，水平力P与位移;之间的滞回曲线十分饱满，表明有很好的吸能能力，基本无刚度退化，它的抗震性能大大优于钢筋混凝土。

2.1钢筋混凝土柱箍筋的作用

主要体现一个抗震思想：

强结点，弱构件。

框架柱柱断大多容易发生塑性铰的破坏。

所以有必要采取构造措施来加强。

2.2什么是劲性钢筋混凝土柱？

劲性钢筋混凝土柱是指用型钢代替传统的钢筋骨架，普通钢筋混凝土柱里的钢筋骨架用型钢代替就是劲性混凝土柱。

劲性混凝土（又称型钢混凝土或劲钢混凝土）组合结构构件由混凝土、型钢、纵向钢筋和箍筋组成，基本构件为梁和柱。

劲性混凝土组成结构分为全部结构构件采用劲性混凝土的结构和部分结构构件采用劲性混凝土的结构。

劲性混凝土具有强度高、构件截面尺寸小、与混凝土握裹力强、节约混凝土、增加使用空间、降低工程造价、提高工程质量等优点。

2.3承载力

承载力大大提高试验和理论分析证明，钢管混凝土受压构件的强度承载力可以达到钢管和混凝土单独承载力之和的1.7~2.0倍。

2.4具有良好的塑性和抗震性能：

在钢管混凝土构件轴压试验中，试件压缩到原长的2/3，构件表面已褶曲，但仍有一定的承载力，可见塑性非常好。

钢管混凝土构件在压弯剪循环荷载作用下，水平力P与位移；之间的滞回曲线十分饱满，表明有很好的吸能能力，基本无刚度退化，它的抗震性能大大优于钢筋混凝土。

2.5经济效果显著:

和钢柱相比，可节约钢材50%，降低造价45%;和钢筋混凝土柱相比，可节约混凝土约70%，减少自重约70%，节省模板100%，而用钢量约略相等或略多。

42.6施工简单，可大大缩短工期:

和钢柱相比，零件少，焊缝短，且柱脚构造简单，可直接插入混凝土基础预留的杯口中，免去了复杂的柱脚构造;和钢筋混凝土柱相比，免除了之模、绑扎钢筋和拆模等工作;由于自重的减轻，还简化了运输和吊装等工作。

柱上荷载钢筋和混凝土共同负担。

去掉混凝土部分承受的荷载，剩下的由钢筋负担，除以钢筋根数得出一根筋所受荷载，看可否满足钢筋强度和安全储备要求。

三、分类

3.1按照制造和施工方法分

按照制造和施工方法分为现浇柱和预制柱。

现浇钢筋混凝土柱整体性好，但支模工作量大。

预制钢筋混凝土柱施工比较方便，但要保证节点连接质量。

3.2按配筋方式分

按配筋方式分为普通钢箍柱、螺旋形钢箍柱和劲性钢筋柱。

普通钢箍柱适用于各种截面形状的柱是基本的、主要的类型，普通钢箍用以约束纵向钢筋的横向变位。

螺旋形钢箍柱可以提高构件的承载能力，柱载面一般是圆形或多边形。

劲性钢筋混凝土柱在柱的内部或外部配置型钢，型钢分担很大一部分荷载，用钢量大，但可减小柱的断面和提高柱的刚度;在未浇灌混凝土前，柱的型钢骨架可以承受施工荷载和减少模板支撑用材。

