星級(jí)酒店客房軸心受壓柱的設(shè)計(jì)方案

1、 學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：縱向受力構(gòu)件的內(nèi)力縱向受力構(gòu)件的內(nèi)力 圖4.1（a）所示在縱向荷載F作用下將產(chǎn)生縱向變形l和橫向變形b。若用假想平面m-m將桿件截開（圖4.1（b），其截面上與外力F平衡的力N就是桿件的內(nèi)力。顯然，該內(nèi)力是沿桿件軸線作用的，因此，我們將軸向拉（壓）桿的內(nèi)力稱為軸力。 軸心受力構(gòu)件的內(nèi)力軸心受力構(gòu)件的內(nèi)力 拉（壓）桿內(nèi)力的概念拉（壓）桿內(nèi)力的概念 圖4.1 軸心受壓構(gòu)件受力圖 截面法求軸力的步驟如下: (1)取脫離體 用假想的平面去截某一構(gòu)件，例如圖4.1（a）中m-m截面，從而把構(gòu)件分成兩部分，移去其中一部分，保留部分為研究對(duì)象。 (2)列平衡方程 在脫離體截開的截面上給

2、出軸力（假設(shè)為軸向拉力或軸向壓力），例如圖4.1（b）假定軸力N為壓力，利用平衡方程就可以求得軸力N。截面法求軸力截面法求軸力 (3)畫軸力圖 應(yīng)用上述原理就可以求得任一橫截面上的軸力值。假定與桿件軸線平行的軸為x軸，其上各點(diǎn)表示桿件橫截面對(duì)應(yīng)位置；另一垂直方向?yàn)閥軸，y坐標(biāo)大小表示對(duì)應(yīng)截面的軸力N，按一定比例繪成的圖形叫軸力圖。 【例4.1】已知矩形截面軸壓柱的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.2（a）所示，其截面尺寸為bh，柱高H，材料重度為，柱頂承受集中荷載F，求各截面的內(nèi)力并繪出軸力圖。 【解】（1）取脫離體 用假想平面距柱頂x處截開，取上部分為脫離體(圖4.2（b）)。柱子自重FW（x）=bhx，對(duì)應(yīng)

3、截面的軸力為N（x），假定為壓力（箭頭指向截面）。 （2）列平衡方程 由Fx=0得：-N（x）FW（x）F=0 N（x）=FW（x）F=bhxF（0 xH） 當(dāng)x=0時(shí)，NB=F；當(dāng)x=H時(shí)，NA=FbhH 。 本題計(jì)算結(jié)果N（x）為正，與圖中標(biāo)注方向一致，所以N（x）為壓力。 （3）繪軸力圖 繪軸力圖時(shí)，符號(hào)規(guī)定：拉力為正；壓力為負(fù)。 軸力方程是x的一元一次方程，所以繪出NA、NB其連線即為該柱軸力圖，如圖4.2所示。 本題中若不考慮桿件自重，則軸力N（x）=F，即各截面軸力相等，軸力圖略。 圖4.2 軸心受壓構(gòu)件 圖4.2 軸心受壓構(gòu)件 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件鋼筋混凝土受壓構(gòu)件 鋼筋混凝土受壓

4、構(gòu)件分為軸心受壓構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件，它們?cè)诠I(yè)及民用建筑中應(yīng)用十分廣泛。 軸心受壓柱最常見的形式是配有縱筋和一般的橫向箍筋，稱為普通箍筋柱。箍筋是構(gòu)造鋼筋，這種柱破壞時(shí)，混凝土處于單向受壓狀態(tài)。 當(dāng)柱承受荷載較大時(shí)，增加截面尺寸受到限制時(shí)，普通箍筋柱又不能滿足承載力要求時(shí)，橫向箍筋也可以采用螺旋筋或焊接環(huán)筋，這種柱稱為螺旋箍筋柱。 螺旋箍筋是受力鋼筋，這種柱破壞時(shí)由于螺旋箍筋的套箍作用，使得核心混凝土（螺旋筋或焊接環(huán)筋所包圍的混凝土）處于三向受壓狀態(tài)，從而間接提高柱子的承載力。所以螺旋箍筋也稱間接鋼筋，螺旋箍筋柱也稱間接箍筋柱。螺旋箍筋柱常用的截面形式為圓形或多邊形。 混凝土宜采用C20、C2

