建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu) 第5版 課件 項(xiàng)目12 設(shè)計(jì)柱

項(xiàng)目12設(shè)計(jì)柱建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)BuildingMechanicsandStructures任務(wù)1受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求CONTENTS目錄材料強(qiáng)度要求01確定截面形式和尺寸02縱向受力鋼筋03箍筋04教學(xué)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范意識(shí)、標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、質(zhì)量意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。2.培養(yǎng)學(xué)生精益求精的職業(yè)操守和法律意識(shí)。

1.能夠選擇柱的材料。2.能估算柱的截面尺寸。3.能處理柱中縱向鋼筋的連接。4.能設(shè)置復(fù)合箍筋。

1.了解材料強(qiáng)度要求。2.理解截面形式和尺寸要求。3.掌握縱向受力鋼筋和箍筋的設(shè)置要求。知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)PART01材料強(qiáng)度要求1.受壓構(gòu)件計(jì)算分類(a)軸心受壓

(b)單向偏心受壓(c)雙向偏心受壓受壓構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件單向偏心受壓構(gòu)件雙向偏心受壓構(gòu)件2.材料強(qiáng)度要求混凝土：宜采用較高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，一般采用C25及以上等級(jí)的混凝土。鋼筋：不宜選用高強(qiáng)度鋼筋，一般采用HRB400和HRB335。PART02確定截面形式和尺寸1.截面形式和尺寸（1）截面形狀：正方形、矩形、圓形、環(huán)形。（2）截面尺寸：截面尺寸一般應(yīng)符合

≤25及

≤30

（其中

為柱的計(jì)算長(zhǎng)度，h和b分別為截面的高度和寬度）

對(duì)于方形和矩形截面，其尺寸不宜小于250×250mm。為了便于模板尺寸模數(shù)化，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)。PART03縱向受力鋼筋1.布置方式

（1）設(shè)置縱向受力鋼筋的目的協(xié)助混凝土承受壓力；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；防止構(gòu)件突然的脆性破壞。（2）布置方式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(duì)邊；圓柱中縱向受力鋼筋宜沿周邊均勻布置。

2.構(gòu)造要求（3）構(gòu)造要求：①直徑：縱向受力鋼筋直徑d不宜小于12mm，通常采用12～32mm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。②根數(shù)：方形和矩形截面柱中縱向受力鋼筋不少于４根，圓柱中不宜少于8根且不應(yīng)少于6根。③間距：縱向受力鋼筋的凈距不應(yīng)小于50mm，偏心受壓柱中垂直于彎矩作用平面的側(cè)面上的縱向受力鋼筋及軸心受壓柱中各邊的縱向受力鋼筋的中距不宜大于300mm。對(duì)水平澆筑的預(yù)制柱，其縱向鋼筋的最小凈距距可按梁的有關(guān)規(guī)定采用。3.配筋要求

④縱向受力鋼筋配筋率：最小配筋率：全截面HPB300、HRB3350.6％

HRB4000.55％

HRB5000.5％

單側(cè)0.2％最大配筋率：全截面不宜超過5％；單側(cè)一般不超過3％，通常在0.5％～2％之間。

⑤偏心受壓柱配筋方式：對(duì)稱配筋、非對(duì)稱配筋

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。4.縱向構(gòu)造鋼筋⑥偏心受壓柱縱向構(gòu)造鋼筋的設(shè)置600mm≤h≤1000時(shí)，應(yīng)設(shè)一道直徑10~16mm的縱向構(gòu)造鋼筋。1000mm<h≤1500時(shí)，應(yīng)設(shè)兩道直徑10~16mm的縱向構(gòu)造鋼筋。PART04箍筋1.作用分

（1）作用

固定縱向受力鋼筋，保證縱向鋼筋的位置正確；

承受偏心受壓構(gòu)件由于壓彎產(chǎn)生的剪力；

防止縱向鋼筋壓屈，從而提高柱的承載能力。魯班獎(jiǎng)工程案例中，使用角鋼預(yù)制的可調(diào)節(jié)式定位箍來控制柱筋間距

2.構(gòu)造要求分（2）構(gòu)造要求

受壓構(gòu)件中的周邊箍筋應(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）。

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。箍筋間距，當(dāng)搭接鋼筋為受拉時(shí)，不應(yīng)大于5d（為受力鋼筋中最小直徑），且不應(yīng)大于100mm；