用钢管作外壳，内浇混凝土的钢管混凝土柱，是劲性钢筋柱的另一种形式（见钢和混凝土组合结构）。

按受力情况分为中心受压柱和偏心受压柱，后者是受压兼受弯构件。

工程中的柱绝大多数都是偏心受压柱。

四、施工方法

4.1钢筋混凝土构造柱的施工要点

钢筋绑扎，箍筋间距，保护层，浇筑施工注意接缝处理，灌注高度，钢筋搭接位置及长度，焊接的遵照规范

（1）套柱箍筋：

按图纸要求间距，计算好每根柱箍筋数量，先将箍筋套在下层伸出的搭接筋上，然后柱筋连接，柱子筋在两个截面连接，同一截面接头数量不得超过50%。

（2）箍筋绑扎：

每根柱的四根角筋都画间距线，在立好的柱子竖向钢筋上，按图纸要求用粉笔划箍筋间距线，按已划好的箍筋位置线，将已套好的箍筋往上移动，由上往下采用缠扣绑扎。

箍筋与主筋要垂直，箍筋转角处与主筋交点均要绑扎，主筋与箍筋非转角部分的相交点成梅花交错绑扎。

箍筋的弯钩叠合处沿柱子竖筋交错布置，并绑扎牢固到位。

在柱筋顶部设一定位卡具来保证主筋的间距及平面位置。

（3）柱钢筋的控制

柱受力钢筋根据设计图纸柱主筋的间距焊制柱主筋定位框，分别放置在柱中部和浇注混凝土上口端部。

采用φ12的钢筋根据柱主筋的截面净尺寸加工而成，要求每条分档筋与柱主筋位置保持2mm的间距。

（4）根据抗震要求，柱箍筋端头弯成135°，平直部分长度不小于10d。

柱上下两端箍筋加密，加密区长度及加密区内箍筋间距符合图纸要求，箍筋的拉筋钩住主筋。

（5）柱筋保护层厚度符合规范及施工蓝图要求，在施工图有具体要求时，以施工图为准，施工图中未提及的，以验收规范为准。

4.28米高钢筋混凝土柱施工缝应该留置在哪个位置

现行《馄凝土结构工程施工及验收规范（GBJ50204—92）》中规定“施工缝应留在剪力较小且便于施工的部位……”对于混凝土柱，最大弯矩往往位于两端，剪力和轴力沿柱高变化很小或无变化，施工规范对于施工缝的设置在柱两端的提法主要是基于施工便利，而目前施工中由于种种原因使施工缝设置在柱中段.

4.3截面形式

选择柱的截面形式主要根据工程性质和使用要求确定，也要便于施工和制造、节约模板和保证结构的刚性。

方形柱和矩形柱的截面模板最省，制做简便，使用广泛。

方形适用于接近中心受压柱的情况;矩形是偏心受压柱截面的基本形式。

单层厂房柱的弯矩较大，为了减轻自重、节约混凝土，同时满足强度和刚度要求，常采用薄壁工形截面的预制柱。

当厂房的吊车吨位较大，根据吊车定位尺寸，需要加大柱截面高度时，为了节约和有效利用材料，可采用空腹格构式的双肢柱。

双肢柱可以是现浇的或预制的，腹杆可做成斜的或水平的。

5、构造、配筋

5.1构造:

为了充分发挥混凝土抗压强度高的优点，当柱承重较大时，通常采用较高的混凝土标号。

纵向受力钢筋的数量，根据强度计算决定。

为了保证施工时钢筋骨架的刚度及使用时柱的刚度,纵向受力筋应采用较大直径,如果同时用几种直径的纵向受力钢筋，应将大直径的钢筋设在骨架的四角上。

横向箍筋与纵向钢筋连接牢固，有助于增加钢筋骨架的刚性。

焊接骨架更能提高骨架刚性和便于整个骨架吊装。

箍筋的作用是:

连接纵向钢筋形成钢筋骨架;作为纵筋的支点,减少纵向钢筋的纵向弯曲变形;

5.2配筋

5m，是一个独体的混凝土形象大门柱子？

需要按承重柱的配筋率来考虑吗，高4，4Φ12可以吗，箍筋6Φ12。

800*1000mm

主筋4Φ20不是承重柱箍筋8，是，4Φ12（四边共20Φ12），边筋6Φ12：

主筋4Φ20上边打错了

5.3如果上下属于同心柱，且直径变小较多，下部主筋在规定位置截断、弯锚，上部主筋在下步按规定锚固长度进行锚固，可不考虑与下部大柱子的主筋连接；

5.4变径较少处理法

如果变径较少，比如下部柱子主筋直径为32mm，上部柱子直径缩小不超过64mm的话，可以采取在下部主筋侧面或内侧面绑扎搭接的办法进行连接，有条件时当然也可以采取焊接或机械连接。

5.5承受柱的剪力;

使柱截面核心内的混凝土受到横向约束而提高承载能力，因此箍筋的间距不宜过大。

5.6作用

在应力复杂和应力集中的部位（如柱和其他构件连接处）及配筋构造上的薄弱处（如纵向钢筋接头处），箍筋还需要加密。

尤其是在抗震结构中,柱节点附近箍筋加密,是提高结构后期抗变形能力的一种有效办法。

对于抗震柱还需特别注意保证纵向钢筋和箍筋的锚固构造要求。

对于截面较大、纵向钢筋根数较多的柱，还应采用不同形式的多环式箍筋，以保证钢筋骨架的刚性和纵向钢筋作用的有效性。

螺旋形钢箍能起到有效地围箍核芯混凝土的作用，因此，螺旋形钢箍的面积和间距需根据计算确定，并沿柱高连续配设或采用密排的单独闭合环。

在轴心受压柱中纵向钢筋数量有计算确定，且不少于4根并沿构件截面四周均匀设置。

六、提高钢筋混凝土柱延性的措施有哪些

6.1提高框架柱的材料性能

改善框架柱材料性能的一种方法是直接采用高强高性能混凝土,近年来我国在研制和应用高强高性能混凝土方面取得了飞速发展,积累了丰富的经验。

改善框架柱材料性能的另一种方法是采用钢纤维混凝土,即在普通混凝土中掺入钢纤维,使得混凝土的材料特性向钢材靠拢,可以有效地改善混凝土柱的延性。

6.2使用复合螺旋箍筋

高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和强剪弱弯要求的,柱端的抗弯承载力也是应该满足强柱弱梁要求的。

