3.4受压构件的截面承载力

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1、引 言,双向偏心受压构件,单向偏心受压构件,受压构件类型,偏心受压构件,轴心受压构件,3.4 受压构件的截面承载力,破坏形态,斜截面破坏,正截面破坏,由M与N引起的破坏,由M、N与V引起的破坏,受力类型,偏心受压构件,受弯构件,N=0, M0,N0, M=0,轴心受压构件,N0, M0,引 言,主要内容,受压构件一般构造轴心受压构件正截面受压承载力偏心受压构件正截面受压破坏形态偏心受压长柱的二阶弯矩矩形截面正截面受压承载力的一般计算公式不对称配筋矩形截面正截面承载力计算对称配筋矩形截面正截面承载力计算正截面承载力Nu-Mu相关曲线及其应用,主要内容,3.4.1 受压构件一般构造,截面形式与尺寸

2、 采用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。 圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。 柱的截面尺寸不宜过小，一般应控制在l0/b30及l0/h25。 当柱截面的边长在800mm以下时，一般以50mm为模数，边长在800mm以上时，以100mm为模数。,材料的选择混凝土：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C25C40，在高层建筑中，C50C60级混凝土也经常使用。钢 筋：纵筋通常采用HRB335级、 HRB400级和RRB400级钢筋，不宜过高。箍筋通常采用HRB335级和 HRB400级，也可采用RRB4

3、00级钢筋。,截面与材料,纵向钢筋 为提高受压构件的延性，减少混凝土收缩和温度变化产生的拉应力，规定了受压钢筋的最小配筋率。 规范规定，轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.6%；当混凝土强度等级大于C50时不应小于0.7%；一侧受压钢筋的配筋率不应小于0.2%，受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。 另一方面，考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量，全部纵筋配筋率不宜超过5%。 全部纵向钢筋的配筋率按r =(As+As)/A计算，一侧受压钢筋的配筋率按r =As/A计算，其中A为构件全截面面积。,纵 筋,纵向钢筋 柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于12mm，且选配钢筋时

4、宜根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于4根，圆形截面根数不宜少于8根，且应沿周边均匀布置。 当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净距不应小于50mm 。 对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小净距应按梁的规定取值。 截面各边纵筋的中距不应大于300mm。当h600mm时，在柱侧面应设置直径1016mm的纵向构造钢筋，并相应设置附加箍筋或拉筋。,纵 筋,柱的钢筋接头,纵向钢筋的搭接位置一般在楼面大梁顶面，钢筋搭接长度为l1。,偏心受压柱的纵向构造钢筋与复合箍筋,纵 筋,箍 筋 受压构件中箍筋应采用封闭式，其直径不应小于d/4，且不小于6mm，此处d为纵筋的最大直径。 箍筋间距对绑扎钢筋骨架，箍筋间距不应

5、大于15d；对焊接钢筋骨架不应大于20d（d为纵筋的最小直径）且不应大于400mm，也不应大于截面短边尺寸 当柱中全部纵筋的配筋率超过3%，箍筋直径不宜小于8mm，且箍筋末端应作成135的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径，或焊成封闭式；箍筋间距不应大于10倍纵筋最小直径，也不应大于200mm。 当柱截面短边大于400mm，且各边纵筋配置根数超过3根时，或当柱截面短边不大于400mm，但各边纵筋配置根数超过4根时，应设置复合箍筋。 对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以避免箍筋受拉时产生向外的拉力，使折角处混凝土破损。,箍 筋,复杂截面的箍筋形式,箍 筋,3.4.2 轴心

6、受压构件正截面受压承载力, 在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。 通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。 但有些构件，如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。,普通箍筋柱：纵筋的作用？ 箍筋的作用？,螺旋箍筋柱：箍筋的形状为圆形，且间距较密，其作用？,概 述,概 述,概 述,纵筋的作用： 协助混凝土受压受压钢筋最小配筋率：0.6% (单侧0.2%) 承担弯矩作用 减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。试验表明，收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝土向钢筋转移，从而使钢筋

7、压应力不断增长。压应力的增长幅度随配筋率的减小而增大。如果不给配筋率规定一个下限，钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准。,概 述,箍筋的作用：与纵筋形成骨架，便于施工；防止纵筋的压屈；对核心混凝土形成约束，提高混凝土的抗压强度，增加构件的延性。,普 通 箍 筋 柱,一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算,1. 破坏形态及受力分析,截面应变大体上均匀分布，随着外荷增大，纵筋先达到屈服，随着荷载增加，最后混凝土达到最大应力值。,为什么？,短柱,普 通 箍 筋 柱,一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算,1. 破坏形态及受力分析,截面应变大体上均匀分布，随着外荷增大，纵

8、筋先达到屈服，随着荷载增加，最后混凝土达到最大应力值。,设计时，偏安全取c=0.002，混凝土达到fc ，此时钢筋的应力为：,短柱,故不宜采用高强钢筋,普 通 箍 筋 柱,一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算,1. 破坏形态及受力分析,长柱,在轴力和弯矩的共同作用下发生破坏，首先在构件凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压曲外凸，凸侧混凝土出现横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子被破坏。,初始偏心距由初始偏心距引起的附加弯矩,2. 承载力计算,轴心受压短柱,轴心受压长柱,稳定系数,稳定系数j 主要与柱的长细比l0/i有关,普 通 箍 筋 柱,构件的计算长度 l0 与构件两端的支承情况

