第六章 受压构件的截面 承载力.ppt

1. 受压构件钢筋的作用及配筋构造要求； 2. 轴心受压构件的破坏形态及计算； 3. 偏心受压构件的破坏形态； 4. 大偏心受压构件的计算；,第六章 受压构件,本章主要内容,第六章 受压构件,1. 了解受压构件纵向受力钢筋和箍筋的作用 2. 掌握受压构件的材料、截面形式尺寸，以及配筋构造要求第 一 讲,教学目标：,重 点,掌握纵向钢筋和箍筋的配置要求,难 点,掌握纵向钢筋和箍筋的作用、布置要求及其布置原因1、工程中常见的受压构件以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆、单层工业厂房柱等2、受压构件主要以承受轴向压力(N)为主,通常还有弯矩（M）和剪力（V）作用 （轴心受压构件一般不考虑M、V的影响；偏心受压构件一般不考虑V的影响）3、受压构件进行力学性能分析，根据作用方式的不同，可分为轴心受压构件和偏心受压构件其中偏心受压还可分为单向偏心受压和双向偏心受压第一节 概述,,（ａ）多层房屋的中间柱；（ｂ）单层工业厂房柱；（ｃ）屋架的受压腹杆,,1.轴心受压构件：结构的中间柱（近似）；2.单向偏心受压构件：结构的边柱；3.双向偏心受压构件：结构的角柱；如下图所示。

a）轴心受压柱； （b）偏心受压柱,讨论题,1、为什么说工程中无真正意义上的轴心受压构件？结合实际工程举例说明常见的轴心受压构件和偏心受压构件2、高层建筑的钢筋混凝土墙和框架结构的填充墙是否都是受压构件？,1、施工时钢筋的位置和截面几何尺寸的误差、构件混凝土质量的不均匀、荷载实际位置的偏差等因素 2、高层建筑的钢筋混凝土墙是承受竖向荷载（自重和梁板传来的荷载）的受力构件，并将之传与基础，属于受压构件；框架结构的填充填只受到自重作用，并不承受其它竖向荷载，只是以线性荷载的方式作用在梁上，属于非承重墙第二节 受压构件一般构造要求,一、材料强度：混凝土：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，一般应采用强度等级较高的混凝土目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C25~C40，在高层建筑中，C50~C60级混凝土也经常使用钢筋通常采用HPB235和HRB335钢筋，不宜过高，否则不能发挥其高强作用纵向钢筋,通常采用HRB335箍筋,通常采用HPB235,,二、截面形状和尺寸：,◆ 受力合理角度考虑轴心受压和两个方向偏心矩接近的双向偏心受压构件宜采用正方形；单向偏心和主要在一个方向偏心的双向偏心受压构件宜采用长方形。

单层工业厂房的预制柱常采用I字形截面，偏心压力或偏心矩均很大时采用双肢柱圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱◆承载力、刚度和经济等方面考虑,柱的截面尺寸不宜过小，也不宜过大一般应控制在l0/b≤30及l0/h≤25其中 l0为柱的计算长度（ 框架结构各层柱l0详见《规范》表7.3.11-2，h和b分别为截面的高度矩形截面b在200~400mm之间，h在300~800mm之间当柱截面的边长在800mm以下时，一般以50mm为模数，边长在800mm以上时，以100mm为模数现浇柱，截面最小尺寸宜不小于250mm；预制I字形柱厚度不宜小于120mm,腹板厚度不宜小于100mm.,一般多层房屋梁柱为刚性的框架，各层柱的计算长度l0可按表7.3.11-2取用 7.3.11-2 框架结构各层柱的计算长度,,注：表中对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度，对其它各层柱为上、下两层楼盖顶面的高度,三、纵向钢筋：◆ 纵向钢筋的作用偏心矩较大，部分截面产生拉应力的偏心构件，受拉一侧的纵向钢筋主要承受拉力作用大偏心受压）,轴心受压和偏心矩较小，截面上不存在拉应力的偏心受压构件，纵向钢筋作用主要是协助混凝土承压，减小截面尺寸；承担弯矩作用；减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。

