第十章_鋼筋混凝土受壓構件

1、第十章第十章 鋼筋混凝土受壓構件鋼筋混凝土受壓構件本章主要內容本章主要內容 1. 1. 受壓構件的分類；受壓構件的分類； 2. 2. 受壓構件的構造受壓構件的構造 3. 3. 軸心受壓構件承載力計算；軸心受壓構件承載力計算； 4. 4. 偏心受壓構件正截面承載力計算；偏心受壓構件正截面承載力計算； 10.1 受壓構件的分類受壓構件的分類常見的鋼筋混凝土受壓構件： 柱子柱子桁架中的壓桿桁架中的壓桿受壓構件（柱）受壓構件（柱）往往在結構中往往在結構中具有重要作用，一旦產(chǎn)生破壞，具有重要作用，一旦產(chǎn)生破壞，往往導致整個結構的損壞，甚至往往導致整個結構的損壞，甚至倒塌。倒塌。 10.1 受壓構件的分類

2、受壓構件的分類受壓構件的分類： 受壓構件按其軸向力作用線與構件截面形心軸線之間受壓構件按其軸向力作用線與構件截面形心軸線之間相互位置的不同，可分為軸心受壓構件和偏心受壓構件。相互位置的不同，可分為軸心受壓構件和偏心受壓構件。 軸心受壓構件軸心受壓構件施工中施工中的安裝的安裝偏差、偏差、混凝土混凝土的非均的非均質性、質性、配筋的配筋的不對稱不對稱性、荷性、荷載實際載實際作用位作用位置的偏置的偏差差 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造材料混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范規(guī)定受壓鋼筋的最大抗壓強度為規(guī)定受壓鋼筋的最大抗壓強度為400N/mm2。 混凝土：混凝土：一般柱中采用一般柱中采用C25及以上等級及以上

3、等級，對于高層建筑的底層柱可，對于高層建筑的底層柱可采用更高強度等級的混凝土，例如采用采用更高強度等級的混凝土，例如采用C40或以上；或以上； 縱向鋼筋：縱向鋼筋：一般采用一般采用HRB400和和HRB335級熱軋鋼筋。級熱軋鋼筋。 箍筋：箍筋：一般采用一般采用HRB400、HRB335、HPB235級熱軋鋼筋。級熱軋鋼筋。 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造截面形式和尺寸軸心軸心受壓柱以受壓柱以方形方形為主，為主，偏心偏心受壓柱以受壓柱以矩形矩形為主為主 一般應符合一般應符合: l: l0 0/h25 /h25 以及以及 l l0 0/b30/b30方形與矩形截面的尺寸方形與矩形截面的尺

4、寸不宜小于不宜小于250mm250mm 如柱子過于細長，如柱子過于細長，其承載力受穩(wěn)定性其承載力受穩(wěn)定性控制，材料強度將控制，材料強度將得不到充分發(fā)揮。得不到充分發(fā)揮。 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造鋼筋（1 1）縱向受力鋼筋）縱向受力鋼筋 作用：作用：一一 協(xié)助混凝土承受壓力，以協(xié)助混凝土承受壓力，以減小構件尺寸；減小構件尺寸；二二 承受可能的彎矩，以及混承受可能的彎矩，以及混凝土收縮和溫度變形引起的拉凝土收縮和溫度變形引起的拉應力；應力；三三 防止構件突然的脆性破壞。防止構件突然的脆性破壞。 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造鋼筋（1 1）縱向受力鋼筋）縱向受力鋼筋 布置：布置

5、：軸心受壓構件的縱向鋼筋沿截軸心受壓構件的縱向鋼筋沿截面周邊均勻對稱布置；偏心受面周邊均勻對稱布置；偏心受壓構件的受力鋼筋按計算要求壓構件的受力鋼筋按計算要求設置在彎矩作用方向的兩對邊設置在彎矩作用方向的兩對邊 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造鋼筋（1 1）縱向受力鋼筋）縱向受力鋼筋 縱筋直徑與根數(shù)：縱筋直徑與根數(shù)： 通常采用通常采用 1232mm，直徑宜粗不宜細，根數(shù)宜少不宜多，保證對稱配置。直徑宜粗不宜細，根數(shù)宜少不宜多，保證對稱配置。方形和矩形截面柱中縱向受力鋼筋不少于根，方形和矩形截面柱中縱向受力鋼筋不少于根，圓柱中不宜少于圓柱中不宜少于8根且不應少于根且不應少于6根。根。 凈距

