《建筑结构(CD) 教学课件 ppt 作者 钏芳林 马丹丁 第五章 钢筋混凝土柱》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑结构(CD) 教学课件 ppt 作者 钏芳林 马丹丁 第五章 钢筋混凝土柱（92页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 钢筋混凝土柱,邯郸职业技术学院建工系,混凝土受压、受拉构件（柱）,柱子是建筑结构中最常见的竖向承重构件，在结构中起着支撑结构，将各种作用传向基础的作用。 柱子根据受力情况的不同可分：轴心受压构件、偏心受压构件、轴心受拉构件、偏心受拉构件等。 设计内容：根据具体情况进行正截面受压承载力计算、正截面受拉承载力计算以及斜截面受剪承载力计算、裂缝宽度验算。,5.1 钢筋混凝土受压构件,受压构件根据受力情况分为轴心受压构件、单向偏心受压构件、双向偏心受压构件。,5.1.1 受压构件的基本构造要求,1. 截面形式及尺寸 截面形式：正方形、矩形、圆形及多边形，工业厂房也有工字形截面。 尺寸：一般不宜
2、小于250250，为避免构件长细比过大，一般控制在 30， 25或 25（ 为柱的计算长度，b、h分别为矩形截面的短边、长边，d为圆形截面直径）。 为了施工方便，截面尺寸应符合模数要求，b800时，以50为模数；b800时，以100为模数。当截面尺寸过大时，应选用I形或空腹截面。,2. 材料选择 混凝土：混凝土强度等级对受压构件的承载力影 响较大，通常用C20C40或更高。 钢筋：钢筋一般选用HRB335和RRB400级，高强钢 筋不能充分发挥作用，不宜选用高强钢筋来提高受压 构件的承载力。,3. 配筋 （1）纵向钢筋 作用：混凝土受压构件中外荷载主要由混凝土负 担，纵向钢筋主要是协助混凝土承
3、受压力以减小截面 尺寸，增加构件的延性，防止构件的突然脆性破坏； 同时，纵向钢筋还可以承担构件失稳破坏时，凸出面 出现的拉力以及由于荷载的初始偏心、混凝土收缩徐 变、构件的温度变形等因素所引起的拉力等。,布置：轴心受压构件的纵向钢筋应沿截面四周均 匀布置，偏心受压构件的纵筋应按计算要求布置在与 偏心压力作用平面垂直的两侧。 钢筋直径：为增加钢筋骨架的刚度，减小钢筋在 施工时的纵向弯曲及减少箍筋用量，纵筋根数宜少而 粗，纵筋根数宜少而粗，一般在1232范围内选 用，不应少于4根。 间距：纵向受力钢筋净间距不应小于50，偏心 受压柱中，垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力 钢筋以及轴心受压柱中各边
4、的纵向受力钢筋，其中距 不宜大于300。,配筋率：为使纵向钢筋起到提高受压构件截面承 载力的作用，纵向钢筋应满足最小配筋率的要求（见 附表），为了施工方便和经济要求，且全部纵向钢筋 配筋率不易超过5.0%，一般采用0.5%2.0%。 构造钢筋：当偏心受压构件的截面高度h600 时，应在截面两个侧面设置直径为1016的纵向构 造钢筋，以防止构件因温度和混凝土收缩应力而产生 裂缝，并相应地设置复合箍筋和拉筋。,（2）箍筋 作用：防止纵向钢筋受压屈曲和保证其位置的正 确性，形成钢筋骨架，便于施工。 间距、直径：间距不应大于400及短边尺寸，且 不应大于15d, d为纵向受力钢筋最小直径。 当采用热轧
5、钢筋时不应小于d/4及6，当采用冷 拔低碳钢丝时不应小于d/5及5（d为纵筋最大直 径）。当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率大于3%时， 箍筋直径不应小于8，间距不应大于纵向受力钢 筋最小直径的10倍及200。,箍筋形式：柱中箍筋应做成封闭式。当柱截面短边尺寸大于400且每边纵筋根数超过3根时，或当柱截面短边尺寸不大于400，但每边纵筋根数超过4根时，应设置复合钢筋。纵筋至少每隔一根放置于箍筋转角处，在设计中不可采用内折角钢筋。,柱中纵向受力钢筋搭接长度范围内应配置箍筋，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍。当钢筋受拉时，箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100；当钢筋受压时
