第四章--受壓構(gòu)件..ppt

受壓構(gòu)件,概述,根據(jù)受力的方向是指向截面，還是離開截面，可分為縱向受壓構(gòu)件和縱向受拉構(gòu)件；根據(jù)力的作用線與截面軸線的位置關(guān)系，可分為軸心受力構(gòu)件和偏心受力構(gòu)件。其中,偏心受力構(gòu)件，又可以分為單向偏心和雙向偏心。,第四章,受壓構(gòu)件構(gòu)造要求,材料強度,混凝土規(guī)范規(guī)定受壓鋼筋的最大抗壓強度為400N/mm2。,混凝土：一般柱中采用C25及以上等級，對于高層建筑的底層柱可采用更高強度等級的混凝土，例如采用C40或以上；,縱向鋼筋：一般采用HRB400和HRB335級熱軋鋼筋。,截面型式及尺寸要求,截面形狀：正方形、矩形、圓形、環(huán)形。軸心受壓柱以方形為主，偏心受壓柱以矩形為主,第四章,受壓構(gòu)件構(gòu)造要求,截面型式及尺寸要求,截面尺寸：一般應(yīng)符合:l0/h25以及l(fā)0/b30,方形與矩形截面的尺寸不宜小于250mm250mm,柱截面邊長在800mm以下者，宜取50mm的倍數(shù)；在800mm以上者，取為100mm的倍數(shù),第四章,受壓構(gòu)件構(gòu)造要求,配筋構(gòu)造,（1）縱向受力鋼筋,作用：一協(xié)助混凝土承受壓力，以減小構(gòu)件尺寸；二承受可能的彎矩，以及混凝土收縮和溫度變形引起的拉應(yīng)力；三防止構(gòu)件突然的脆性破壞。,第四章,受壓構(gòu)件構(gòu)造要求縱筋的構(gòu)造,布置方式：,（1）縱向受力鋼筋,軸心受壓柱的縱向受力鋼筋應(yīng)沿截面四周均勻?qū)ΨQ布置；偏心受壓柱的縱向受力鋼筋放置在彎矩作用方向的兩對邊；圓柱中縱向受力鋼筋宜沿周邊均勻布置。,第四章,受壓構(gòu)件構(gòu)造要求縱筋的構(gòu)造,縱筋直徑與根數(shù)：,直徑d不宜小于12mm，通常采用1232mm，一般宜采用根數(shù)較少，直徑較粗的鋼筋，以保證骨架的剛度。,方形和矩形截面柱中縱向受力鋼筋不少于根，圓柱中不宜少于8根且不應(yīng)少于6根。,縱向受力鋼筋的凈50mm，中距300mm。,（1）縱向受力鋼筋,第四章,受壓構(gòu)件構(gòu)造要求縱筋的構(gòu)造,縱筋的配筋率：,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中縱向受力鋼筋的最小配筋率（）,受壓鋼筋的配筋率一般不超過3，通常在0.52之間。,偏心受壓構(gòu)件縱筋的配筋方式：,對稱配筋：在柱的彎矩作用方向的兩對邊對稱布置相同的縱向受力鋼筋。,非對稱配筋：在柱的彎矩作用方向的兩對邊布置不同的縱向受力鋼筋。,第四章,受壓構(gòu)件構(gòu)造要求,配筋構(gòu)造,作用：保證縱向鋼筋的位置正確，防止縱向鋼筋壓屈，從而提高柱的承載能力。,（2）箍筋,第四章,受壓構(gòu)件構(gòu)造要求箍筋的構(gòu)造,受壓構(gòu)件中的箍筋，應(yīng)做成封閉式。箍筋直徑不應(yīng)小于d/4（d為縱向鋼筋的最大直徑），且不應(yīng)小于6mm。箍筋間距不應(yīng)大于400mm及構(gòu)件截面的短邊尺寸，且不應(yīng)大于15d（d為縱向受力鋼筋的最小直徑）。,柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率超過3時，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm，間距不應(yīng)大于10d（d為縱向受力鋼筋的最小直徑），且不應(yīng)大于200mm；末端做成135彎鉤，平直段長度10d。,在縱筋搭接長度范圍內(nèi)，箍筋的直徑不宜小于搭接鋼筋直徑的0.25倍。搭接鋼筋受拉時，箍筋間距S不應(yīng)大于5d，且不應(yīng)大于100mm；搭接鋼筋受壓時，箍筋間距S不應(yīng)大于10d，且不應(yīng)大于200mm。當搭接受壓鋼筋直徑大于25mm時，應(yīng)在搭接接頭兩個端面外50mm范圍內(nèi)各設(shè)置2根箍筋。,第四章,受壓構(gòu)件構(gòu)造要求箍筋的構(gòu)造,當柱截面短邊尺寸大于400mm且各邊縱向受力鋼筋多于3根時，或當柱截面短邊尺寸不大于400mm但各邊縱向鋼筋多于4根時，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋，以防止中間鋼筋被壓屈。復(fù)合箍筋的直徑、間距與前述箍筋相同。,復(fù)合箍筋,偏壓柱h600mm時，應(yīng)設(shè)置1016mm的縱向構(gòu)造鋼筋。,第四章,受壓構(gòu)件構(gòu)造要求箍筋的構(gòu)造,受壓構(gòu)件復(fù)合菱形箍筋,受壓構(gòu)件復(fù)合井字箍筋,偏壓柱h600mm時，應(yīng)設(shè)置1016mm的縱向構(gòu)造鋼筋。,第四章,受壓構(gòu)件構(gòu)造要求箍筋的構(gòu)造,對于截面形狀復(fù)雜的構(gòu)件，不可采用具有內(nèi)折角的箍筋。其原因是，內(nèi)折角處受拉箍筋的合力向外。,第四章,軸心受壓構(gòu)件承載力計算,配置縱筋和普通箍筋的柱，稱為普通箍筋柱；配置縱筋和螺旋筋或焊接環(huán)筋的柱，稱為螺旋箍筋柱或間接箍筋柱。,螺旋筋或焊接環(huán)筋的套箍作用可約束核心混凝土的橫向變形，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而間接地提高混凝土的縱向抗壓強度。,普通箍筋柱中，箍筋是構(gòu)造鋼筋。螺旋箍筋柱中，箍筋既是構(gòu)造鋼筋又是受力鋼筋。,第四章,軸心受壓構(gòu)件承載力計算,軸心受壓構(gòu)件的破壞特征：,1、軸心受壓短柱,隨著荷載的增大，構(gòu)件變形迅速增大，此時混凝土塑性變形增加，彈性模量降低，應(yīng)力增加緩慢，而鋼筋應(yīng)力的增加則越來越快。臨近破壞時，柱子表面出現(xiàn)縱向裂縫，箍筋之間的縱筋壓屈外凸，混凝土被壓碎崩裂而破壞。破壞時混凝土的應(yīng)力達到棱柱體抗壓強度fc。,按照長細比l/b的大小，軸心受壓柱可分為短柱和長柱兩類。對方形和矩形柱，當l/b8時屬于短柱，否則為長柱。其中l(wèi)為柱的計算長度，b為矩形截面的短邊尺寸。,第四章,軸心受壓構(gòu)件承載力計算,軸心受壓構(gòu)件的破壞特征：,1、軸心受壓短柱,隨著荷載的增大，構(gòu)件變形迅速增大，此時混凝土塑性變形增加，彈性模量降低，應(yīng)力增加緩慢，而鋼筋應(yīng)力的增加則越來越快。臨近破壞時，柱子表面出現(xiàn)縱向裂縫，箍筋之間的縱筋壓屈外凸，混凝土被壓碎崩裂而破壞。破壞時混凝土的應(yīng)力達到棱柱體抗壓強度fc。,按照長細比l/b的大小，軸心受壓柱可分為短柱和長柱兩類。對方形和矩形柱，當l/b8時屬于短柱，否則為長柱。其中l(wèi)為柱的計算長度，b為矩形截面的短邊尺寸。