5、5、C30或更高強(qiáng)度等級(jí)。鋼筋宜用HRB335、HRB400或RRB400級(jí)。為了減小截面尺寸，節(jié)省鋼材，宜選用強(qiáng)度等級(jí)高的混凝土，而鋼筋不宜選用高強(qiáng)度等級(jí)的，其原因是受壓鋼筋與混凝土共同工作，鋼筋應(yīng)變受到混凝土極限壓應(yīng)變的限制，而混凝土極限壓應(yīng)變很小，所以鋼筋的受壓強(qiáng)度不能充分利用。混凝土規(guī)范規(guī)定受壓鋼筋的最大抗壓強(qiáng)度為400N/mm2。 構(gòu)造要求構(gòu)造要求 材料要求材料要求 軸壓柱常見截面形式有正方形、矩形、圓形及多邊形。 矩形截面尺寸不宜小于250mm250mm。為了避免柱長(zhǎng)細(xì)比過大，承載力降低過多，常取l0/b30，l0/h25，b、h分別表示截面的短邊和長(zhǎng)邊，l0表示柱子的計(jì)算長(zhǎng)度，它

6、與柱子兩端的約束能力大小有關(guān)。 截面形式及尺寸截面形式及尺寸 （1）縱筋及箍筋構(gòu)造（見表4.2） （2）縱向鋼筋的接頭 受力鋼筋接頭宜設(shè)置在受力較小處，多層柱一般設(shè)在每層樓面處。當(dāng)采用綁扎接頭時(shí)，將下層柱縱筋伸出樓面一定長(zhǎng)度并與上層柱縱筋搭接。 同一構(gòu)件相鄰縱向受力鋼筋接頭位置宜相互錯(cuò)開，當(dāng)柱每側(cè)縱筋根數(shù)不超過4根時(shí)，可允許在同一綁扎接頭連接區(qū)段內(nèi)搭接，如圖4.9(a)； 配筋構(gòu)造配筋構(gòu)造 縱筋每邊根數(shù)為58根時(shí)，應(yīng)在兩個(gè)綁扎接頭連接區(qū)段內(nèi)搭接，如圖4.9(b)； 縱筋每邊根數(shù)為912根時(shí)，應(yīng)在三個(gè)綁扎接頭連接區(qū)段內(nèi)搭接，如圖4.9(c)。 當(dāng)上下柱截面尺寸不同時(shí)，可在梁高范圍內(nèi)將下柱的縱筋彎

7、折一斜角，然后伸入上層柱，如圖4.9(d)，或采用附加短筋與上層柱縱筋搭接，如圖4.9(e)。 圖4.9 柱縱筋接頭構(gòu)造 對(duì)于粗短柱，初偏心對(duì)柱子的承載力影響不大，破壞時(shí)只產(chǎn)生壓縮變形，其承載力取決于構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度。對(duì)于長(zhǎng)柱，由于初偏心影響，破壞時(shí)既有壓縮變形又有縱向彎曲變形，導(dǎo)致偏心距增大，產(chǎn)生附加彎矩，降低構(gòu)件承載力。 通常將柱子長(zhǎng)細(xì)比滿足下列要求的受壓構(gòu)件稱為軸心受壓短柱 ，否則為軸心受壓長(zhǎng)柱：矩形截面l0/b8（b為截面的短邊尺寸）； 圓形l0/d7（d為圓形截面的直徑）。鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 試驗(yàn)表明，對(duì)于配筋合適、鋼筋為中等強(qiáng)度

8、的短柱，在軸向壓力作用下，整個(gè)截面應(yīng)變基本呈均勻分布。 當(dāng)荷載較小時(shí)，材料處于彈性狀態(tài)，整個(gè)截面應(yīng)力、應(yīng)變呈均勻分布；隨著荷載的增加，混凝土非彈性變形發(fā)展，混凝土先進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，但由于混凝土的彈性模量小于鋼筋的彈性模量，使得鋼筋的應(yīng)力比混凝土應(yīng)力大得多，即s=sEsc=cEc，但鋼筋仍處于彈性狀態(tài)；隨著荷載繼續(xù)增加，鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度；鋼筋混凝土軸心受壓柱的破壞特征鋼筋混凝土軸心受壓柱的破壞特征 破壞時(shí)，混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變cu=0.002,而鋼筋仍處于屈服階段，縱筋向外突出，構(gòu)件因混凝土壓碎而破壞。 破壞時(shí)，鋼筋的最大壓應(yīng)力s=sEs=400N/mm2,對(duì)于HPB235、HRB335、HRB