6、，箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于200；当受压钢筋直径大于25时，尚应在搭接接头两个端面外100范围内各设置两个箍筋。 箍筋的数量和布置一般不需计算，只需满足构造要求即可。,5.1.2 轴心受压构件,1. 配有普通箍筋的轴心受压柱的正截面承载力计算 以恒载为主的多 层房屋的内柱、屋架 的弦杆、受压腹杆可 近似的按轴心受压构 件计算。 （1）受力分析及破坏形态 短柱（ 8）：在轴心荷载作用下，截面压应变基本为均匀分布，混凝土和钢筋始终保持共同变形；,当荷载较小时，两者应力按弹性规律分布；当荷载增加较大时，由于混凝土塑性变形发展，压缩变形增加的速度快于荷载的增长速度，而钢筋压
7、应力较混凝土应力增长快，直到屈服；破坏时，柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋之间的纵筋压曲外凸，混凝土压碎崩裂，此 时混凝土轴心受压强度设 计值为fc，纵筋抗压强度 设计值为fy。,当短柱破坏时，混凝土达到极限压应变 =0.002，相应的纵向钢筋应力值: =21050.002=400 N/mm2。 因此，当纵筋为高强度钢筋时，构件破坏时纵筋可能达不到屈服强度。显然，在受压构件内配置高强度的钢筋不能充分发挥其作用，这是不经济的。,对于长细比较大（ 8）的柱子：各种偶然因素造成的偏心距的影响不可忽略，长柱常因侧向挠度增大发生纵向弯曲破坏，破坏时凹面出现纵向裂缝，混凝土被压碎，纵向钢筋被压弯、外凸；凸面
8、混凝土出现横向裂缝，构件破坏。其承载能力低于其它条件相同的短柱。 规范采用构件的稳定系数 来表示长柱承载能力降低的程度。 以稳定系数代表长柱和短柱承载 能力之比。,主要与柱子细长比 有关。l0为柱子的计算长度，b为矩形截面的短边。 规范给出了 值的取值,见表 当 8时， =1.0； 8时， 值随 的增大而减小。 构件计算长度 与构件支撑情况有关。 对于一般的多层房屋的框架柱，梁柱为刚接的框架各层柱段。现浇楼盖：底层柱 1.0H ；其余各层柱段 1.25H。装配式楼盖：底层柱 1.25H；其余各层柱段 1.5H。,（2）正截面受压承载力计算 为了使轴心受压构件的正截面承载力计算与偏心受压构件的正
9、截面承载力计算具有相近的可靠度，规范在轴心受压构件承载力公式中引进了0.9的折减系数， 给出如下的轴心受压构件正截面承载力计算公式：,式中： Nu轴向压力承载力设计值； N轴向压力设计值； 钢筋混凝土构件的稳定系数； fc混凝土的轴心抗压强度设计值； A构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于3%时， A 应改为Ac=AAs/； fy纵向钢筋的抗压强度设计值；,（3）基本公式的应用 在实际工程中遇到的轴心受压构件的设计问题分为截面设计和截面复核两大类。 1)截面设计。 在设计截面时可以先选定材料强度等级，并根据轴向压力的大小以及房屋总体高度和建筑设计的要求确定构件截面的形状、尺寸、柱子的计算高度，然
10、后利用表（5.1）确定稳定系数，再由公式（5.1）求出所需的纵向钢筋数量。 如果计算所得纵筋的配筋率偏高，可考虑增大截面尺寸后重新计算，反之则考虑能否减小柱的截面尺寸。箍筋则按构造要求配置。,在实际工程中轴心受压构件沿截面、两个主轴方向的杆端约束条件可能不同，因此计算长度也就可能不完全相同。如正方形、圆形或多边形截面，则应按其中较大的确定。如为矩形截面，应分别按两个方向、确定，并取其中较小者带入公式（5.1）进行承载力计算。 2) 截面复核。 已知材料强度等级、构件截面尺寸、纵筋截面面积、轴力设计值、柱的计算长度，将有关数据带入公式（5.1）即可求得构件所能承担的轴向力设计值。若 ，截面安全；
