（中国电建集团吉林省电力勘测设计院有限公司 长春市 130022）
摘要：按照《混凝土结构设计规范》给出的环形柱配筋计算公式，采用Fortran语言编制了空冷岛环形柱偏心受压配筋实用计算程序，程序本身具有输入数据简明、运算速度快、可读性强等优点，对于提高空冷岛环形柱的设计效率和精度具有重要的应用价值。通过工程实例计算，其结果与手算结果一致，可供工程技术人员参考。
关键词：空冷；环形柱；偏心受压
Design of reinforcement program for air - cooled island circular column
He Wen-an
（Power China Jilin electric power survey and design institute Co.，Ltd.，Jilin Changchun，130022，China）
Abstract：According to the calculation formula of reinforcement for circular columns given in "Code for Design of Concrete Structures"，a practical calculation program of eccentric compression reinforcement for annular columns with air-cooled islands was compiled using Fortran language. The program has the advantages of concise input data，fast computing speed and strong readability，which has an important application value for improving the design efficiency and precision of the annular column of air-cooled island. Through the engineering example calculation，the result is consistent with the result of hand calculation，which can be used for reference by engineers and technicians.
Keywords：air - cooled，annular column，eccentric compression
引言
近几年很多新建电厂冷却系统为直接空冷系统，空冷岛支柱一般采用钢筋混凝土环形柱，柱截面及受力都较大，其配筋强度是否满足要求将直接影响整个空冷平台的安全。目前规范给出的环形柱配筋计算公式包括轴力和弯矩两个平衡方程，均为带两个未知变量的三角方程，需要反复试算，计算过程复杂，设计时若通过手算来进行环形柱的配筋计算则显得效率极低。为此，本人采用Fortran语言，按照《混凝土结构设计规范》给出的环形柱配筋计算公式，编制了环形柱偏心受压配筋实用计算程序，可加快计算速度，节约设计时间，便于优化设计，可供工程技术人员参考。
1编制依据
沿周边均匀配置纵向钢筋的环形截面偏心受压构件，按《混凝土结构设计规范》【1】GB50010-2010，其正截面受压承载力计算基本公式为：
2计算原理
规范所提供的公式中，每一公式都包含着两个未知数AS和，也就是说环形柱配筋计算的目的在于求出能同时满足公式的AS和值【2】。而值的变化区域为（0，1]，说明圆柱截面上无受压区，这就说明了该圆柱不属于偏心受压构件；而则说明该圆柱属于全截面受压。这两种情况是偏心受压柱的两种极端情况，对应任何一种内力和圆柱截面，是（0，1]范围内的一个定值，相应地AS也只有一个定值，且AS≥0，不能出现两组解。为此可首先按最小配筋率初步估算AS值，然后以AS值求得对应的值，再用此值求得一新的As值，如此反复迭代，直至相邻两次求得的AS差值满足所需精度为止，最后得出的和AS计即为所求。若算得的配筋率ρ=As/A小于等于最小配筋率，则表示只需按构造配筋；如ρ大于最大配筋率，则表示超筋，则输出“配筋率过大，截面尺寸或钢筋砼标号小，请重新设计”；若轴压比大于给定的轴压比，则输出“所受轴力过大，截面尺寸或钢筋砼标号小，请重新设计”。
3数据输入
根据上述方法，编制了相应的计算程序，程序采用OPEN和READ语句打开和读入原始数据文件，原始设计数据文件可存入TXT文件中，便于数据的快速输入或修改查看。现以原始数据输入顺序解释如下：
N：轴力KN，
M0：初始弯矩KN.m，
r1：圆环外径（mm），
r2：圆环内径（mm），
rs：圆环受力钢筋所在半径（mm），
fc：混凝土轴向受压强度（N/mm2）
fy：纵向钢筋强度值（N/mm2）
h：柱高度（m），
L0：柱计算长度（m），
ρmin：最小配筋率，
ρmax：最大配筋率
fsg：混凝土强度等级
u：控制轴压比
程序主要结构框图如下：
图2 程序结构主框图
4计算实例
实例1：新疆东方希望有色金属有限公司动力站二期5×350MW工程配套冷岛柱底设计荷载原始设计数据为：
柱计算长度（m）： L0= 46
环形截面的内半径（mm）： r1= 1600.0
环形截面的外半径（mm）： r2= 2000.0
钢筋重心所在圆周半径（mm）：rs= 1800.0
柱截面弯矩（kN.m）： M0=55250.0
柱截面轴力（kN）： N=14000.0
控制最小配筋率：ρmin=0.01
控制最大配筋率： ρmax=0.04
混凝土强度等级：C40 fc= 19.1N/mm2
钢筋强度等级： fy=360.0N/mm2控制轴压比： u=0.5
运行程序后，输出计算数据如下：
偏心距（mm）： e0=3946.428
附加偏心距（mm）：ea=133.3333
初始偏心距（mm）： ei=4079.762
截面曲率修正系数：ζc=1.000000
弯矩增大系数： ηs=1.094
全部纵向钢筋面积（mm*mm）：AS= 69803.82
两次所求钢筋面积误差（mm*mm）：6.96875
总迭代次数i=9
配筋率：ρ=1.543E-02
混凝土相对受压区面积
为验证中间计算结果是否有误，提取了每次计算的中间结果如表1所示，并与手算结果对比，两种方式结果完全一致。
表1 配筋面积中间计算结果
根据以上计算结果，可对配筋形式进行选择，工程实际配筋为96根直径为32mm的钢筋，配筋量为77203.2 mm2，满足要求。
实例2：内蒙古创源金属有限公司自备电厂3x330MW机组工程配套冷岛柱底设计荷载原始设计数据为： 柱计算长度36m，环形截面的内半径1.2m，外半径为1.6m，柱底截面弯矩为32344kN.m，柱底轴力为10595kN，混凝土强度等级采用C40。运行程序后，可计算出全部纵向钢筋面积 53462.07mm2，总迭代次数为9次，两次所求钢筋面积误差8.16mm2。工程实际配筋为120根直径为25mm的钢筋，配筋量为58810.8mm2，满足要求。
实例3. 对于初始截面或钢筋砼标号设计不合理的情况，程序在计算时会做出判别，例如若实例1中柱截面轴力N调整为54000kN，其他数据不变，运行程序后，则输出“所受轴力过大，截面尺寸或钢筋砼标号小，请重新设计”，此时表明轴压比已经超过给定限值，需重新调整设计。
5结论
通过工程实例计算，本文编制的计算程序与手算结果一致，证实了程序的可靠性。同时程序本身具有输入数据简明、运算速度快、可读性强等优点，对于提高空冷岛环形柱的设计效率和精度具有重要的应用价值，可供工程技术人员参考。
参考文献：
[1]GB50010-2010，混凝土结构设计规范。
[2]中国电力工程顾问集团有限公司编著，<<电力工程设计手册 火力发电厂结构设计>>.中国电力出版社，2017年6月，第一版
论文作者:何文安
论文发表刊物:《河南电力》2018年9期
论文发表时间:2018/10/22
标签：截面论文; 环形论文; 钢筋论文; 偏心论文; 程序论文; 弯矩论文; 半径论文; 《河南电力》2018年9期论文;