9、有关:,轴心受压和偏心受压柱的计算长度l0可按下列规定取用:,(1)刚性屋盖单层房屋排架柱、露天吊车柱和栈桥柱：,(2)对一般多层房屋的框架柱,梁柱为刚接的框架各层柱段：,现浇楼盖 底层柱段 其余各层柱段,装配式楼盖 底层柱段 其余各层柱段,H对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度,对其余各层柱为上下两层楼盖顶面之间的高度。,3. 公式的应用,普 通 箍 筋 柱,截面设计问题,（1）根据构造要求及经验，确定定截面尺寸（b，h）,求：,步骤：,已知：,（2）计算 l0，确定,（4）选配筋并绘制配筋图。,（3）计算As,3. 公式的应用,普 通 箍 筋 柱,截面校核问题,求：,步骤：,已知：,（

10、2）计算Nu,则,则,若,若,（1）确定,混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度,二、轴心受压螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算,螺 旋 箍 筋 柱,螺 旋 箍 筋 柱,螺旋箍筋柱与普通箍筋柱力位移曲线的比较,1.螺旋式箍筋的选用场合 当轴心受压构件承受的轴向荷载设计值较大同时截面 尺寸由于各种原因受到限制，可考虑配置螺旋式箍筋。 在地震区，配置螺旋式箍筋能大大提高构件的延性。 螺旋式箍筋施工复杂，成本较高，不宜普遍采用。,2.间接钢筋概念 对配置螺旋式箍筋的柱，箍筋所包围的核芯混凝土，相当于受到一个套箍作用，有效地限制了核芯混凝土的横向变形，使核芯混凝土在三向压应力作用下工作，从而提高承载力

11、，间接提高了纵向抗压强度.,3.间接钢筋对提高受压构件受力性能的作用,试验结果表明，与普通箍筋柱相比，螺旋箍筋柱的承载力高，变形能力大。,4.螺旋式箍筋柱的构造形式,5.配螺旋式箍筋轴心受压正截面承载力计算:,正截面受压承载力图,前式的使用注意事项:,为保证在使用荷载作用下，箍筋外层混凝土不致于 过早剥落，规范规定配螺旋式箍筋不应比按普通箍筋的轴心受压承载力设计值算得的大50%。,(2)当长细比 l0/d 12时，螺旋式箍筋不能发挥作用， 按普通箍筋柱计算公式计算构件承载力,(3)按前式算得承载力小于普通箍筋柱计算公式算得 的承载力，采用普通箍筋柱计算公式,(4)当间接钢筋的换算截面面积Ass

12、0小于纵向钢筋全部 截面面积As的25%，采用普通箍筋柱计算公式,螺 旋 箍 筋 柱,规范规定： 按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的50%； 对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不是全部受压，螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。因此，对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用； 螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距S有关，为保证约束效果，螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋As面积的25%； 螺旋箍筋的间距S不应大于dcor/5，且不大于80mm，同时为方便施工，S也不应小于40mm。,思路：,螺 旋 箍 筋 柱,一个公式，需配置两种钢筋，其As

13、s1=? As=？,假定受压筋As,由公式计算出Asso,假定箍筋直径d，去求出S或假定S求箍筋直径d,公式应用,【例1】某现浇多层钢筋混凝土框架结构，底层中柱按轴心受压构件计算，柱高H=6.4m，柱截面面积bh=400mm400mm，承受轴向压力设计值N=2450kN，采用C30级混凝土（fc=14.3N/mm2），HRB335级钢筋（fy=300N/mm2），求纵向钢筋面积，并配置纵向钢筋和箍筋。【解】（1） 求稳定系数。柱计算长度为l0=1.0H=1.06.4m=6.4m且l0/b=16查表3.4.1得=0.87。,（2） 计算纵向钢筋面积As。由公式 N0.9 (fcA+fyAs）得：

14、As=2803mm2（3） 配筋。 选用纵向钢筋822(As=3041mm2)。 箍筋为：直径dd/4=3.4.5mm d6mm 取6 间距s400mm sb=400mm s15d=330mm取s=300mm所以，选用箍筋6300。,（4） 验算=1.9%0.5%满足最小配筋率的要求。3%不必用A-As代替A。（5） 画截面配筋图(见下图）。,截面配筋图,【例2】某建筑安全等级为二级的无侧移现浇多层框架的中间柱如右图所示，采用C25级混凝土（fc=11.9N/mm2），HRB335级纵筋，每层楼盖传至柱上的荷载设计值为430.6kN，试设计第一层柱。【解】（1） 初选柱截面尺寸。假定各层柱截面尺寸均为 350mm350mm。,（2） 计算轴向力设计值。柱自重标准值为：（24.8+7.2+1.3)0.350.3525= 53.4.43kN第一层柱底的轴向力设计值N为N=3430.6+1.253.4.43=1358.3kN,由表得=1.0。l0= H=1.0(7.2+1.3)=8.5ml0/b=24.28,查表P57表3-8得=0.64。(3) 计算纵筋用量。由式N0.9 (fcA+fyAs）得：As=3001.4mm2选配822（As=3041mm2)。实际配筋率=As/bh=2.48%min=0.5%也小于3%。配筋见下图所示。箍筋选配6200，与基础钢筋搭接处箍筋选6150。,