11、反之则不安全。,【例5-1】某现浇框架结构房屋底层中间柱，该柱以承受恒荷载为主，按轴心受压构件计算。安全等级为二级，轴向力设计值 ,从基础顶面到一层楼盖顶面的高度 ，混凝土强度等级为C25,钢筋采用HRB400。求该柱截面尺寸及纵筋面积。,【解】 （1）初步确定截面形式和尺寸 轴心受压构件可采用方形截面，并拟截面尺寸 。 （2）查得材料强度设计值 C25混凝土 HRB400钢筋 （3）确定稳定系数 取计算长度 则 查表5-1得,（4）计算纵向钢筋截面面积 由公式（5-1） 得 可见 选筋4 22（ ）,2. 配有螺旋式（或焊接环式）箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算,螺旋箍式筋柱的应用：当轴心
12、受压构件承受的轴向荷载设计值较大，同时其截面尺寸受到限制，提高混凝土强度等级和增加纵筋用量有可能仍不能满足承受该荷载的计算要求。此时可考虑采用配有螺旋式（或焊接环式）箍筋柱，以提高构件的承载能力。 这种柱施工比较复杂，用钢量较大， 一般不宜采用。但在地震区，配置螺旋式（或焊接环式）箍筋是提高轴心受力 构件延性的有力措施。,（1）箍筋的横向约束作用 混凝土的纵向受压破坏是由于横向变形而发生的拉坏，对配置螺旋式和焊接环式箍筋的柱，沿柱高箍筋间距较密，箍筋所包围的核心混凝土，相当于受到一个套箍作用，横向变形被有效的约束，使核心区混凝土处于三向受压状态，从而间接地提高了柱的纵向受压承载力。 这种螺旋或
13、焊接环式箍筋称为间接钢筋，它不仅提高了柱的纵向承载力，更重要的是在承载力不降低的情况下，能使柱的变形能力（延性）大大增加，特别适用于抗震地区。,（2）正截面受压承载力计算 由于螺旋式（或焊接环式）箍筋的套箍作用，使核心混凝土的抗压强度fc由提高到fc1，根据混凝土圆柱体侧向均匀压应力的三轴受压实验，被约束的混凝土的轴心抗压强度可按下式计算： 式中： 螺旋式（或焊接环式）箍筋屈服时， 柱的核芯混凝土受到径向压应力。,根据纵向内外力平衡条件，受压纵筋破坏时达到其屈服强度，螺旋式（或焊接环式）箍筋所约束的核心混凝土截面面积的强度达 ，则规范给出的螺旋箍筋（或焊接环式）柱轴心受压正截面承载力的计算公式
14、为： 式中： 间接钢筋对混凝土约束的折减系数：当混凝 土强度等级不超过C50时，取1.0，当混凝土 强度等级为C80时，取0.85，其间按线性内 插法确定；,间接钢筋的抗拉强度设计值； 构件的核心截面面积：间接钢筋内表面范围内 的混凝土面积； 间接钢筋换算截面面积， ； 构件的核芯截面直径：间接钢筋内表面的距离； 单根间接钢筋的截面面积； 间接钢筋沿构件轴线方向的间距。,公式使用应注意的事项： 1） 为了保证在使用荷载作用下，箍筋外层混凝土不致过早剥落，规范规定配螺旋式（或焊接环式）箍筋的轴心受压承载力设计值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）当遇到下列任意一种情况时，
15、不考虑间接钢筋的影响。 当l0/d12时，因构件的长细比较大，可能由于初始偏心引起的侧向弯曲和附加弯矩的影响使构件的承载力降低，螺旋式（或焊接环式）箍筋不能发挥其作用。 当按公式（5.3）算得的构件承载力小于按公式（5.1）算得的承载力时，因式（5.3）中只考虑混凝土的核心截面面积，当外围混凝土较厚时，核芯面积相对较小，就会出现上述情况。,当间接钢筋的换算截面面积小于纵向钢筋全部截面面积的25%时，可以认为间接钢筋配置的太少，不能起到套箍的约束作用。 另外，为了便于施工，间接钢筋间距不宜小于40，也不应大于80及0.2。,【例5-2】 某现浇框架结构宾馆的门厅为圆形钢筋混凝土柱，直径为460mm，承受轴向压力设计值 ，从基础顶面到一层楼盖顶面的距离 ，混凝土强度等级C30，柱中纵向钢筋及箍筋分别采用HRB335和HPB235级钢筋，试进行该柱配筋计算。,【解】 （1）查得材料强度设计值 C30混凝土 HRB335钢筋 HPB235钢筋 （2）先按配有普通箍筋柱计算 取计算长度 查表5-1得 圆形柱混凝土截面面积为,