,第四章,軸心受壓構(gòu)件承載力計算,當短柱破壞時，混凝土達到極限壓應(yīng)變=0.002，相應(yīng)的縱向鋼筋應(yīng)力值=Es=21050.002=400N/mm2。因此，當縱筋為高強度鋼筋時，構(gòu)件破壞時縱筋可能達不到屈服強度。顯然，在受壓構(gòu)件內(nèi)配置高強度的鋼筋不能充分發(fā)揮其作用，是不經(jīng)濟的。,軸心受壓構(gòu)件的破壞特征：,第四章,長柱破壞形態(tài),(2)長柱的承載能力計算實際工程中構(gòu)件的初始偏心是不可避免的，對于長柱而言側(cè)向彎曲不能忽略，構(gòu)件將在壓力和彎矩的共同作用下，在壓應(yīng)力較大的一側(cè)首先出現(xiàn)縱向裂縫，接著混凝土被壓碎，縱向鋼筋壓彎向外凸出，由于混凝土柱失去平衡，壓應(yīng)力較小的一側(cè)的混凝土受力狀態(tài)將迅速發(fā)生變化，由受壓變?yōu)槭芾?，?gòu)件破壞。長柱的承載能力比短柱低，規(guī)范引入了穩(wěn)定系數(shù)來表示長柱承載能力的降低程度。,第四章,軸心受壓構(gòu)件承載力計算,2、軸心受壓長柱,破壞時首先在凹邊出現(xiàn)縱向裂縫，接著混凝土壓碎，縱筋壓彎外凸，側(cè)向撓度急速發(fā)展，最終柱子失去平衡，凸邊混凝土拉裂而破壞。長細比較大時，可能發(fā)生“失穩(wěn)破壞”。,軸心受壓構(gòu)件的破壞特征：,第四章,軸心受壓構(gòu)件承載力計算,長短柱的承載力：,在同等條件下，（即截面相同，配筋相同，材料相同），長柱受壓承載能力低于短柱受壓承載能力。,混凝土設(shè)計規(guī)范采用穩(wěn)定系數(shù)來表示長柱承載力的降低程度按規(guī)范表7.3.1采用。設(shè)計中全部受壓鋼筋的配筋率不應(yīng)超過5%，一般為0.52%，但也不應(yīng)小于0.6%，同一側(cè)配筋不應(yīng)小于0.2%,長細比l0/b越大，值越小,l0/b8為短柱l0/b8為長柱,式中l(wèi)0柱的計算長度;b矩形截面的短邊尺寸,（d為截面直徑）,（i為截面最小回轉(zhuǎn)半徑）,構(gòu)件的計算長度l0與構(gòu)件兩端支承情況有關(guān)。,第四章,軸心受壓構(gòu)件承載力計算,1、基本公式,式中系數(shù)0.9，是考慮到初始偏心的影響，以及主要承受恒載作用的軸心受壓柱的可靠性，引入的承載力折減系數(shù)。,Nu軸向壓力承載力設(shè)計值N軸向壓力設(shè)計值fc混凝土的軸心抗壓強度設(shè)計值A(chǔ)構(gòu)件截面面積，當配筋率大于3%時，A應(yīng)改為Ac=AAsfy縱向鋼筋的抗壓強度設(shè)計值A(chǔ)s全部縱向鋼筋的截面面積,普通箍筋柱的正截面承截力計算,第四章,柱的計算長度l0取值:,注：表中H對底層柱為從基礎(chǔ)頂面到一層樓蓋頂面的高度；對其余各層柱為上下兩層樓蓋頂面之間的高度。,軸壓構(gòu)件承載力計算,第四章,軸壓構(gòu)件承載力計算普通箍筋柱,截面設(shè)計：,已知：構(gòu)件截面尺寸bh，軸向力設(shè)計值N，構(gòu)件的計算長度l0，材料強度等級fcfy求：縱筋截面面積As,計算步驟：詳見上圖軸心受壓構(gòu)件截面設(shè)計步驟,若構(gòu)件截面尺寸bh為未知，則可先根據(jù)構(gòu)造要求假定柱截面尺寸bh，然后按上述步驟計算As?？v向鋼筋配筋率宜在0.5%2%之間。