6、凈距50mm，中距中距300mm配筋率： 受壓構件的全部受壓鋼筋的最小配筋率為0.6，受壓構件受力方向每側的最小配筋率為0.2； 全部縱向鋼筋的配筋率不宜大于5，一般不宜大于3。（否則會造成施工困難且不經(jīng)濟） 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造鋼筋（1 1）縱向受力鋼筋）縱向受力鋼筋 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造鋼筋（2 2）箍筋）箍筋 作用：作用：保證縱向鋼筋的位置正確，防保證縱向鋼筋的位置正確，防止縱向鋼筋壓屈，從而提高柱止縱向鋼筋壓屈，從而提高柱的承載能力。的承載能力。 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造鋼筋（2 2）箍筋）箍筋 受壓構件中的箍筋，受壓構件中的箍筋，應做

7、成應做成封閉式封閉式 末端做成末端做成135彎鉤，彎鉤，平直段長度平直段長度5d 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造鋼筋（2 2）箍筋）箍筋 偏壓柱偏壓柱h 600mmh 600mm時，時，應設置應設置101016mm16mm的縱向構造鋼筋。的縱向構造鋼筋。 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造鋼筋（2 2）箍筋）箍筋 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造鋼筋（2 2）箍筋）箍筋 箍筋加密 10.2 受壓構件的構造受壓構件的構造鋼筋（2 2）箍筋）箍筋 有抗震設防要求時箍筋的構造要求：課本有抗震設防要求時箍筋的構造要求：課本P152-153。 10.3 軸心軸心受壓構件承載力計算受壓構

8、件承載力計算在實際結構中，理想的軸心受壓構件幾乎是不存在的。在實際結構中，理想的軸心受壓構件幾乎是不存在的。通常由于荷載作用位置的偏差、砼的不均勻性、配筋的不對稱性，通常由于荷載作用位置的偏差、砼的不均勻性、配筋的不對稱性，以及施工制造的誤差等原因，往往存在或多或少的初始偏心距。以及施工制造的誤差等原因，往往存在或多或少的初始偏心距。我國規(guī)范對偏心很小可略去不計的構我國規(guī)范對偏心很小可略去不計的構件，按軸心受壓構件計算。件，按軸心受壓構件計算。如以如以承受恒載為主承受恒載為主的的多層框架房屋的內多層框架房屋的內柱柱、桁架中的、桁架中的受壓腹桿受壓腹桿等，主要承受軸等，主要承受軸向壓力，彎矩很小

9、，可忽略不計，近似向壓力，彎矩很小，可忽略不計，近似按軸心受壓構件計算。按軸心受壓構件計算。 10.3 軸心軸心受壓構件承載力計算受壓構件承載力計算破壞特征 根據(jù)構件的長細比的不同，軸根據(jù)構件的長細比的不同，軸心受壓構件可分為短柱（對矩形心受壓構件可分為短柱（對矩形截面截面l l0 0/b8,b/b8,b為截面寬度）和為截面寬度）和長柱。長柱。 10.3 軸心軸心受壓構件承載力計算受壓構件承載力計算破壞特征 軸心受壓短柱的破壞形態(tài)軸心受壓短柱的破壞形態(tài) 臨近破臨近破壞時，壞時，柱子表柱子表面出現(xiàn)面出現(xiàn)縱向裂縱向裂縫，箍縫，箍筋之間筋之間的縱筋的縱筋壓屈外壓屈外凸，混凸，混凝土被凝土被壓碎崩壓碎

10、崩裂而破裂而破壞。壞。 10.3 軸心軸心受壓構件承載力計算受壓構件承載力計算破壞特征 軸心受壓長柱的破壞形態(tài)軸心受壓長柱的破壞形態(tài) 破壞時首先在凹破壞時首先在凹邊出現(xiàn)縱向裂縫，邊出現(xiàn)縱向裂縫，接著混凝土壓碎，接著混凝土壓碎，縱筋壓彎外凸，縱筋壓彎外凸，側向撓度急速發(fā)側向撓度急速發(fā)展，最終柱子失展，最終柱子失去平衡，凸邊混去平衡，凸邊混凝土拉裂而破壞。凝土拉裂而破壞。對于長細比很大對于長細比很大的長柱，還有可的長柱，還有可能發(fā)生能發(fā)生“失穩(wěn)破失穩(wěn)破壞壞”的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 10.3 軸心軸心受壓構件承載力計算受壓構件承載力計算基本計算公式)(9 . 0sycuAfAfNN 截面承載力由混凝土和縱