當(dāng)搭接鋼筋為受壓時(shí)，不應(yīng)大于10d，且不應(yīng)大于200mm；3.復(fù)合箍筋的設(shè)置分

(3）復(fù)合箍筋的設(shè)置

設(shè)置條件：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。3.復(fù)合箍筋的設(shè)置分復(fù)合箍筋的設(shè)置數(shù)量：設(shè)置復(fù)合箍筋后，縱向受力鋼筋每隔一根都要位于箍筋的轉(zhuǎn)角處。對(duì)于截面形狀復(fù)雜的構(gòu)件，不可采用具有內(nèi)折角的箍筋箍筋。其原因是，內(nèi)折角處受拉箍筋的合力向外。

THANKS感謝聆聽項(xiàng)目12設(shè)計(jì)柱建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)BuildingMechanicsandStructures任務(wù)2設(shè)計(jì)軸心受壓柱CONTENTS目錄軸心受壓柱的受力特點(diǎn)和破壞形態(tài)01軸心受壓構(gòu)件的基本計(jì)算公式02軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)03教學(xué)目標(biāo)1.培養(yǎng)通過力學(xué)思想和方法分析問題和解決問題的能力。2.培養(yǎng)學(xué)生工匠精神、愛國(guó)主義精神、職業(yè)榮譽(yù)感。

1.能設(shè)計(jì)軸心受壓柱。

1.理解軸向受壓柱的工作機(jī)理。2.掌握軸心受壓柱承載力計(jì)算公式。知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)PART01

軸心受壓柱的受力特點(diǎn)和破壞形態(tài)1.軸心受壓柱的破壞特征

在截面尺寸、配筋、強(qiáng)度相同的條件下，長(zhǎng)柱的承載力低于短柱，設(shè)計(jì)時(shí)采用采用降低系數(shù)

來考慮。lo/i

28lo/b

8短柱

lo/i

>28長(zhǎng)柱PART02軸心受壓構(gòu)件

的計(jì)算公式1.軸心受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算

–––穩(wěn)定系數(shù)，反映受壓構(gòu)件的承載力隨長(zhǎng)細(xì)比增大而降低的現(xiàn)象。2.穩(wěn)定系數(shù)PART03軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)1.截面設(shè)計(jì)分已知：b

h，fc,f

y,l0,N,求A

s

由公式

知，僅有一個(gè)公式需求解三個(gè)未知量

、A和

，無確定解，故必須增加或假設(shè)一些已知條件。一般可以先假定

，配筋率～（一般取1%），然后代入公式估算出構(gòu)件截面面積A，根據(jù)A來選定實(shí)際的構(gòu)件截面尺寸。再由長(zhǎng)細(xì)比查表12-2確定穩(wěn)定系數(shù)，代入公式求實(shí)際的

，最后驗(yàn)算是否滿足配筋率的要求。2.截面復(fù)核分已知：b

h，fc,f

y,l0,A

s,求Nu

已知構(gòu)件截面尺寸b×h及縱向受壓鋼筋的面積

，材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

、

，構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度

。求柱所能承擔(dān)的軸心壓力設(shè)計(jì)值。

截面復(fù)核比較簡(jiǎn)單，只需將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式

，

即能求出柱所能承擔(dān)的軸心壓力設(shè)計(jì)值。THANKS感謝聆聽項(xiàng)目12設(shè)計(jì)柱建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)BuildingMechanicsandStructures任務(wù)3設(shè)計(jì)偏心受壓柱CONTENTS目錄N-M相關(guān)曲線02長(zhǎng)細(xì)比對(duì)承載力的影響03計(jì)算中的兩個(gè)問題04偏心受壓承載力計(jì)算05偏心受壓構(gòu)件的受力性能01對(duì)稱配筋承載力計(jì)算06教學(xué)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范意識(shí)、標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、質(zhì)量意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。2.培養(yǎng)學(xué)生精益求精的職業(yè)操守和法律意識(shí)。

1.能判斷偏心受壓構(gòu)件。2.能驗(yàn)算偏心受壓柱的承載力。

1.了解偏心受壓柱的工作機(jī)理。2.了解偏心受壓柱承載力計(jì)算公式。知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)PART01偏心受壓構(gòu)件的受力性能1.受拉破壞