若配筋率過大或過小，則應(yīng)調(diào)整b、h，重新計算As。也可先假定和的值（常可假定=1，=1%）由下式計算出構(gòu)件截面面積，進而得出bh：,第四章,軸壓構(gòu)件承載力計算普通箍筋柱,截面復(fù)核:,已知：柱截面尺寸bh，計算長度l0，縱筋數(shù)量As以及級別fy，混凝土強度等級fc求：柱的受壓承載力Nu，或已知軸向力設(shè)計值，判斷是否安全,計算步驟，詳見右圖軸心受壓構(gòu)件截面復(fù)核步驟,第四章,第四章,例題5-1某無側(cè)移多層現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)的第二層中柱，承受軸心壓力N=1840KN，樓層高H=5.4m，混凝土等級為C30（fc=14.3N/mm2）,用HRB400級鋼筋配筋（fy=360N/mm2）,是設(shè)計該截面。解：初步確定截面尺寸按工程經(jīng)驗假定受壓鋼筋配筋率為0.8%，先不考慮穩(wěn)定系數(shù)的影響，按普通箍筋柱正截面承載能力計算公式確定截面尺寸。,將截面設(shè)計成正方形,則有：bh1190000.5345（mm）取：bh350mm,第四章,第四章,1螺旋箍筋柱的受力特點：螺旋箍筋柱的箍筋既是構(gòu)造鋼筋又是受力鋼筋。由于螺旋筋或焊接環(huán)筋的套箍作用可約束核心混凝土（螺旋筋或焊接環(huán)筋所包圍的混凝土）的橫向變形，使得核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而間接地提高混凝土的縱向抗壓強度。2螺旋箍筋的構(gòu)造：螺旋箍筋柱的截面形狀一般為圓形或正八邊形。箍筋為螺旋環(huán)或焊接圓環(huán)，間距不應(yīng)大于80mm及0.2dcor（dcor為構(gòu)件核心直徑，即螺旋箍筋內(nèi)皮直徑），且不宜小于40mm。間接鋼筋的直徑應(yīng)符合柱中箍筋直徑的規(guī)定。,軸壓構(gòu)件承載力計算,螺旋箍筋柱簡介,第四章,5.1.2螺旋箍筋柱和焊接環(huán)式箍筋柱的配筋計算,（1）破壞特征由于混凝土受壓柱在軸向壓力的作用下，將產(chǎn)生與軸向壓力方向平行的垂直裂縫并最后導(dǎo)致破壞。橫向變形產(chǎn)生的拉力是其破壞的原因，當采用混凝土螺旋箍筋柱后，箍筋的徑向約束作用，使箍筋所包圍的混凝土核心區(qū)域受到了徑向壓應(yīng)力的作用，其在三向壓應(yīng)力的作用下工作，從而提高了柱的承載能力。破壞時箍筋的拉應(yīng)力達到屈服，混凝土被壓碎。（2）正截面承載能力計算規(guī)范采用如下表達式：,第四章,式中：Acor構(gòu)件的核心面積，Acor=d2cor4dcor構(gòu)件核心直徑，算至箍筋內(nèi)皮，見圖5-5ASSO螺旋式或焊接環(huán)式單根間接鋼筋換算截面積,5-5,ASS1單根箍筋面積間接鋼筋對混凝土的約束折減系數(shù)，C50以下取1.0，C80取0.85，其間線性內(nèi)差。,第四章,（3）應(yīng)用應(yīng)注意的問題螺旋箍筋柱的承載能力不得大于普通箍筋柱承載能力的1.5倍；如遇下列情況之一，不考慮螺旋箍筋的影響，按普通箍筋柱計算承載力當l0/d12,因細長比太大，螺旋箍筋對混凝土的約束作用難以發(fā)揮；按螺旋箍筋柱算得的承載力比按普通箍筋柱算得的還低；當間接鋼筋的換算面積ASSO小于全部縱筋面積的25%，螺旋箍筋或焊接環(huán)式箍筋間距不應(yīng)大于dcor/5