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1、本讲预备知识：建筑力学中截面平衡的方程，第三章中双筋矩形截面受弯构件的承载力计算。本讲知识结构：1. 受压构件一般构造要求2. 轴压构件承载力计算3. 偏心受压构件分类4. 不对称配筋、对称配筋偏心受压构件基本公式和条件5. 截面设计和复核本讲内容： 4 受压构件受压构件形式 (a)轴心受压；（b）单向偏心受压；（c） 双向偏心受压构件当纵向压力作用线与构件形心轴线不重合，或在构件截面上同时作用有轴向压力和弯矩时，这类构件称为偏心受压构件，因在构件截面上，弯矩和轴向压力的共同作用可看成具有偏心距为e0的纵向压力N的作用。如果纵向压力只在一个方向偏心，则称为单向偏心受压，而在两个方向偏心时，则称
2、为双向偏心受压构件。4.1一般构造要求4.l.1 混凝土强度等级、计算长度及截面尺寸 1混凝土受压构件的承载力主要取决于混凝土，因此采用较高强度等级的混凝土是经济合理的。2计算长度 混凝土规范规定轴心受压和偏心受压柱的计算长度可按下列规定取用：1)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；其余各层柱。装配式楼盖：底层柱，其余各层柱段。2)对按无侧移考虑的框架结构，如具有非轻质填充墙且梁柱为刚接的框架各层柱，当框架为三跨及三跨以上，或为两跨且框架总宽度不少于其总高度的1/3 时，其计算长度可取为。以上规定中，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
3、、下两层楼盖顶面之间的高度。3截面尺寸 一般应控制在及 (为矩形截面的短边，为长边)。当柱截面的边长在800以下时，截面尺寸以50为模数，边长在800以上时，以100为模数。4.1.2 纵向钢筋及箍筋1纵向钢筋 在受压构件中，采用高强度钢筋不能充分发挥作用，因而不宜选用高强度钢筋来提高受压构件的承载力，设计中一般采用HRB400和HRB335级钢筋纵向钢筋。受压构件全部纵向钢筋的配筋率不得小于0.6。偏心受压构件中的一侧纵向钢筋的最小配筋率为0.2。从经济和施工方面考虑，为了不使截面配筋过于拥挤，全部纵向钢筋配筋率不宜超过5。纵向受力钢筋直径不宜小于12。通常在1232范围内选用。柱中宜选用根
4、数较少、直径较粗的钢筋，但根数不得少于4根。 当偏心受压柱的时，在侧面应设置直径为1016的纵向构造钢筋，并相应地设置复合箍筋或拉筋。柱中纵向受力钢筋的中距不应大于300。 2箍筋 受压构件中的箍筋应为封闭式的。箍筋一般采用HPB235级钢筋，其直径不应小于，且不应小于6。此处，为纵向钢筋的最大直径。 箍筋间距不应大于400及构件截面的短边尺寸；同时不应大于15，为纵向钢筋的最小直径。当柱中全部纵向钢筋的配筋率超过3时，箍筋直径不宜小于8，且应焊成封闭式，其间距不应大于l0(为纵向钢筋的最小直径)，且不应大于200。 当柱截面短边尺寸大于400且每边纵筋根数超过3根时，应设置复合箍筋；当柱的短
5、边尺寸不大于400，且纵向钢筋不多于4根时，可不设置复合箍筋(图43)。 图43 受压构件构造要求4.2轴心受力构件 4.2.1轴心受压构件一、轴心受压构件的破坏特征 1轴心受压短柱的破坏特征 在N作用下整个截面的应变是均匀分布的，由于钢筋和混凝土之间存在着黏结力，钢筋和混凝土是共同变形的，它们之间的压应变是相等的，即。当短柱破坏时，混凝土达到极限压应变0.002，也即认为此时混凝土达到轴心抗压强度，相应的纵向钢筋应力值对于热轧钢筋已达到屈服强度，但对于屈服强度超过400的钢筋，其抗压强度设计值只能取，显然，在受压构件内配置过高强度的钢筋是不能充分发挥其高强度的作用，这是不经济的。 2轴心受压
6、长柱的破坏特征试验表明，柱的长细比越大，其承载力越低，在确定轴心受压构件承载力计算公式时，规范采用构件的稳定系数来表示长柱承载力降低的程度。主要和构件的长细比有关，(为柱的计算长度,为截面的短边尺寸)，设计时可直接查用。当 8时，值等于1。 二、普通箍筋柱的正截面承载力计算 承载力由混凝土强度和纵向受力钢筋两部分组成，对细长构件还要考虑纵向弯曲的影响。混凝土结构规范考虑到初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性，引入承载力折减系数0.9，根据力的平衡条件， 当纵向钢筋配筋率大于3时，式中应改为。表41构件的稳定系数 81012141618202224262878.510.512