对于短柱,只要符合强剪弱弯和强柱弱梁的要求,是能够做到使其不发生剪切型破坏的。

因此,使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力,改善对混凝土的约束作用,能够达到改善短柱抗震性能的目的。

6.3提高框架混凝土柱的抗压承载力

为了提高框架柱的受压承载力,以减小框架柱的截面尺寸而提高框架柱的剪跨比,可以采用劲性混凝土（即在框架柱中配置型钢）或在柱子中配置无间隙弹簧体系（简称NCS体系）的方法,配置在框架柱中的型钢和NCS体系既能提高框架柱的受压承载力,又能提高框架柱的受剪承载力,从而有效提高框架柱的抗震性能。

但其应用的局限性是施工困难,尤其是节点处混凝土浇筑更为困难;且对于超短柱,混凝土与型钢之间容易发生粘结破坏。

6.4分担框架柱的水平剪力

短柱的破坏是由于框架柱承担的剪力过大,因此可以在框架柱中沿柱的净高交叉配置󰀁X󰀁形钢筋,直接承担框架柱所承担的一部分剪力,降低框架柱的剪压比,实现强剪弱弯,从而改善框架柱的抗震性能。

6.5采用分体柱

人为削弱抗弯强度的方法,可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2个或4个柱肢组成的分体柱,分体柱的各柱肢分开配筋。

在组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键,以增强它的初期刚度和后期耗能能力。

一般,连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩擦阻尼器、素混凝土连接键等形式。

6.6作用

对分体柱工作性态的理论分析和试验研究表明:

采用分体柱的方法虽然使柱子的抗剪承载力基本不变,抗弯承载力稍有降低,但是使柱子的变形能力和延性均得到显著提高,其破坏形态由剪切型转化为弯曲型,从而实现了短柱变长柱的设想,有效地改善了短柱尤其是剪跨比λ≤1.5的超短柱的抗震性能。

分体柱方法已在实际工程中得到应用。

6.7采用钢骨混凝土柱

钢骨混凝土柱由钢骨和外包混凝土组成。

钢骨通常采用由钢板焊接拼制或直接轧制而成的工字形、口字形、十字形截面。

与钢结构相比,钢骨混凝土柱的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲,提高柱的整体刚度,显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥。

由于钢骨混凝土柱充分发挥了钢与混凝土两种材料的特点,具有截面尺寸小,自重轻,延性好以及优越的技术经济指标等特点,如果在高层或超高层钢筋混凝土结构下部的若干层采用钢骨混凝土柱,可以大大减小柱的截面尺寸,显著改善结构的抗震性能。

6.8采用钢管混凝土柱

钢管混凝土是由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料,是套箍混凝土的一种特殊形式。

由于钢管内的混凝土受到钢管的侧向约束,使得混凝土处于三向受压状态,从而使混凝土的抗压强度和极限压应变得到很大的提高,混凝土特别是高强混凝土的延性得到显著改善。

同时,钢管既是纵筋,又是横向箍筋,其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下,这相当于配筋率至少都在4.6%以上,远远超过抗震规范对钢筋混凝土柱所要求的最小配筋率限值。

由于钢管混凝土的抗压强度和变形能力特佳,即使在高轴压比条件下,仍可形成在受压区发展塑性变形的󰀁压铰󰀁,不存在受压区先破坏的问题,也不存在像钢柱那样的受压翼缘屈曲失稳的问题。

6.9减轻建筑物的恒载

采用轻质高强结构材料及轻质填充墙材料,是减轻结构自重,降低钢筋混凝土框架柱轴压比的有效方法。

七、计算原则

7.1钢筋混凝土轴心受压柱，当配置普通箍筋时，柱的正截面强度按下式计算:

式中N为设计纵向力;嗘为钢筋混凝土柱的纵向弯曲系数，随柱的长细比而定;fcc为混凝土轴心受压设计强度;A为构件截面面积;f╒为纵向钢筋抗压设计强度;A为纵向钢筋截面积。

当采用螺旋形箍筋时，轴心受压的正截面强度计算，按设计规范规定的公式进行。

7.2偏心受压柱的正截面强度,按两种破坏形态考虑:

①大偏心。

当受压区高度不大于一定数值时，破坏从截面受拉区开始，表现为受拉钢筋先屈服。

②小偏心。

受压区高度大于一定数值时，破坏从截面内混凝土受压较大的应力边缘开始，表现为混凝土压碎。

当柱截面尺寸、混凝土强度、钢筋的强度和面积为已知时，可以算出达到强度极限时偏心受压构件的轴力N和弯矩M的抵抗值，并绘成"轴力-弯矩相关图"（N-M图）。

N-M图概括地描述了偏心受压构件的强度性能。

cb段属于小偏心受压，ab段属于大偏心受压，a点相当于受弯，c点相当于中心受压。

位于曲线内侧的d点表示构件的N和M值未达到强度极限，构件安全;位于外侧的e点表示算出的构件的N和M值大于强度极限时的N和M值，构件不安全。