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1、第十章 钢筋混凝土受压构件,1. 受压构件的分类； 2. 受压构件的构造 3. 轴心受压构件承载力计算； 4. 偏心受压构件正截面承载力计算；,10.1 受压构件的分类,常见的钢筋混凝土受压构件：,柱子,桁架中的压杆,受压构件（柱）往往在结构中 具有重要作用，一旦产生破坏， 往往导致整个结构的损坏，甚至 倒塌。,10.1 受压构件的分类,受压构件的分类：,受压构件按其轴向力作用线与构件截面形心轴线之间相互位置的不同，可分为轴心受压构件和偏心受压构件。,轴心受压构件,施工中的安装偏差、混凝土的非均质性、配筋的不对称性、荷载实际作用位置的偏差,10.2 受压构件的构造,材料,混凝土规范规定受压钢筋
2、的最大抗压强度为400N/mm2。,混凝土： 一般柱中采用C25及以上等级，对于高层建筑的底层柱可采用更高强度等级的混凝土，例如采用C40或以上；,纵向钢筋： 一般采用HRB400和HRB335级热轧钢筋。,箍筋： 一般采用HRB400、HRB335、HPB235级热轧钢筋。,10.2 受压构件的构造,钢筋,（1）纵向受力钢筋,作用： 一 协助混凝土承受压力，以减小构件尺寸； 二 承受可能的弯矩，以及混凝土收缩和温度变形引起的拉应力； 三 防止构件突然的脆性破坏。,10.2 受压构件的构造,钢筋,（1）纵向受力钢筋,布置： 轴心受压构件的纵向钢筋沿截面周边均匀对称布置；偏心受压构件的受力钢筋按
3、计算要求设置在弯矩作用方向的两对边,10.2 受压构件的构造,钢筋,（1）纵向受力钢筋,纵筋直径与根数：,通常采用 1232mm， 直径宜粗不宜细，根数宜少不宜多，保证对称配置。,方形和矩形截面柱中纵向受力钢筋不少于根， 圆柱中不宜少于8根且不应少于6根。,净距50mm， 中距300mm,配筋率： 受压构件的全部受压钢筋的最小配筋率为0.6，受压构件受力方向每侧的最小配筋率为0.2； 全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5，一般不宜大于3。（否则会造成施工困难且不经济）,10.2 受压构件的构造,钢筋,（1）纵向受力钢筋,10.2 受压构件的构造,钢筋,（2）箍筋,作用： 保证纵向钢筋的位置正确，防止
4、纵向钢筋压屈，从而提高柱的承载能力。,10.2 受压构件的构造,钢筋,（2）箍筋,受压构件中的箍筋， 应做成封闭式,末端做成135弯钩， 平直段长度5d,10.2 受压构件的构造,钢筋,（2）箍筋,偏压柱h 600mm时， 应设置1016mm的纵向构造钢筋。,10.2 受压构件的构造,钢筋,（2）箍筋,10.2 受压构件的构造,钢筋,（2）箍筋,箍筋加密,10.2 受压构件的构造,钢筋,（2）箍筋,有抗震设防要求时箍筋的构造要求：课本P152-153。,10.3 轴心受压构件承载力计算, 在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。 通常由于荷载作用位置的偏差、砼的不均匀性、配筋的不对称性
5、，以及施工制造的误差等原因，往往存在或多或少的初始偏心距。,我国规范对偏心很小可略去不计的构件，按轴心受压构件计算。 如以承受恒载为主的多层框架房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，弯矩很小，可忽略不计，近似按轴心受压构件计算。,10.3 轴心受压构件承载力计算,破坏特征,根据构件的长细比的不同，轴心受压构件可分为短柱（对矩形截面l0/b8,b为截面宽度）和长柱。,10.3 轴心受压构件承载力计算,破坏特征,轴心受压短柱的破坏形态,临近破坏时，柱子表面出现纵向裂缝，箍筋之间的纵筋压屈外凸，混凝土被压碎崩裂而破坏。,10.3 轴心受压构件承载力计算,破坏特征,轴心受压长柱的破坏形态,
