第四章受壓構(gòu)件

1、受壓構(gòu)件受壓構(gòu)件概述概述根據(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。第四章第四章受壓構(gòu)件構(gòu)造要求受壓構(gòu)件構(gòu)造要求 材料強(qiáng)度混凝土規(guī)范規(guī)定受壓鋼筋的最大抗壓強(qiáng)度為400N/mm2。 混凝土：一般柱中采用C25及以上等級(jí)，對(duì)于高層建筑的底層柱可采用更高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，例如采用C40或以上； 縱向鋼筋：一般采用HRB400和HRB335級(jí)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

2、 第四章第四章受壓構(gòu)件構(gòu)造要求受壓構(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 l0 /b30方形與矩形截面的尺寸不宜小于250mm250mm 柱截面邊長(zhǎng)在800mm以下者，宜取50mm 的倍數(shù)；在800mm以上者，取為100mm的倍數(shù)第四章第四章受壓構(gòu)件構(gòu)造要求受壓構(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。第四章第四章受壓構(gòu)件構(gòu)造要求受壓構(gòu)件構(gòu)造要求縱筋的構(gòu)造縱筋的構(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

3、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(duì)邊；圓柱中縱向受力鋼筋宜沿周邊均勻布置。 第四章第四章受壓構(gòu)件構(gòu)造要求受壓構(gòu)件構(gòu)造要求縱筋的構(gòu)造縱筋的構(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第四章受壓構(gòu)件構(gòu)造要求受壓構(gòu)件構(gòu)造要求縱筋的構(gòu)造縱筋的構(gòu)造 %100bhAs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（ ）受力類型受力類型最小配

4、筋百分率最小配筋百分率受壓構(gòu)件受壓構(gòu)件全部縱向鋼筋全部縱向鋼筋0.60.6一側(cè)縱向鋼筋一側(cè)縱向鋼筋0.20.2受彎構(gòu)件、偏心受拉、軸心受拉一側(cè)受彎構(gòu)件、偏心受拉、軸心受拉一側(cè)的受拉鋼筋的受拉鋼筋45ft/fy ，且不小于，且不小于0.20.2受壓鋼筋的配筋率一般不超過3，通常在0.5 2之間。 偏心受壓構(gòu)件縱筋的配筋方式：對(duì)稱配筋：在柱的彎矩作用方向的兩對(duì)邊對(duì)稱布置相同的縱向受力鋼筋。非對(duì)稱配筋：在柱的彎矩作用方向的兩對(duì)邊布置不同的縱向受力鋼筋。第四章第四章受壓構(gòu)件構(gòu)造要求受壓構(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）箍筋第四章第四章受

5、壓構(gòu)件構(gòu)造要求受壓構(gòu)件構(gòu)造要求箍筋的構(gòu)造箍筋的構(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(shí)，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(zhǎng)度10d。在縱筋搭接長(zhǎng)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(shí)，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(shí)，箍筋間距S不應(yīng)大于10d，且不應(yīng)大

6、于200mm。當(dāng)搭接受壓鋼筋直徑大于25mm時(shí)，應(yīng)在搭接接頭兩個(gè)端面外50mm范圍內(nèi)各設(shè)置2根箍筋。第四章第四章受壓構(gòu)件構(gòu)造要求受壓構(gòu)件構(gòu)造要求箍筋的構(gòu)造箍筋的構(gòu)造 當(dāng)柱截面短邊尺寸大于400mm且各邊縱向受力鋼筋多于 3根時(shí)，或當(dāng)柱截面短邊尺寸不大于400mm但各邊縱向鋼筋多于4根時(shí)，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h 600mm時(shí)，應(yīng)設(shè)置1016mm的縱向構(gòu)造鋼筋。 第四章第四章受壓構(gòu)件構(gòu)造要求受壓構(gòu)件構(gòu)造要求箍筋的構(gòu)造箍筋的構(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h 600mm時(shí)，應(yīng)設(shè)置1016mm的縱向構(gòu)造鋼筋。 第四

7、章第四章受壓構(gòu)件構(gòu)造要求受壓構(gòu)件構(gòu)造要求箍筋的構(gòu)造箍筋的構(gòu)造 對(duì)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。第四章第四章軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)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(qiáng)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。 第四章第四章軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 軸心受壓構(gòu)件的破壞特征： 1、軸心

8、受壓短柱 隨著荷載的增大，構(gòu)件變形迅速增大，此時(shí)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(shí)，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(shí)混凝土的應(yīng)力達(dá)到棱柱體抗壓強(qiáng)度fc。 按照長(zhǎng)細(xì)比 l / b 的大小，軸心受壓柱可分為短柱和長(zhǎng)柱兩類。對(duì)方形和矩形柱，當(dāng) l / b 8 時(shí)屬于短柱，否則為長(zhǎng)柱。其中l(wèi)為柱的計(jì)算長(zhǎng)度，b為矩形截面的短邊尺寸。 第四章第四章軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)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(shí)混凝土塑性變形增加，彈性模量降低，應(yīng)