當(dāng)軸向壓力偏心距較大，且受拉鋼筋配置不太多時(shí)，構(gòu)件發(fā)生受拉破壞。在這種情況下，構(gòu)件受軸向壓力N后，離N較遠(yuǎn)一側(cè)的截面受拉，另一側(cè)截面受壓，如圖12-15（a）。當(dāng)N增加到一定程度，首先在受拉區(qū)出現(xiàn)橫向裂縫，隨著荷載的增加，裂縫不斷發(fā)展和加寬，裂縫截面處的拉應(yīng)力全部由鋼筋承擔(dān)。荷載繼續(xù)加大，受拉鋼筋首先達(dá)到屈服，并形成一條明顯的主裂縫，隨后主裂縫明顯加寬并向受壓一側(cè)延伸，受壓區(qū)高度迅速減小。最后，受壓區(qū)邊緣出現(xiàn)縱向裂縫，受壓區(qū)混凝土被壓碎而導(dǎo)致構(gòu)件破壞。此時(shí)，受壓鋼筋一般也能屈服，如圖12-15（b）。2.受壓破壞

當(dāng)構(gòu)件的軸向壓力的偏心距較小，或偏心距較大且配置的受拉鋼筋過多時(shí)，就發(fā)生受壓破壞。當(dāng)偏心距較大，但縱筋的配筋率很高時(shí)，雖然同樣是部分截面受拉，但受拉區(qū)裂縫出現(xiàn)后，受拉鋼筋應(yīng)力增長(zhǎng)緩慢。破壞是由于受壓區(qū)混凝土到達(dá)其抗壓強(qiáng)度被壓碎，破壞時(shí)受壓鋼筋到達(dá)屈服，而受拉一側(cè)鋼筋應(yīng)力未達(dá)到其屈服強(qiáng)度，破壞形態(tài)與超筋梁相似，如圖(a)。

當(dāng)偏心距較小，加荷后整個(gè)截面全部受壓或大部分受壓，如圖(b)。3.兩類偏心受壓破壞的界限大小偏心受壓破壞的界限大偏心受壓小偏心受壓界限破壞

大、小偏心受壓破壞的界限，可采用受彎構(gòu)件正截面中的超筋與適筋的界限予以劃分。PART02N-M相關(guān)曲線N-M相關(guān)曲線

對(duì)于給定截面、配筋及材料強(qiáng)度相同但偏心距e0不同的偏心受壓構(gòu)件，進(jìn)行試驗(yàn)得到破壞時(shí)每個(gè)構(gòu)件所承受的不同軸向力和彎矩。圖12-17所示，到達(dá)承載能力極限狀態(tài)時(shí)，截面承受的內(nèi)力設(shè)計(jì)值N、M并不是獨(dú)立的，而是相關(guān)的。軸向力與彎矩對(duì)于構(gòu)件的作用效應(yīng)存在著疊加和制約的關(guān)系。PART03

長(zhǎng)細(xì)比對(duì)偏心受壓構(gòu)件承載力的影響長(zhǎng)細(xì)比對(duì)偏心受壓構(gòu)件承載力的影響

在截面和初始偏心距相同的情況下，長(zhǎng)柱、短柱、細(xì)長(zhǎng)柱側(cè)向撓度的大小不同，影響程度會(huì)有很大差別，將產(chǎn)生不同的破壞類型，如圖。

對(duì)于短柱，屬于材料破壞。因此，對(duì)于短柱，可以忽略側(cè)向撓度的影響。

對(duì)于長(zhǎng)柱，側(cè)向撓度與附加偏心距相比已不能忽略，長(zhǎng)柱是在側(cè)向撓度引起的附加彎矩作用下發(fā)生的材料破壞。PART04

偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力計(jì)算中的兩個(gè)問題1.附加偏心距

由于混凝土的非均勻性及施工偏差等原因，實(shí)際偏心受壓構(gòu)件軸向力的偏心距有可能增大或減小，即使軸心受壓構(gòu)件也不存在。顯然，偏心距的增加會(huì)使截面的偏心彎矩增大，考慮這種不利影響，現(xiàn)取式中：——實(shí)際的初始偏心距；——軸向力的偏心距，——附加偏心距，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定附加偏心距取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30兩者中的較大值。

2.彎矩增大系數(shù)