9、400、RRB400鋼筋能達(dá)到屈服強(qiáng)度，而對(duì)于屈服強(qiáng)度超過400N/mm2的鋼筋，其抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值只能取400N/mm2。 長(zhǎng)柱的破壞形式有兩種： 長(zhǎng)細(xì)比較大時(shí)，破壞是由于壓縮變形和彎曲變形過大，導(dǎo)致材料強(qiáng)度不足而破壞，屬于材料破壞；長(zhǎng)細(xì)比很大時(shí)，主要是縱向彎曲過大，而導(dǎo)致材料未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前而失穩(wěn)破壞?；炷烈?guī)范采用鋼筋混凝土軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)來反映長(zhǎng)細(xì)比對(duì)長(zhǎng)柱承載力的影響（見表4.3）。 鋼筋混凝土軸心受壓柱正截面承載力計(jì)算公式為： NNu=0.9（fcA+fyAs） （4.1） 式（4.1）的適用條件為0.6%= As/A3%。當(dāng)3%時(shí)，公式中的A用A-As代替，但max不能超過5%。

10、 鋼筋混凝土軸心受壓柱正截面承載力計(jì)算公式鋼筋混凝土軸心受壓柱正截面承載力計(jì)算公式及適用條件及適用條件 （1）截面設(shè)計(jì) 已知軸向壓力設(shè)計(jì)值N，材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy及fc，構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度l0、截面尺寸bh。求縱向受壓鋼筋的截面面積As。 計(jì)算步驟如下： 求穩(wěn)定系數(shù) 由l0/b或l0/d查表4.3。 求As 假設(shè)3%，由式（4.1）得： 公式的應(yīng)用公式的應(yīng)用 驗(yàn)算適用條件 若0.6%=As/A3%，此時(shí)As就是所需的截面面積。 若計(jì)算結(jié)果為3%8，查表4.3得=0.75。 （2）求As As=3487mm2 （3）驗(yàn)算適用條件 =As/A=2.8%0.6%，并且小于3%，與假設(shè)一致。 選用425+4

11、22（As=3484mm2，誤差小于5%，可以），配筋見圖4.10 。 （2）截面復(fù)核 已知截面尺寸bh，縱向受壓鋼筋的截面面積As，鋼筋和混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，柱子的計(jì)算高度l0，作用在柱子上的軸向壓力設(shè)計(jì)值N，試驗(yàn)算柱子正截面承載力是否滿足要求。 計(jì)算柱子承受的最大軸向壓力設(shè)計(jì)值Nu 若=As/bh0.6%，并且3%，Nu=0.9（fcA+fyAs）； 若=As/bh3%而5%，Nu=0.9fc（A-As）+fyAs。 判斷承載力是否滿足要求 若NNu，柱子正截面承載力滿足要求；否則，柱子正截面承載力不滿足要求。 【例4.5】某軸心受壓柱截面尺寸bh=400mm400mm，計(jì)算長(zhǎng)度l0=400

12、0mm，混凝土C20（fc =9.6N/mm2），鋼筋420（As=1256mm2，fy=300N/mm2），若該柱承受軸向壓力設(shè)計(jì)值N=1650kN，試驗(yàn)算柱子正截面承載力是否滿足要求。 【解】（1） 計(jì)算柱子承受的最大軸向壓力設(shè)計(jì)值Nu =As/A=0.78%0.6%并且3%，l0/b=4000/400=10，由表4.3查得=0.98。 Nu=0.9（fcA+fyAs）=1711kN （2）判斷承載力是否滿足要求 N=1650kNNu=1711kN 所以柱子正截面承載力滿足要求。圖4.10 例4.4圖 列表注寫方式，是指在柱的平面布置圖上分別在同一編號(hào)的柱中選擇一個(gè)（或幾個(gè)）截面標(biāo)注幾何參數(shù)代號(hào)，然后在柱表中注寫柱號(hào)、柱段起止標(biāo)高、幾何尺寸與配筋的具體數(shù)值，且配以各種柱截面形狀及其箍筋類型圖，如圖13.16所示。 列表注寫以下內(nèi)容： (1) 柱編號(hào)。柱編號(hào)由類型代號(hào)和序號(hào)組成，如表13.4（詳見P277）所示。柱的平法表示柱的平法表示 列表注寫方式列表注寫方式 (2) 各段柱的起