11、向受壓鋼筋承擔，并考慮縱向截面承載力由混凝土和縱向受壓鋼筋承擔，并考慮縱向彎曲的降低作用，由平衡條件得軸心受壓柱承載力計算公彎曲的降低作用，由平衡條件得軸心受壓柱承載力計算公式為：式為： 10.3 軸心軸心受壓構件承載力計算受壓構件承載力計算基本計算公式)(9 . 0sycuAfAfNNN 軸向壓力設計值N 構件正截面受壓承載力構件正截面受壓承載力 穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)A 構件截面面積構件截面面積 fc 混凝土的軸心抗壓強度設計值AS、 全部縱向鋼筋的截面面積全部縱向鋼筋的截面面積fy、 鋼筋抗壓強度設計值式中系數(shù)式中系數(shù)0.9，是考慮到初始是考慮到初始偏心的影響，偏心的影響，以及主要承受以及主要

12、承受恒載作用的軸恒載作用的軸心受壓柱的可心受壓柱的可靠性，引入的靠性，引入的承載力折減系承載力折減系數(shù)。數(shù)。 10.3 軸心軸心受壓構件承載力計算受壓構件承載力計算基本計算公式)(9 . 0sycuAfAfNN 穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)是用來考慮長柱縱向彎曲使承載力降低的是用來考慮長柱縱向彎曲使承載力降低的影響，主要與柱子的長細比有關。長細比越大，影響，主要與柱子的長細比有關。長細比越大，值越小值越小,構件的承載力降低越多。構件的承載力降低越多。實驗表明：在截面尺寸、配筋、強度等級相同的實驗表明：在截面尺寸、配筋、強度等級相同的條件下，條件下，長柱承載力小于短柱，柱子越細長，承長柱承載力小于短柱，柱子

13、越細長，承載力小得越多。載力小得越多。 用用穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) 表示長柱承載力較短柱的承載力降低表示長柱承載力較短柱的承載力降低程度。程度。 10.3 軸心軸心受壓構件承載力計算受壓構件承載力計算 小小 結結 1. . 縱向受力鋼筋、箍筋的作用；縱向受力鋼筋、箍筋的作用； 2. 2. 縱向受力鋼筋、箍筋的構造要求?？v向受力鋼筋、箍筋的構造要求。 作業(yè)布置作業(yè)布置思考題：思考題：10.110.1 10.3 軸心軸心受壓構件承載力計算受壓構件承載力計算計算方法和步驟（1 1）截面設計）截面設計 已知：構件截面尺寸已知：構件截面尺寸b bh h，軸向力設計值，軸向力設計值N N，構，構件的計算長度件的

14、計算長度L L0 0，材料強度等級，材料強度等級f fc c f fy y 。 求：縱向鋼筋截面面積求：縱向鋼筋截面面積A As s 計算步驟如計算步驟如圖圖4.2.54.2.5。計算方法和步驟【例【例1 1】已知某多層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構，首層中柱按】已知某多層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構，首層中柱按軸心受壓構件計算。該柱安全等級為二級，軸向壓力設計值軸心受壓構件計算。該柱安全等級為二級，軸向壓力設計值 N=1400kN，計算長度，計算長度l0=5m，縱向鋼筋采用，縱向鋼筋采用HRB335級，混級，混凝土強度等級為凝土強度等級為C30。求該柱截面尺寸及縱筋截面面積。求該柱截面尺寸及縱筋截面面積。