另外，也可增加构件的延性以及抵抗偶然因素所产生的拉力（小偏心受压）,◆ 受力纵向钢筋配筋率,配筋率不小于最小配筋率纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲作用同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用（垂直于弯矩作用平面），以及收缩和温度变化产生的拉应力，规定了受压钢筋的最小配筋率《规范》规定，轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.5%；当混凝土强度等级大于C50时不应小于0.6%；一侧受压钢筋的配筋率不应小于0.2%，受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件另一方面，考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量，全部纵筋配筋率不宜超过5%◆ 纵筋的布置与间距,柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于12mm，选配钢筋时宜根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于4根且为偶数，圆形截面根数不宜少于8根且不应小于6根钢筋尽可能靠近柱子，且应沿周边均匀布置，每个角上必须布置一根为了保证浇筑质量，纵筋的净距不小于50mm；为了保证受力钢筋能够在截面内正常发挥作用，受力钢筋的间距也不能过大，轴心受压柱中各边的纵向受力筋，以及偏心受压柱中垂直于弯矩作用平面内的受力钢筋，其中间距不宜大于300mm。

轴心受压柱的纵向受力钢筋应沿截面四周均匀对称布置；偏心受压柱的纵向受力钢筋放置在弯矩作用方向的两对边；圆柱中纵向受力钢筋宜沿周边均匀布置◆纵向构造钢筋 截面各边纵筋的中距不应大于300mm当h≥600mm时，在柱侧面应设置直径10~16mm的纵向构造钢筋，并相应设置附加箍筋或拉筋拉筋的直径和间距可与基本箍筋相同，位置与基本箍筋错开四、箍 筋：◆ 箍筋的作用 约束受压纵筋,防止其受压外突剪力较大时,可起到抗剪作用与纵筋构成骨架约束内部混凝土,提高其强度.,◆ 箍筋的形式搭接式箍筋(普通箍筋)焊接螺旋式(圆环式)箍筋（轴力很大而截面尺寸受到限制）复杂的箍筋形式受压构件中箍筋应采用封闭式,对于截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋（如图所示）.其原因是:内折角处受拉箍筋的合力向外，可能使该处混凝土保护层崩裂◆ 矩形截面柱的附加箍筋 《规范》规定: 当柱截面短边大于400mm，且各边纵筋配置根数超过3根时，或当柱截面短边不大于400mm，但各边纵筋配置根数超过4根时，应设置附加箍筋◆ 箍筋的构造要求直径和间距的要求 其直径不应小于d/4，且不小于6mm，此处d为纵筋的最大直径。

箍筋间距不应大于400mm，也不应大于截面短边尺寸且不大于15d（d为纵筋的最小直径)高配筋率对箍筋的要求 当柱中全部纵筋的配筋率超过3%，箍筋直径不宜小于8mm，间距不应大于10倍纵筋最小直径，也不应大于200mm；箍筋末端应作成135°的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径，或焊成封闭式焊接圆环或螺旋环箍筋的要求 环箍的间距不宜小于40mm，且不应大于80mm及0.2dcor（dcor为环筋内表面确定的直径小 结 1. 纵向受力钢筋、箍筋的作用； 2. 纵向受力钢筋、箍筋的构造要求 作业布置 预 习：§6.3,1.了解受压短柱和长柱的破坏特征 ； 2 .掌握轴心受压构件普通箍筋柱的正截面承载力计算 3、了解密排环式箍筋的轴心受压构件,教学目标：,第二讲,重 点,轴心受压构件的受力特点及计算,难 点,轴心受压构件的计算及公式的适用条件,6.3.1 轴心受压构件的破坏特征 按照长细比 l０／ｂ 的大小，轴心受压柱可分为短柱和长柱两类对方形和矩形柱，当 l０／ｂ ≤ 8 时属于短柱，否则为长柱;对圆形截面,当 l０／d ≤7 时属于短柱，否则为长柱。