6、破坏时首先在凹边出现纵向裂缝，接着混凝土压碎，纵筋压弯外凸，侧向挠度急速发展，最终柱子失去平衡，凸边混凝土拉裂而破坏。对于长细比很大的长柱，还有可能发生“失稳破坏”的现象。,10.3 轴心受压构件承载力计算,基本计算公式,截面承载力由混凝土和纵向受压钢筋承担，并考虑纵向弯曲的降低作用，由平衡条件得轴心受压柱承载力计算公式为：,10.3 轴心受压构件承载力计算,基本计算公式,N 轴向压力设计值,N 构件正截面受压承载力, 稳定系数,A 构件截面面积,fc 混凝土的轴心抗压强度设计值,AS、 全部纵向钢筋的截面面积,fy、 钢筋抗压强度设计值,式中系数0.9，是考虑到初始偏心的影响， 以及主要承受
7、恒载作用的轴心受压柱的可靠性，引入的承载力折减系数。,10.3 轴心受压构件承载力计算,基本计算公式,稳定系数是用来考虑长柱纵向弯曲使承载力降低的 影响，主要与柱子的长细比有关。长细比越大，值越小, 构件的承载力降低越多。,实验表明：在截面尺寸、配筋、强度等级相同的条件下，长柱承载力小于短柱，柱子越细长，承载力小得越多。,用稳定系数 表示长柱承载力较短柱的承载力降低程度。,10.3 轴心受压构件承载力计算,小 结 1. 纵向受力钢筋、箍筋的作用； 2. 纵向受力钢筋、箍筋的构造要求。 作业布置 思考题：10.1,10.3 轴心受压构件承载力计算,计算方法和步骤,（1）截面设计 已知：构件截面尺
8、寸bh，轴向力设计值N，构件的计算长度L0，材料强度等级fc fy 。 求：纵向钢筋截面面积As 计算步骤如图4.2.5。,计算方法和步骤,【例1】已知某多层现浇钢筋混凝土框架结构，首层中柱按轴心受压构件计算。该柱安全等级为二级，轴向压力设计值 N=1400kN，计算长度l0=5m，纵向钢筋采用HRB335级，混凝土强度等级为C30。求该柱截面尺寸及纵筋截面面积。,【解】fc=14.3N/mm2，fy=300N/mm2， =1.0,（1）初步确定柱截面尺寸,设= = 1%， =1，则,=89916.5mm2,选用方形截面，则b=h= =299.8mm，取用 h=300mm。,（2）计算稳定系数
9、,l0/b=5000/300=16.7,=0.869,（3）计算钢筋截面面积As,=1677mm2,（4）验算配筋率,=1.86%, =0.6%，且3% ，满足最小配筋率要求，且勿 需重算。,纵筋选用4 25（As=1964mm2），箍筋配置8300，如图。,（2）截面承载力复核 已知：柱截面尺寸bh，计算长度 ，纵筋数量及级别，混凝土强度等级。 求：柱的受压承载力Nu，或已知轴向力设计值，判断截面是否安全。,【解】查表得 =300N/ mm2，fc=11.9N/mm2， =1256 mm2,（1）确定稳定系数,l0/b=4500/300=15,=0.911,（2）验算配筋率,（3）确定柱截面
10、承载力,=0.90.911(11.9300300+3001256),=1187.05103N=1187.05kNN=800kN,此柱截面安全。,1、偏心受压构件破坏特征,当e0 很小时，接近轴压构件 当e0 较大时，接近受弯构件,按偏心距和配筋的不同，偏压构件可分为受拉破坏和受压破坏,当偏心距e0较大，且受拉钢筋不太多时，发生受拉破坏。,当偏心距e0较小，或偏心距e0虽不小，但受拉钢筋配置过多时，均发生受压破坏。,10.4 偏心受压构件承载力计算,大偏心钢筋混凝土受压构件破坏过程（受拉破坏）,大偏心受压破坏（受拉破坏）,破坏特征： 加载后首先在受拉区出现横向裂缝，裂缝不断发展，裂缝处的拉力转由