15、 【解】fc=14.3N/mm2，fy=300N/mm2， =1.00（1）初步確定柱截面尺寸）初步確定柱截面尺寸設設= = 1%， =1，則，則 AAs=89916.5mm2 0.9 ()cyNAff31400 100.9 1 (14.3 1% 300) 選用方形截面，則b=h= =299.8mm，取用 h=300mm。 5 .89916（2）計算穩(wěn)定系數(shù)）計算穩(wěn)定系數(shù)l0/b=5000/300=16.720)8/(002. 011bl211 0.002(16.78)=0.869 （3）計算鋼筋截面面積）計算鋼筋截面面積As 0.9csyNf AAf321400 1014.3 3000.9

16、0.869300=1677mm2（4）驗）驗算配筋率算配筋率sAA1677300 300=1.86% =0.6%，且，且3% ，滿足最小配筋率要求，且勿，滿足最小配筋率要求，且勿 需重算。需重算。min縱筋選用縱筋選用4 25（As=1964mm2），箍筋配置），箍筋配置8300，如圖。如圖。4 258300300300 （2）截面承載力復核）截面承載力復核 已知：柱截面尺寸已知：柱截面尺寸bh，計算長度，計算長度 ，縱筋數(shù)量及，縱筋數(shù)量及級別，混凝土強度等級。級別，混凝土強度等級。 求：柱的受壓承載力求：柱的受壓承載力Nu，或已知軸向力設計值，或已知軸向力設計值，判斷截面是否安全。，判斷截面

17、是否安全。0l 【解】查表得【解】查表得 =300N/ mm2，fc=11.9N/mm2， =1256 mm2yfsA（1）確定穩(wěn)定系數(shù)）確定穩(wěn)定系數(shù) l0/b=4500/300=15 208002011)b/l (.211 0.002(158)=0.911【例【例2】某現(xiàn)澆底層鋼筋混凝土軸心受壓柱，截面尺寸】某現(xiàn)澆底層鋼筋混凝土軸心受壓柱，截面尺寸 bh=300300mm，采用，采用4 20的的HRB335級（級（fy=300N/ mm2）鋼筋，混凝土）鋼筋，混凝土C25（fc=11.9N/mm2），），l0=4.5m，承，承受軸向力設計值受軸向力設計值800kN，試校核此柱是否安全。，試校

18、核此柱是否安全。 （2）驗算配筋率）驗算配筋率min0.6%12561.4%3%9000sAA（3）確定柱截面承載力）確定柱截面承載力ys0.9 ()ucNf Af A =0.90.911(11.9300300+3001256)=1187.05103N=1187.05kNN=800kN此柱截面安全。此柱截面安全。 1、偏心受壓構件破壞特征、偏心受壓構件破壞特征 NMe 0當當e0 很小時，接近軸壓構件很小時，接近軸壓構件當當e0 較大時，接近受彎構件較大時，接近受彎構件按按偏心距偏心距和和配筋配筋的不同，偏壓構件可分為的不同，偏壓構件可分為受拉破壞受拉破壞和和受壓破壞受壓破壞當偏心距當偏心距e

19、0較大，且受拉鋼筋不太多時，發(fā)生受拉破壞。較大，且受拉鋼筋不太多時，發(fā)生受拉破壞。 當偏心距當偏心距e0較小，或偏心距較小，或偏心距e0雖不小，但受拉鋼筋配置過多雖不小，但受拉鋼筋配置過多時，均發(fā)生受壓破壞。時，均發(fā)生受壓破壞。 10.4 偏心偏心受壓構件承載力計算受壓構件承載力計算 大偏心鋼筋混凝土受壓構件破壞過程（受拉破壞）大偏心鋼筋混凝土受壓構件破壞過程（受拉破壞）大偏心受壓破壞（受拉破壞）破壞特征：破壞特征： 加載后首先在受拉區(qū)出現(xiàn)橫向裂縫，裂加載后首先在受拉區(qū)出現(xiàn)橫向裂縫，裂縫不斷發(fā)展，裂縫處的拉力轉由鋼筋承擔，縫不斷發(fā)展，裂縫處的拉力轉由鋼筋承擔，受拉鋼筋首先達到屈服，并形成一條明

