《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理教學(xué)課件》ch10軸心受力構(gòu)件

1、第十章 軸心受力構(gòu)件承載力計算了解軸心受拉構(gòu)件和軸心受壓構(gòu)件的受力全過程； 掌握軸心受拉構(gòu)件和軸心受壓構(gòu)件正截 面承載力的計算方法； 了解軸心受力構(gòu)件的構(gòu)造要求。受壓構(gòu)件（柱）往往在結(jié)構(gòu)中具有重要作用，一旦產(chǎn)生破壞，往往導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的損壞，甚至倒塌。10.1 概述 定義作用在構(gòu)件上的縱向拉力與構(gòu)件截面形心線重合的構(gòu)件 實例只有少數(shù)構(gòu)件設(shè)計成鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件?；炷恋目估瓘姸群艿停s為混凝土立方體抗壓強度的1/121/20），在較小的拉力作用下就會開裂，因此，采用鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件是很不經(jīng)濟(jì)的常見：拱和桁架中的拉桿、桁架的受拉腹桿、圓形水池壁10.2 鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件 受力過程1

2、0.2 鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件第一階段：縱向鋼筋和混凝土共同承受拉力第二階段：開裂至鋼筋屈服,鋼筋承受所有拉力 第三階段：裂縫加寬，構(gòu)件破壞 正截面承載力NNu=fyAsfy鋼筋抗拉強度設(shè)計值，為防止達(dá)到正截面承載力時受拉構(gòu)件上出現(xiàn)的裂縫過寬，300MPa 構(gòu)造要求截面對稱 正方形、矩形等配筋對稱 對稱布置或沿截面周邊均勻布置縱筋選擇 宜小直徑，防裂縫過寬箍筋選擇 6 200 （固定縱筋、形成骨架）配 筋 率 As側(cè)/Amax(0.2%，0.45ft/fy)10.2 鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件 例 題【已知】(某鋼筋混凝土屋架下弦桿，截面尺寸為bh=200mm160mm。經(jīng)內(nèi)力組合得軸向拉力設(shè)計值

3、N=240kN?；炷翉姸鹊燃墳镃25，縱向鋼筋為HRB335級，確定縱向鋼筋截面面積并選擇鋼筋?！厩蠼狻?計算縱筋面積并選筋 AsN/fy=240000/300=800mm2 選4B16，As=804mm2 驗算最小配筋率 minmax（0.4%，0.91.27/300）=0.4% As/A804/(200160)2.5% min=0.4% 滿足要求。 畫配筋圖10.2 鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件按箍筋作用和配置方式 軸壓構(gòu)件定義作用在構(gòu)件上的縱向壓力與構(gòu)件截面形心線重合的構(gòu)件 受壓構(gòu)件分類普通箍筋柱螺旋箍筋柱按軸向力作用位置 10.3 鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件 實例恒載較大的等跨多層房屋的中柱；

4、桁架的受壓腹桿等荷載作用位置的偏差混凝土的非均勻性配筋的不對稱施工制造的誤差等 實際理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎不存在使某些接近軸心受壓的構(gòu)件計算簡化用軸壓柱概念決定初步設(shè)計中柱截面尺寸偏壓柱M作用平面外強度驗算可按軸壓進(jìn)行 意義10.2 鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件 （普通箍筋柱） （螺旋箍或焊接環(huán)箍筋柱）縱筋的作用： 起到了調(diào)整混凝土應(yīng)力的作用，使混凝土的塑性性質(zhì)得到了較好的發(fā)揮，改善了受壓破壞的脆性性質(zhì)。計算時以構(gòu)件的壓應(yīng)變達(dá)到0.002為控制條件，此時混凝土達(dá)到了fc，相應(yīng)的縱筋應(yīng)力達(dá)到400N/m2,對于HRB400，HRB335，HPB300熱軋鋼筋都已經(jīng)達(dá)到屈服。若對于屈服強度或條件屈服強度

5、大于400N/m2的鋼筋，在計算f y時只能取400N/m2。承擔(dān)初始偏心或其它偶然因素引起的附加彎矩。箍筋的作用：箍筋可以固定縱向受力鋼筋的位置，保證縱筋與混凝土共同受力直到構(gòu)件破壞 。短柱l0/i28或 l0/b8長柱10.3.1 配有普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件1. 受力分析及破壞特征短柱：短構(gòu)件長柱：長構(gòu)件 l0 /i28 (l0 為柱計算長度， i為回轉(zhuǎn)半徑。) 矩形截面柱， l0 /b8 荷載較小時，縱筋和砼基本處于彈性；荷載較大時，由于砼的塑性發(fā)展 鋼筋的應(yīng)力增加快于砼； 隨著荷載的增加，柱中開始出現(xiàn)裂縫；最后箍筋間的縱筋壓屈向外突出 砼被壓碎，柱子即告破壞；短柱的破壞特征初始偏心對構(gòu)

