钢筋混凝土柱吊装计算.doc

钢筋混凝土柱吊装计算

（肖迪芳 长沙职工大学 高级讲师 410015）
【摘要】：在运输和吊装钢筋混凝土柱子的施工过程中，柱子处于受弯状态，与它正常轴心或偏心受压状态不同，因些要对柱的吊装受力进行分析验算，以避免可能会出现柱子断裂情况。本文就柱子吊点位置的确定、吊装时强度、抗裂验算方法进行了详细的叙述，并通过实例加以说明。
【关键词】：吊装 钢筋混凝土柱子 强度计算 最大弯矩 抗裂验算

钢筋混凝土柱子是按轴心受压或偏心受压构件设计的，一般为对称配筋。在运输和吊装过程中，柱子处于受弯状态，吊装受力与使用受力不一 致，吊点选择不合理，吊装弯矩过大，其抗弯强度和抗裂度不能满足要求。故必须进行吊装验算并合理确定吊点位置。
一．确定吊点位置
柱子吊装时受力与使用时受力不一样，，吊点选择应符合吊装弯矩最小的原则，应尽可能符合使用受力的要求，如简支梁的两吊点应靠近梁的两端；悬臂梁的两吊点应在梁的两支座处。因此，确定合理的吊点位置，即柱子在此吊点吊装时，由自重力产生的最大正弯矩等于最大负弯矩。对整根柱子来说，这种情况下产生的弯矩绝对值最小。
经推导可知，对等截面柱，当一点起吊的吊点至柱顶距离为0.239l（l为柱子长度）时，柱身的最大正弯矩等于最大负弯矩，即柱子的起吊弯矩最小，当两点起吊或平移时，此距离为0.207l，见图一
-M
-M
+M
0.207l
0.207l
l
-M
+M
l
0.293l
（a）一点起吊时
（b）两点起吊或平移时

图一

对于非等截面柱，此结论需修正。用换算长度的方法虽有一定误差，但简便易行。换算方法如下（图二）

l
l2
l1
B
（a）柱子原有长度
（b）柱子换算后长度
图二 柱子的长度换算

=
式中 a—柱子换算断面的截面面积（㎡）
A—柱子标准断面的截面面积（㎡）
l1—柱子标准断面的长度（m）
l2—柱子换算断面的长度（m）
l2/—柱子换算断面的换算长度（m）
K—考虑换算后力臂变化的系数
当＜1时，K取110～1.30；当＞1，K取0.90～0.70。（比值大时取较小值）
二．强度验算
吊点确定后，按受弯构件的计算方法验算各控制截面的强度，控制截面取弯矩最大及柱子断面改变处的截面。荷载为柱子自重力，并设吊装动力系数为1.5。强度验算近似按下式进行。

式中 —吊装时柱子承受的弯矩（N.㎜）
—弯矩设计值（N.㎜）
—系数，当混凝土强度等级不超过C50时，=1.0，当混凝土强度等级为C80时，=0.94，其间按线性内插法确定
fc—混凝土轴心抗压强度设计值（N/㎜2）
b—柱子截面宽度（㎜）
x—混凝土受压区高度，近似取x =2 as/
h0—柱子截面有效高度（㎜
fy/—钢筋的抗压强度设计值（N/㎜2）
AS/—受压区纵向钢筋截面面积（㎜2）
as/—受压区纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离（㎜）
应当注意，当柱子从预制时的平卧位置不经翻身而直接吊装时，则平卧柱子的截面及宽面内的配筋均要满足吊装要求。
三．裂缝宽度验算
柱子吊装中的裂缝宽度应控制在0.2㎜内。柱子吊装时裂缝宽度的验算，可按下式计算柱内纵向受拉钢筋的应力（N/㎜2），并由此近似判断其是否满足要求。【】
=
式中 AS—受拉区钢筋的截面面积（㎜2）
按上式计算的钢筋应力 N/㎜2（光圆钢筋），或 N/㎜2（带肋钢筋）时，可认为满足裂缝宽度要求。否则，应按《混凝土结构设计规范》GB50010—2002的规定详细计算裂缝宽度，或采取措施，如改变吊点，增加吊点数量等，以减少吊装时柱子承受的弯矩（MK）。
【例】 厂房柱的几何尺寸和配筋情况如图三所示。混凝土强度等级为C20，吊装时达到强度的100﹪，钢筋采用HRB335，吊装采用一点平卧起吊。试确定吊点位置，并验算强度和抗裂度。
400
2

500
400
1
MD
MB
－
MC
+
3
2
2
1
1
C
E
D
B
A
3700
10000

2600
100
25
400
100

700
·
·
·
·
·

·
11100
（a）柱子几何尺寸
1—1
（b）验算简图
（c）弯矩图
1—下柱 2—上柱 3—吊点
图三 柱子平放一点起吊计算简图
2—2

解：（1）确定吊点位置
下柱工字形截面面积为0.1375㎡，上柱矩形截面面积为0.2000㎡，换算长度为==m
换算后柱身全长：
一点起吊时吊点至柱脚的距离为：
（2）平卧起吊强度验算
下柱自重：
上柱自重：
起吊时各控制截面的弯矩：

① 验算B截面强度

取
则
C截面配筋与B截面相同，且MC=39.49KN·m
② 验算D截面强度
取b=500mm AS/=2×153.9=308mm2（2Φ14）,其余同B截面取值

（3）平卧起吊抗裂度验算

B截面：
C截面：
D截面：
上述验算B截面、D截面计算应力值均大于200N/㎜2，其抗裂能力不能满足吊装要求。
因此，将下柱截面四角钢筋改为4Φ25，则AS=981.8㎜2；上柱截面四角钢筋改为4Φ18，AS=509㎜2，再进行验算。
B截面：
D截面：
经验算，改进配筋后，B截面、C截面、D截面的计算应力值均小于200KN/㎜2，满足吊装的抗裂性要求。
柱子吊装时受力与使用时受力不一样，故必须进行吊装验算，吊点选择应符合吊装弯矩最小的原则。若经吊装验算，抗弯强度和抗裂度不能满足时，首先考虑翻身起吊。若翻身起吊仍不能满足时，则可增加吊点，改一点起吊为二点起吊，以减小吊装弯矩，或采取临时加固措施。此外，为了便于就位、对中，确保吊装安全，构件绑扎时务使吊钩中心线对准构件重心；水平构件吊装两点绑扎时，应分别用两根吊绳；且对等截面构件，还要求两吊点左右对称，两根吊绳长短一致；吊绳水平夹角应大于等于60° 不得小于45°；严禁斜吊和起重机负荷行驶。

参考文献
（1） 混凝土结构设计规范（GB50010—2002） 中国建筑工业出版社，2001
（2） 教材编审委员会 建筑施工技术（二版） 建筑工业出版社 2005
（3） 梁敦维 结构吊装装工程计算手册 山西科学技术出版社 2006