20、顯的受拉鋼筋首先達到屈服，并形成一條明顯的主裂縫，主裂縫延伸，受壓區(qū)高度減小，最主裂縫，主裂縫延伸，受壓區(qū)高度減小，最后受壓區(qū)出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土被壓碎導致后受壓區(qū)出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土被壓碎導致構件破壞。構件破壞。 類似于：正截面破壞中的類似于：正截面破壞中的適筋適筋梁梁屬于：屬于：延性破壞延性破壞 小偏心受壓破壞（受壓破壞）破壞特征：破壞特征： 加荷后全截面受壓或大部分受壓，離力近加荷后全截面受壓或大部分受壓，離力近側混凝土壓應力較高，離力遠側壓應力較小甚側混凝土壓應力較高，離力遠側壓應力較小甚至受拉。隨著荷載增加，近側混凝土出現(xiàn)縱向至受拉。隨著荷載增加，近側混凝土出現(xiàn)縱向裂縫被壓碎，受壓鋼

21、筋屈服裂縫被壓碎，受壓鋼筋屈服 ，遠側鋼筋可能受，遠側鋼筋可能受壓，也可能受拉，但都未屈服。壓，也可能受拉，但都未屈服。屬于：屬于：脆性破壞脆性破壞 類似于：正截面破壞中的類似于：正截面破壞中的超筋超筋梁梁b受拉破壞與受壓破壞的界限 破壞的起因不同破壞的起因不同受拉破壞受拉破壞（大偏心受壓）：是受拉鋼筋先屈服而后受壓混凝土被壓碎；（大偏心受壓）：是受拉鋼筋先屈服而后受壓混凝土被壓碎；受壓破壞受壓破壞（小偏心受壓）：是受壓部份先發(fā)生破壞。（小偏心受壓）：是受壓部份先發(fā)生破壞。 與正截面破壞類似處與正截面破壞類似處受拉破壞受拉破壞（大偏心受壓）（大偏心受壓） ：與受彎構件正截面適筋破壞類似；：與受

22、彎構件正截面適筋破壞類似；受壓破壞受壓破壞（小偏心受壓）（小偏心受壓） ：類似于受彎構件正截面的超筋破壞。：類似于受彎構件正截面的超筋破壞。 b為大偏心受壓破壞（為大偏心受壓破壞（受拉破壞受拉破壞）為小偏心受壓破壞（為小偏心受壓破壞（受壓破壞受壓破壞） 用界限相對受壓區(qū)高度用界限相對受壓區(qū)高度bb作為界限：作為界限：11byscufE2、附加偏心距和偏心距增大系數(shù)、附加偏心距和偏心距增大系數(shù) 在計算時，按照力學方法求得作用于截面上的彎矩M和軸向力N后，就可以求出N的偏心距e0=M/N，但考慮荷載作用位置的不定性、混凝土質量的不均勻性、配筋的不對稱性和施工偏差等的綜合影響，實際的偏心距可能發(fā)生變

23、化，即產(chǎn)生了附加偏心距。因此計算時初始偏心距可按下式計算： ei=e0+ea 規(guī)范規(guī)定附加偏心距ea：取20mm和偏心方向截面最大尺寸的1/30兩者中的較大者。 （1）附加偏心距）附加偏心距 2、附加偏心距和偏心距增大系數(shù)、附加偏心距和偏心距增大系數(shù) （2）偏心距增大系數(shù)）偏心距增大系數(shù) 鋼筋混凝土偏心受壓構件，在承受偏心壓力后，會產(chǎn)生縱向彎曲變形，從而產(chǎn)生附加彎矩，又將加劇縱向彎曲變形，使得受壓承載力降低，這種現(xiàn)象隨柱的長細比和初始偏心距的增大而增大。 規(guī)范規(guī)定，采用把初始偏心距乘以一個偏心距增大系數(shù)的方法解決縱向彎曲的影響，即： 根據(jù)偏心受壓構件試驗撓曲線的實驗結果和理論分析，規(guī)范給出了偏心距增大系數(shù)的如下計算公式： (1)iiiifefeee2、附加偏心距和偏心距增大系數(shù)、附加偏心距和偏心距增大系數(shù) （2）偏心距增大系數(shù)）偏心距增大系數(shù) 2012011()1400ilehh ；時，取率修正系數(shù)，當偏心受壓構件的截面曲0 . 10 . 1111。時，取的影響系數(shù)，當構件長細比對截面曲率0 . 115/202hlNfAc5 . 01hl0201. 015. 1，3、對稱配筋矩形截面偏心受壓構件正截面承載力計算、對稱配筋矩形截面偏心受壓構件正截面承載力計算 對