6、件的承載能力無明顯影響。一般鋼筋，鋼筋和混凝土的抗壓強度都得到了充分利用高強鋼筋，鋼材的強度不能被充分利用構(gòu)件的最終承載力都是由混凝土的壓碎來控制鋼筋的受壓強度（0=0.002）短柱的受力分析長柱的破壞特征初始 偏心距的影響不可忽略。附加彎矩、側(cè)向撓度，使長柱 在壓彎共同作用下發(fā)生破壞，甚至可能發(fā)生失穩(wěn)破 壞現(xiàn)象。 破壞時凹側(cè)出現(xiàn)縱向裂縫，隨后砼被壓 碎，凸側(cè)出現(xiàn)橫向裂縫，側(cè)移增大，柱子破壞。 長柱的受力分析試驗結(jié)果表明，長柱的承載能力低于相同條件短柱的承載能力；長細(xì)比越大，承載能力降低越多；（原因？）引入 的方法來考慮長柱縱向撓曲的不利影響；短柱：無論荷載大小，全截面均勻受壓，沿柱長無彎曲

7、sfy cfc 強度破壞長柱：隨著荷載增大，壓應(yīng)力凹大凸小，沿柱長有彎曲 荷載小，彈 性， sc （N s， c） 荷載大，彈塑性， c ， s 長期荷載，徐變 ，c ， s 破壞前，橫向撓度增加很快，破壞突然失穩(wěn)破壞注：短柱一般是sfy ，荷載增加，c0.2%達(dá)極限而破壞；s21050.2%400MPa 普通箍軸壓受力性能及破壞力短柱正截面承載力： l0/b8長柱正截面承載力： l0/b8 將低于按上式所計算的短柱承載力（失穩(wěn)破壞） 穩(wěn)定系數(shù) =Nu長/Nu短 考慮到構(gòu)件為非勻質(zhì)彈性體，截面形心與重心不重合，應(yīng)力分布不均勻，折減 0.9注意：3%時，公式中的A應(yīng)改用Ac代替 普通箍軸壓受力性

8、能及破壞力 普通箍筋柱計算 設(shè)計步驟： 選定截面尺寸 （根據(jù)構(gòu)造要求） 通過長細(xì)比確定穩(wěn)定系數(shù)： 計算鋼筋面積： 驗算是否滿足構(gòu)造要求復(fù)核步驟： 通過長細(xì)比確定穩(wěn)定系數(shù)： 計算： 驗算：3. 構(gòu)造要求 材料：混凝土宜高一些，鋼筋強度不宜過高。 截面： b250mm, l0 /b30 。當(dāng)d32mm時，可用綁扎搭接接頭，但接頭位置應(yīng)設(shè)在受力較小處。 縱筋： d12mm, 圓柱中根數(shù) 6， 5； 50mm 凈距，中距 350mm, c30mm。0.6% 箍筋： 封閉式； d6mm , d縱 /4（熱軋）； d5mm , d縱 /5（冷拔低碳鋼絲）； s400mm , 15d縱 ， sb(橫截面短邊

9、尺寸) 。復(fù)合箍筋: 1)當(dāng)柱截面短邊尺寸大于400mm 且各邊縱向鋼筋多于3根; 2)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， 應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋； （每邊4根） （每邊多于4根） （每邊3根） （每邊多于3根）時， d8mm，1350彎鉤 10d ；焊環(huán)： s200, 10d縱 當(dāng)縱筋搭接長度范圍內(nèi)d d縱 /4，s200mm, 10d縱 例10-2 (GB50010)某三跨三層現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)的底層內(nèi)柱，軸向力設(shè)計值N=1300kN，基頂至二樓樓面的高度為H=4.8m，混凝土強度等級為C30，鋼筋用HRB335級。試確定柱截面尺寸及縱筋面積。解由參考資料附表分別查得C30砼

10、fc=14.3N/mm2，HRB335級鋼 根據(jù)構(gòu)造要求，先假定柱截面尺寸為300mm 300mm按表10-2規(guī)定得：l0 =1.0H=4.8m確定 ：由l0/b=4800/300=16，查表10-1得 。 計算 ：由式（10-3） 滿足最小配筋率的要求可得：選用（As=1256mm2），箍筋按構(gòu)造要求可取6300。 當(dāng)柱軸向力很大且柱截面尺寸受限制； 當(dāng)采用普通箍筋的柱，提高混凝土強度等級和增加了縱筋配筋量也不足以承受該柱軸向壓力時。間接鋼筋可以約束核心混凝土在縱向受壓時產(chǎn)生的橫向變形，從而提高了混凝土抗壓強度； 同時間接鋼筋中產(chǎn)生拉應(yīng)力。10.3.2 配有螺旋箍筋的軸心受壓構(gòu)件 與普通箍筋