對(duì)于短柱，可以忽略側(cè)向撓度的影響。故《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：對(duì)于彎矩作用平面內(nèi)截面對(duì)稱的偏心受壓構(gòu)件，當(dāng)同一主軸方向的桿端彎矩比不大于0.9且設(shè)計(jì)軸壓比不大于0.9時(shí)，若構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比滿足下式的要求，可不考慮該方向構(gòu)件自身?yè)锨a(chǎn)生的附加彎矩影響；當(dāng)不滿足下式時(shí)，需按截面的兩個(gè)主軸方向分別考慮構(gòu)件自身?yè)锨a(chǎn)生的附加彎矩影響。

對(duì)于長(zhǎng)柱、細(xì)長(zhǎng)柱在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮附加撓度對(duì)彎矩增大的影響，故引入偏心距調(diào)節(jié)系數(shù)和彎矩增大系數(shù)來表示柱端附加彎矩?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：除排架結(jié)構(gòu)柱以外的偏心受壓構(gòu)件，在其偏心方向上考慮構(gòu)件自身?yè)锨绊懀ǜ郊訌澗兀┑膹澗卦O(shè)計(jì)值取為：PART05

矩形截面偏心

受壓構(gòu)件正截面受壓承載力計(jì)算公式1.矩形截面大偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力計(jì)算公式2.矩形截面小偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力計(jì)算公式PART06

對(duì)稱配筋矩形

截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力計(jì)算對(duì)稱配筋矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算分對(duì)稱配筋：

對(duì)稱配筋構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，尤其適用于構(gòu)件在承受不同荷載時(shí)可能產(chǎn)生不同符號(hào)彎矩的情況，是偏心受壓柱最常用的配筋形式。但對(duì)稱配筋用鋼量大，不經(jīng)濟(jì)。偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算的基本假定與受彎構(gòu)件相同根據(jù)基本假定可畫出偏心受壓構(gòu)件的應(yīng)力圖，進(jìn)而得出正截面承載力計(jì)算公式。對(duì)稱配筋矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算分–––大偏心受壓（1）大小偏心受壓的判別–––小偏心受壓根據(jù)已知條件，求縱向受力鋼筋面積對(duì)稱配筋矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算分當(dāng)x≤xb時(shí)當(dāng)x>xb時(shí)—受拉破壞(大偏心受壓)—受壓破壞(小偏心受壓)THANKS感謝聆聽項(xiàng)目12設(shè)計(jì)柱建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)BuildingMechanicsandStructures任務(wù)4柱的施工圖繪制CONTENTS目錄列表注寫方式01截面注寫方式02教學(xué)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范意識(shí)、標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、質(zhì)量意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。2.培養(yǎng)學(xué)生精益求精的職業(yè)操守和法律意識(shí)。

1.能熟練識(shí)讀柱的平法施工圖。

1.掌握柱的平法施工圖繪制規(guī)則。知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)PART01列表注寫方式1.柱的分類1.柱的分類框架柱轉(zhuǎn)換柱芯柱2.柱的列表注寫方式

柱平法施工圖是在柱平面布置圖上，采用列表注寫方式或截面注寫方式表達(dá)柱的尺寸、配筋信息等內(nèi)容。列表注寫方式

柱的列表注寫方式是指在柱平面布置圖上，對(duì)所有的柱編號(hào)，然后在同一編號(hào)的柱中選擇一個(gè)截面標(biāo)注幾何參數(shù)代號(hào)，在柱表中注寫柱號(hào)、柱段起止標(biāo)高、幾何尺寸及配筋的具體數(shù)值，并配以各種柱截面形狀及其箍筋類型圖。2.柱的列表注寫方式柱編號(hào)起止標(biāo)高截面尺寸縱筋箍筋2.柱的列表注寫方式類型代號(hào)和序號(hào)柱編號(hào)2.柱的列表注寫方式

各段柱的起止標(biāo)高自柱的根部往上變截面或截面未變但配筋改變?yōu)榻绶侄巫?。起止?biāo)高

如圖中所示，KZ1從-4.530到59.070的標(biāo)高范圍內(nèi)，截面尺寸和配筋都發(fā)生了變化，因此將它的標(biāo)高分為4段，每一段分別注寫截面尺寸和配筋。2.柱的列表注寫方式截面尺寸需標(biāo)注總尺寸及每根柱在X方向和Y方向與軸線的相互關(guān)系。截面尺寸截面尺寸b×h及與軸線關(guān)系的幾何參數(shù)b1、b2和h1、h2的具體數(shù)值。矩形柱b=b1+b2，h=h1+h22.柱的列表注寫方式注寫縱筋時(shí)，需