11、钢筋承担，受拉钢筋首先达到屈服，并形成一条明显的主裂缝，主裂缝延伸，受压区高度减小，最后受压区出现纵向裂缝，混凝土被压碎导致构件破坏。,类似于：正截面破坏中的适筋梁,属于：延性破坏,小偏心受压破坏（受压破坏）,破坏特征： 加荷后全截面受压或大部分受压，离力近侧混凝土压应力较高，离力远侧压应力较小甚至受拉。随着荷载增加，近侧混凝土出现纵向裂缝被压碎，受压钢筋屈服 ，远侧钢筋可能受压，也可能受拉，但都未屈服。,属于：脆性破坏,类似于：正截面破坏中的超筋梁,受拉破坏与受压破坏的界限,破坏的起因不同,受拉破坏（大偏心受压）：是受拉钢筋先屈服而后受压混凝土被压碎； 受压破坏（小偏心受压）：是受压部份先发
12、生破坏。,与正截面破坏类似处,受拉破坏（大偏心受压） ：与受弯构件正截面适筋破坏类似； 受压破坏（小偏心受压） ：类似于受弯构件正截面的超筋破坏。,为大偏心受压破坏（受拉破坏）,为小偏心受压破坏（受压破坏）,用界限相对受压区高度b作为界限：,2、附加偏心距和偏心距增大系数,在计算时，按照力学方法求得作用于截面上的弯矩M和轴向力N后，就可以求出N的偏心距e0=M/N，但考虑荷载作用位置的不定性、混凝土质量的不均匀性、配筋的不对称性和施工偏差等的综合影响，实际的偏心距可能发生变化，即产生了附加偏心距。因此计算时初始偏心距可按下式计算： ei=e0+ea 规范规定附加偏心距ea：取20mm和偏心方向
13、截面最大尺寸的1/30两者中的较大者。,（1）附加偏心距,2、附加偏心距和偏心距增大系数,（2）偏心距增大系数,钢筋混凝土偏心受压构件，在承受偏心压力后，会产生纵向弯曲变形，从而产生附加弯矩，又将加剧纵向弯曲变形，使得受压承载力降低，这种现象随柱的长细比和初始偏心距的增大而增大。 规范规定，采用把初始偏心距乘以一个偏心距增大系数的方法解决纵向弯曲的影响，即： 根据偏心受压构件试验挠曲线的实验结果和理论分析，规范给出了偏心距增大系数的如下计算公式：,2、附加偏心距和偏心距增大系数,（2）偏心距增大系数,，,3、对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算,对称配筋是工程中偏心受压柱的最常用配筋形
14、式。 所谓对称配筋，是指As = As，asas，并且采用同一种规格的钢筋。对于热轧钢筋，由于fyfy，因此在大偏心受压时，一般有fyAsfyAs；对小偏心受压，由于A s不屈服，fyAs s As。,采用对称配筋的原因 实际工程中，在不同的荷载组合下，受压构件常承受变号弯矩作用，当弯矩数值相差不大，可采用对称配筋。 对称配筋构造简单，施工方便，不会在施工中产生差错。,3、对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算,（1）大偏心受压（受拉破坏）,适用条件：,（保证截面为大偏心破坏）,（保证截面破坏时受压钢筋应力能达到fy）,3、对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算,（2）小偏心受压（受压破坏）,基本特征,As不屈服（特殊情况例外）,受力形式,部分截面受压,全截面受压,3、对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算,（2）小偏心受压（受压破坏）,适用条件：,识读框架配筋图,