11、柱相比，螺旋箍筋柱 的承載力高，變形能力大； 螺旋箍筋使混凝土處于三向受壓 狀態(tài)，從而間接提高了柱子的受 壓承載力和變形能力。 螺旋箍筋柱施工較復(fù)雜，用鋼量 較多，一般較少采用。螺旋鋼箍 柱箍筋的形狀為圓形。 保護(hù)層剝落混凝土圓柱體三向受壓狀態(tài)的縱向抗壓強度達(dá)到極限狀態(tài)時（保護(hù)層已剝落，不考慮）令螺旋箍筋對承載力的影響系數(shù)a，當(dāng)fcu,k50N/mm2時，取a = 1.0；當(dāng)fcu,k=80N/mm2時，取a =0.85，其間直線插值。采用螺旋箍筋可有效提高柱的軸心受壓承載力。 如螺旋箍筋配置過多，極限承載力提高過大，則會在遠(yuǎn)未達(dá)到極限承載力之前保護(hù)層產(chǎn)生剝落，從而影響正常使用。 規(guī)范規(guī)定：

12、按螺旋箍筋計算的承載力不應(yīng)大于按普通箍筋柱受壓承載力的1.5倍。Nssu1.5Nsu 對長細(xì)比過大柱，由于縱向彎曲變形較大，截面不是全部受壓，螺旋箍筋的約束作用得不到有效發(fā)揮。規(guī)范規(guī)定： 對長細(xì)比l0/d大于12的柱不應(yīng)計入間接鋼筋的影響作用。 螺旋箍筋的約束效果與其截面面積Ass1和間距 s 有關(guān)，為保證由一定約束效果，規(guī)范規(guī)定： 螺旋箍筋的換算面積 Ass0 不得小于全部縱筋A(yù)s 面積的25%； 螺旋箍筋的間距 s 不應(yīng)大于dcor/5，且不大于80mm，同時為方便施工，s 也不應(yīng)小于40mm。注意 Nu螺 1.0Nu普 1.5Nu普 l0/d12 否則不計fyAss0項 Ass0As/4

13、 否則不計fyAss0項 螺旋箍軸壓受力性能及破壞力 計算長度 構(gòu)造要求常用截面：正方形、圓形、環(huán)形及正多邊形。截面尺寸：方形截面不宜小于250mm250mm； 長細(xì)比不宜過大，常取l0/b30，l0/d26縱 筋四周均置，4根； 0.6%s全5% 1232mm； 中距300mm； 小結(jié) 構(gòu)造要求箍 筋形式：封閉式 直徑：d/4，6mm， （8mm，3% 級別：HPB300 間距：Smaxmin(b,h)，400, 15d（綁扎） 20d （焊接） d縱筋直徑 Smaxmin(dcor/5,80);Smin=40mm ( 螺旋箍) 復(fù)合箍:min(b,h)400mm且各邊縱向鋼筋多于3根 時，

14、或當(dāng)柱截面短邊尺寸不大于400mm但 各邊縱向鋼筋多于4根注意：縱筋每隔一根位于箍筋轉(zhuǎn)角處，不許內(nèi)折角箍筋；鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)定 義計算長度兩端鉸支 l0=l 一端固定一端自由 l0=2l兩端固定 l0=0.5l 一端固定一端鉸支 l0=0.7l理想情況反彎點之間的距離實際情況一般多層房屋中梁柱為剛接的框架結(jié)構(gòu)柱計算長度l0樓蓋類別柱的類別l0備 注現(xiàn)澆樓蓋底層柱1.00HH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。其余各層柱1.25H 裝配式樓蓋底層柱1.25H其余各層柱1.50H例10-3 (GB50010)已知某公共建筑底層門廳內(nèi)

15、現(xiàn)澆鋼筋混凝土圓柱，承受軸心壓力設(shè)計值 N=5200kN。該柱的截面尺寸d=550mm。柱的計算長度l0=5.2m。混凝土強等級為C30 ，柱中縱筋用HRB335級 ，箍筋用HPB235級。求該柱的配筋。 先按配有縱筋和箍筋柱計算。 （1）計算穩(wěn)定系數(shù) 值：l0/d=5200/550=9.45查表101得： =0.966（2）求縱筋 已知圓形混凝土截面面積為解由式（10-3）可得：（3）求配筋率 配筋率較高，由于混凝土等級不宜再提高，并因 l0/d12，可采用加配螺旋箍筋的辦法以提高柱的承載能力。下面就按配有縱筋和螺旋箍筋柱來計算 （4）假定縱筋配筋率 則得 選用16根直徑22的HRB335級鋼筋，得到真實的 混凝土的保護(hù)層取用25mm,，得到dco