9、力增加緩慢，而鋼筋應(yīng)力的增加則越來越快。 臨近破壞時(shí)，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(shí)混凝土的應(yīng)力達(dá)到棱柱體抗壓強(qiáng)度fc。 按照長(zhǎng)細(xì)比 l / b 的大小，軸心受壓柱可分為短柱和長(zhǎng)柱兩類。對(duì)方形和矩形柱，當(dāng) l / b 8 時(shí)屬于短柱，否則為長(zhǎng)柱。其中l(wèi)為柱的計(jì)算長(zhǎng)度，b為矩形截面的短邊尺寸。 第四章第四章軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 當(dāng)短柱破壞時(shí)，混凝土達(dá)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(dāng)縱筋為高強(qiáng)度鋼筋時(shí)，構(gòu)件破壞時(shí)縱筋可能達(dá)不到屈服強(qiáng)度。顯然，在受壓構(gòu)件內(nèi)配置

10、高強(qiáng)度的鋼筋不能充分發(fā)揮其作用，是不經(jīng)濟(jì)的。軸心受壓構(gòu)件的破壞特征： 第四章第四章長(zhǎng)柱破壞形態(tài)長(zhǎng)柱破壞形態(tài)usulNN(2)長(zhǎng)柱的承載能力計(jì)算長(zhǎng)柱的承載能力計(jì)算 實(shí)際工程中構(gòu)件的初始偏心是不可避免的，對(duì)實(shí)際工程中構(gòu)件的初始偏心是不可避免的，對(duì)于長(zhǎng)柱而言側(cè)向彎曲不能忽略，構(gòu)件將在壓力和彎于長(zhǎng)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

11、受力狀態(tài)將迅速發(fā)生變化，由受壓變?yōu)槭芾?，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(zhǎng)柱的承載能力比短柱低，構(gòu)件破壞。長(zhǎng)柱的承載能力比短柱低， 規(guī)范規(guī)范引入了穩(wěn)定系數(shù)引入了穩(wěn)定系數(shù) 來表示長(zhǎng)柱承載能來表示長(zhǎng)柱承載能力的降低程度。力的降低程度。第四章第四章軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 2、軸心受壓長(zhǎng)柱 破壞時(shí)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(zhǎng)細(xì)比較大時(shí)，可能發(fā)生“失穩(wěn)破壞”。軸心受壓構(gòu)件的破壞特征： 第四章第四章軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 20)8/(002. 011b

12、l長(zhǎng)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(zhǎng)柱受壓承載能力低于短柱受壓承載能力。 混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范采用穩(wěn)定系數(shù)來表示長(zhǎng)柱承載力的降低程度 按規(guī)范表7.3.1采用。 設(shè)計(jì)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(zhǎng)細(xì)比l 0/b越大，值越小 l0/b8 為短柱l0/b 8 為長(zhǎng)柱式中 l0 柱的計(jì)算長(zhǎng)度; b 矩形截面的短邊尺寸23db ib12圓形截面任意截面（d為截面直徑）（i為截面最小回轉(zhuǎn)半徑）構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度l0與構(gòu)件兩端支承情況有關(guān)。第四章第四章軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算1、基本公式)

13、(9 . 0sycuAfAfNN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(jì)值N 軸向壓力設(shè)計(jì)值fc 混凝土的軸心抗壓強(qiáng) 度設(shè)計(jì)值A(chǔ) 構(gòu)件截面面積，當(dāng)配筋 率大于3%時(shí)， A 應(yīng)改 為Ac=AAsfy 縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度 設(shè)計(jì)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(jì)算第四章第四章柱的計(jì)算長(zhǎng)度l0 取值:注：表中H對(duì)底層柱為從基礎(chǔ)頂面到一層樓蓋頂面的高度； 對(duì)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(jì)算軸壓構(gòu)件承載力計(jì)算第四章第四章軸壓構(gòu)件承載力計(jì)算軸壓構(gòu)件承載力計(jì)算普通箍筋柱普

14、通箍筋柱0.9 ()cyNAff截面設(shè)計(jì) ： 已知：構(gòu)件截面尺寸bh，軸向力設(shè)計(jì)值N，構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度l0，材料強(qiáng)度等級(jí)fc fy 求：縱筋截面面積As計(jì)算步驟：詳見上圖軸心受壓構(gòu)件截面設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算As 。也可先假定 和 的值（常可假定=1，=1%）由下式計(jì)算出構(gòu)件截面面積，進(jìn)而得出bh： 第四章第四章軸壓構(gòu)件承載力計(jì)算軸壓構(gòu)件承載力計(jì)算普通箍筋柱普通箍筋柱截面復(fù)核 : 已知：柱截面尺寸bh，計(jì)算長(zhǎng)度l0，縱筋數(shù)量As以及級(jí)別fy