7、1415.517192122.52428354248556269768390971O.98O.95O.92O.87O.81O.75O.70O.65O.60O.563032343638404244464850262829.5313334.536.5384041.543104111118125132139146153160167174O.52O.48O.44O.40O.36O.32O.29O.26O.23O.21O.19 【例41】 某现浇底层钢筋混凝土轴心受压柱，截面尺寸，采用420的HRB335级钢筋()，混凝土C25()，柱高4.5，承受轴向力设计值800，试校核此柱是否安全。 【解】(1)
8、确定稳定系数 ， 查表41得。 (2)确定柱截面承载力 由式(4-1)得 故此柱截面安全。4.3 偏心受压构件正截面承载力计算4.3.1 偏心受压构件破坏形态1.大偏心受压破坏（受拉破坏）轴向力的偏心距较大，且纵筋的配筋率不高时，构件的破坏是由于受拉钢筋首先到达屈服，然后压区混凝土被压碎，其承载力主要取决与受拉钢筋，故称为受拉破坏。这种破坏有明显的预兆，横向裂缝显著开展，变形急剧增大，具有塑性破坏的性质。形成这种破坏的条件时：偏心距较大，且纵向配筋率不高，因此，称为大偏心受压破坏(图45a)。2小偏心受压破坏(受压破坏)当轴向力偏心距较小，构件截面大部或全部受压，或轴向力偏心距较大，却配置了较
9、多受拉钢筋，在构件破坏时，受压区边缘混凝土达到极限压应变值，受压钢筋应力达到抗压屈服强度，离轴向力较远一侧的钢筋不论受拉还是受压，其应力一般都达不到屈服强度，属于脆性破坏。其承载力取决于受压区混凝土及受压钢筋，故称为受压破坏，这种破坏缺乏明显的预兆，具有脆性破坏的性质。 3大、小偏心界限 在“受拉破坏”和“受压破坏”之间存在着一种界限状态，称为“界限破坏”。在受拉钢筋应力达到屈服强度的同时，受压混凝土被压碎。 根据界限破坏特征和平截面假定，界限破坏形态的相对受压区高度仍可按式(37)确定。当时，为大偏心受压破坏形态；当时，为小偏心受压破坏形态。4.3.2 偏心受压构件正截面承载力计算一、附加偏
10、心距 和初始偏心距 由于实际工程中荷载作用位置的不定性，混凝土质量的不均匀性及施工的偏差等因素，都可能产生附加偏心距，偏心距有可能增大或减小，混凝土规范规定，附加偏心距取20和偏心方向截面尺寸的1/30两者中的较大值。即 (4-2) 则初始偏心距为 (4-3) 式中轴向力对截面重心的偏心距，； 二、偏心受压构件纵向弯曲影响考虑到侧向挠度会引起附加内力，也即二阶效应。混凝土规范中对长细比较大的偏心受压构件，采用将轴向压力对截面重心的初始偏心距乘以一个偏心距增大系数来近似考虑二阶效应的影响。规范给出了偏心距增大系数计算公式: (4-4) (4-5) (4-6)式中构件的计算长度，； 偏心受压构件的
11、截面曲率修正系数，当时，取； 构件长细比对截面曲率的影响系数，当时，取 对于长细比小的短柱，当长细比时取。 三、矩形截面不对称配筋偏心受压构件正截面承载力计算判别两种偏心受压情况的基本条件是： （）为大偏心受压，反之为小偏压构件。当均未知时，无法计算受压区高度，此时，可按下面方法进行初步判别：当时，可按大偏压计算，当时可按小偏压计算。 1大偏心受压情况() 为简化计算，受压区混凝土曲线压应力图用等效矩形应力图来替代，矩形应力图的应力值取为，受压区高度为x，如图47所示。根据截面应力图形，可以得到正截面承载力计算公式 (4-7) (4-8) e轴向力作用点至受拉钢筋As合力点之间的距离，； (4
12、-9) 为了保证受拉钢筋、受压钢筋应力分别达到屈服强度， 平衡方程须满足下列适用条件：(1)(2)若正截面承载力按下式计算 (4-10) （411） 2小偏心受压情况()小偏心受压破坏时，受压区混凝土被压碎，受压钢筋达到屈服强度，远侧钢筋可能受拉或受压，但都不屈服。根据截面应力图形可得 (4-12) (4-13) (4-14)式中 受压区计算高度，当时，取 离轴力较远一侧钢筋的应力值，在N较大，而较小的全截面受压情况下，有可能发生首先在轴向力作用另一侧混凝土被压碎的“反向破坏”。为了避免发生这种破坏，混凝土规范规定，对小偏心受压构件，除按上述公式（4-12）、（4-13）计算外，当还应满足下列
13、条件： （4-15）式中，为轴向力N至合力作用点的距离， （4-16）除此之外，对小偏心受压构件，还应考虑构件在垂直与弯距作用平面内，按轴心受压构件计算的承载力有可能小于弯距作用平面内的承载力。故还应验算垂直与弯距作用平面按轴心受压构件计算的承载力。四、对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算 1截面设计 偏心受压构件在各种不同荷载组合下，在同一截面内可能承受不同符号的弯矩，当这两种不同符号的弯距相差不大时，为便于设计和施工，宜采用对称配筋，即 。(1) 大偏心受压情况（），基本方程如下： (4-17) (4-18)由式（4-17）可得 ，因此在截面设计时，可直接用来判别大小偏压构件。 代入式（4-1