其中l０为柱的计算长度，ｂ为矩形截面的短边尺寸 1．轴心受压短柱的破坏特征,第三节 轴心受压构件承载力计算,（1）当轴向力较小时，构件的压缩变形主要为弹性变形，轴向力在截面内产生的压应力由混凝土合钢筋共同承担 （2）随着荷载的增大，构件变形迅速增大，此时混凝土塑性变形增加，弹性模量降低，应力增加缓慢，而钢筋应力的增加则越来越快在临近破坏时，柱子表面出现纵向裂缝，混凝土保护层开始剥落，最后，箍筋之间的纵向钢筋压屈而向外凸出，混凝土被压碎崩裂而破坏破坏时混凝土的应力达到棱柱体抗压强度当短柱破坏时，混凝土达到极限压应变 =0.002，相应的纵向钢筋应力值 =Es=2×105×0.002=400N/mm2因此，当纵筋为高强度钢筋时，构件破坏时纵筋可能达不到屈服强度显然，在受压构件内配置高强度的钢筋不能充分发挥其作用，这是不经济的图6.2.3 短柱的破坏,2．轴心受压长柱的破坏特征1）短柱破坏2）长柱破坏,（1）初始偏心距导致附加弯矩，附加弯矩产生的水平挠度又加大了初始偏心距；较大的初始偏心距将导致承截能力的降低破坏时首先在凹边出现纵向裂缝，接着混凝土被压碎，纵向钢筋被压弯向外凸出，侧向挠度急速发展，最终柱子失去平衡并将凸边混凝土拉裂而破坏。

2）长细比较大时，可能发生“失稳破坏”图6.2.3 长柱的破坏,由上述试验可知，在同等条件下，即截面相同，配筋相同，材料相同的条件下，长柱承载力低于短柱承载力在确定轴心受压构件承截力计算公式时，规范采用构件的稳定系数 来表示长柱承截力降低的程度长细比l0/b越大， 值越小，当l0/b ≤ 8时， d = 1式中 l0—— 柱的计算长度; b—— 矩形截面的短边尺寸，圆形截面可取稳定系数可查表6-1,（ 为截面直径），对任意截面可取 （ 为截面最小回转半径） 构件的计算长度l0与构件两端支承情况有关，对于一般的多层房屋的框架柱，梁柱为刚接的框架各层柱段现浇楼盖：底层柱l0 ＝1.0H ；其余各层柱段l0 ＝1.25H装配式楼盖：底层柱l0 ＝1.25H；其余各层柱段l0 ＝1.5H6.2.2 普通箍筋柱的正截面承截力计算,1.基本公式 钢筋混凝土轴心受压柱的正截面承载力由混凝土承载力及钢筋承载力两部分组成，如图6.2.4所示6.2.4 轴心受压构柱应力分布,As′—全部纵向钢筋的截面面积 式中系数0.9，是考虑到初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性，引入的承载力折减系数；,2．计算方法 （1）截面设计 已知：构件截面尺寸b×h，轴向力设计值，构件的计算长度，材料强度等级。

求：纵向钢筋截面面积 计算步骤如图6.2.56.2.5 轴心受压构件截面设计步骤,（2）截面承载力复核 已知：柱截面尺寸b×h，计算长度 ，纵筋数量及级别，混凝土强度等级 求：柱的受压承载力Nu，或已知轴向力设计值Ｎ，判断截面是否安全6.2.6 轴心受压构件截面复核步骤,【例6.2.1】已知某多层现浇钢筋混凝土框架结构，首层中柱按轴心受压构件计算该柱安全等级为二级，轴向压力设计值 N=1400kN，计算长度l0=5m，纵向钢筋采用HRB335级，混凝土强度等级为C30求该柱截面尺寸及纵筋截面面积解】fc=14.3N/mm2，fy′=300N/mm2， =1.0,（1）初步确定柱截面尺寸,设ρ′= = 1%， =1，则,=89916.5mm2,选用方形截面，则b=h= =299.8mm，取用 h=300mm2）计算稳定系数,l0/b=5000/300=16.7查表6-1,（3）计算钢筋截面面积As′,=1677mm2,（4）验算配筋率,=1.86%,＞ =0.6%，且＜3% ，满足最小配筋率要求，且勿 需重算。