15、，混凝土強(qiáng)度等級(jí)fc求 ：柱的受壓承載力Nu，或已知軸向力設(shè)計(jì)值，判斷是否安全 計(jì)算步驟，詳見右圖軸心受壓構(gòu)件截面復(fù)核步驟普通箍筋柱截面設(shè)計(jì)步驟普通箍筋柱截面設(shè)計(jì)步驟按照荷載組合計(jì)算軸心壓力設(shè)計(jì)值按照荷載組合計(jì)算軸心壓力設(shè)計(jì)值擬定截面尺寸，可根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)配筋率來確定擬定截面尺寸，可根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)配筋率來確定確定確定l0及及計(jì)算計(jì)算As9 . 09 . 0ycSfAfNA驗(yàn)算最小配筋率驗(yàn)算最小配筋率%6 . 0minbhAs第四章第四章(4)截面復(fù)核步驟截面復(fù)核步驟確定確定求承載力求承載力Nu比較比較N及及NuAfAfNcsyu9 . 0uNN 安全安全第四章第四章例題例題5-1 某無

16、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，樓層高H=5.4m，混凝土等級(jí)為，混凝土等級(jí)為C30（fc=14.3N/mm2）,用用HRB400級(jí)鋼筋配筋（級(jí)鋼筋配筋（ fy=360N/mm2 ）,是設(shè)計(jì)該截面。是設(shè)計(jì)該截面。解：解：初步確定截面尺寸初步確定截面尺寸 按工程經(jīng)驗(yàn)假定受壓鋼筋配筋率按工程經(jīng)驗(yàn)假定受壓鋼筋配筋率為為0.8%，先不考慮穩(wěn)定系數(shù)的影響，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(jì)算公式確定截面尺寸。按普通箍筋柱正截面承載能力計(jì)算公式確定截面尺寸。23101193 .14008. 0360

17、0 . 19 . 018400009 . 09 . 09 . 0mmffNAffAAfAfNcycycsy 將截面設(shè)計(jì)成正方形將截面設(shè)計(jì)成正方形,則有：則有：b h 1190000.5345（mm ） ?。喝。?b h 350mm第四章第四章計(jì)算計(jì)算 l0 1.25H=1.255.4=6.75（m） l0b 6.75 0.35=19.3,查表得：查表得： 0.776計(jì)算計(jì)算AS22452360776. 09 . 03503503 .14776. 09 . 018400009 . 09 . 0mmfAfNAycS驗(yàn)算最小配筋率驗(yàn)算最小配筋率%23503502513AAS配筋符合要求配筋符合要求選

18、配選配8 20鋼筋（鋼筋（2513mm2）8 20第四章第四章1螺旋箍筋柱的受力特點(diǎn)：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(qiáng)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(jì)算螺旋箍筋柱簡(jiǎn)介第四章第四章5.1.2螺旋箍筋柱和焊接環(huán)式箍筋柱的

19、配筋計(jì)算螺旋箍筋柱和焊接環(huán)式箍筋柱的配筋計(jì)算（1）破壞特征）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(dāng)采用混凝土螺旋箍筋柱后，箍筋的徑向約是其破壞的原因，當(dāng)采用混凝土螺旋箍筋柱后，箍筋的徑向約束作用，使箍筋束作用，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作用，其在三向壓應(yīng)力的作用下工作，從而提高了柱的承

20、載能力。破壞時(shí)箍筋的拉應(yīng)力達(dá)到屈服，混凝土被壓碎。力。破壞時(shí)箍筋的拉應(yīng)力達(dá)到屈服，混凝土被壓碎。（2）正截面承載能力計(jì)算）正截面承載能力計(jì)算 規(guī)范規(guī)范采用如下表達(dá)式：采用如下表達(dá)式：ssoysycorcuAafAfAfNN29 . 0第四章第四章式中：式中：Acor構(gòu)件的核心面積，構(gòu)件的核心面積， Acor=d2cor4 dcor構(gòu)件核心直徑，算至箍筋內(nèi)皮，見圖構(gòu)件核心直徑，算至箍筋內(nèi)皮，見圖5-5 ASSO螺旋式或焊接環(huán)式單根間接鋼筋換算截面積螺旋式或焊接環(huán)式單根間接鋼筋換算截面積dcorAcor圖圖5-5sAdAsscorsso15-5ASS1單根箍筋面積單根箍筋面積間接鋼筋對(duì)混凝土的約束

21、折減系數(shù)，間接鋼筋對(duì)混凝土的約束折減系數(shù)，C50以下取以下取1.0，C80取取0.85，其間線性內(nèi)差。，其間線性內(nèi)差。第四章第四章（3）應(yīng)用應(yīng)注意的問題）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；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(jì)算承載力計(jì)算承載力當(dāng)當(dāng)l0/d 12,因細(xì)長(zhǎng)比太大，螺旋箍筋對(duì)混凝土的約束作用難因細(xì)長(zhǎng)比太大，螺旋箍筋對(duì)混凝土的約束作用難以發(fā)揮；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；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(dāng)間接鋼筋的換算面積當(dāng)間接鋼筋的換算面積ASSO小于全部縱筋面積的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)大于螺旋箍筋或焊接環(huán)式箍筋間距不應(yīng)大于dcor/5及及80mm,也不宜也