鋼筋砼結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)課件按新規(guī)范.ppt

1,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,本章提要 ： 本章介紹軸心受壓構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求、受力性能和承載力計(jì)算公式及其適用條件，重點(diǎn)敘述偏心受壓構(gòu)件的正截面承載力設(shè)計(jì)計(jì)算方法，同時(shí)附有相應(yīng)的算例。,2,第一節(jié) 受壓構(gòu)件的計(jì)算分類及配筋構(gòu)造,第二節(jié) 軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,第三節(jié) 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算,第四節(jié) 矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面 承載力計(jì)算方法,第五節(jié) T形和I形截面偏心受壓構(gòu)件正截面 承載力計(jì)算方法,第六節(jié) 受壓構(gòu)件斜截面受剪承載力計(jì)算,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,3,第一節(jié) 受壓構(gòu)件的計(jì)算分類及配筋構(gòu)造,一、計(jì)算分類 1.軸心受壓構(gòu)件 軸向力作用線與構(gòu)件截面形心線相重合的構(gòu)件。 2.偏心受壓構(gòu)件 軸向力作用線與構(gòu)件截面形心線不重合或構(gòu)件截面上既有軸心壓力，又有彎矩作用的構(gòu)件。偏心受壓構(gòu)件分為單向偏心受壓構(gòu)件和雙向偏心受壓構(gòu)件。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,4,二、構(gòu)造要求 1.截面形式與尺寸 截面形式：正方形、圓形、矩形、T形或I字形等。 截面尺寸：最小邊長不宜小于250mm。為施工支模方便，邊長50 mm的倍數(shù)。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,2.縱向鋼筋 1）縱向受力鋼筋的直徑不宜小于12mm，且宜采用大直徑的鋼筋。全部縱向鋼筋的配筋率不宜大于5%。 2）縱向鋼筋的凈間距不應(yīng)小于50mm，且不宜大于300mm。,5,3）偏心受壓柱的截面高度不小于600mm時(shí)，在柱的側(cè)面上應(yīng)設(shè)置直徑不小于10mm的縱向構(gòu)造鋼筋，并相應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋或拉筋。 4）圓柱中縱向鋼筋不宜少于8根，不應(yīng)少于6根，且宜沿周邊均勻布置。 5）柱中縱向受力鋼筋的中距不宜大于300mm。 6）全部縱向受力鋼筋的配筋率：鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)為500Mpa時(shí)，不應(yīng)小于0.50%；強(qiáng)度等級(jí)為400Mpa時(shí)，不應(yīng)小于0.55%；強(qiáng)度等級(jí)為300Mpa、335Mpa時(shí)，不應(yīng)小于0.50%。 一側(cè)縱向受力鋼筋的配筋率：不應(yīng)小于0.20%。 全部或一側(cè)縱向受力鋼筋的配筋率均按構(gòu)件的全截面面積計(jì)算。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,6,3.箍筋 1）箍筋直徑不應(yīng)小于d/4，且不應(yīng)小于6mm，d為縱向受力鋼筋的最大直徑。 2）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。 3）受壓構(gòu)件中的周邊箍筋應(yīng)做成封閉式；對(duì)圓柱中的箍筋，搭接長度不應(yīng)小于第一章第三節(jié)規(guī)定的錨固長度，且末端應(yīng)做成135彎鉤，彎鉤末端平直段長度不應(yīng)小于5d，d為箍筋直徑。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,7,4）當(dāng)柱截面短邊尺寸大于400mm且各邊縱向鋼筋多于3根時(shí)，或當(dāng)柱截面短邊尺寸不大于400mm但各邊縱向受力鋼筋多于4根時(shí)，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋，復(fù)合箍筋的直徑和間距與普通箍筋要求相同，如圖8-2所示。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,8,5）柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率大于3%時(shí)，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm，間距不應(yīng)大于10d，且不應(yīng)大于200 mm。箍筋末端應(yīng)做成135彎鉤，且彎鉤末端平直段長度不應(yīng)小于10d，d為縱向受力鋼筋的最小直徑。 6）在配有螺旋式或焊接環(huán)式箍筋的柱中，如在正截面受壓承載力計(jì)算中考慮間接鋼筋的作用時(shí)，箍筋間距不應(yīng)大于80 mm及dcor/5,且不宜小于40 mm，dcor為按箍筋內(nèi)表面確定的核心截面直徑。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,9,4.工字形截面柱 工字形截面柱還需滿足以下要求： 翼緣厚度不宜小于120mm，腹板厚度不宜小于100mm，其箍筋設(shè)置如圖示。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,10,第二節(jié) 軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,一、普通箍筋柱 1.試驗(yàn)研究 軸心受壓柱：短柱L0/b 8 長柱L0/b 8。 短柱破壞：縱向受力鋼筋先達(dá)到屈服強(qiáng)度，然后混凝土達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度被壓碎引起。 長柱破壞：初始偏心產(chǎn)生附加彎矩，進(jìn)而引起撓曲變形加大初始偏心，最終構(gòu)件可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。 長柱的承載力低于短柱，用穩(wěn)定系數(shù)來反映。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,11,2.正截面承載力計(jì)算公式 0.9可靠度調(diào)整系數(shù)； 鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，可查表； A 截面面積，當(dāng) 0.03時(shí)，公式中的 A 用 Ac代替， Ac= A-As；,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,12,二、螺旋箍筋柱 1.試驗(yàn)結(jié)果 采用間距較密的螺旋箍筋，能夠有效地約束砼的橫向變形，使核心砼處于三向受壓狀態(tài)，間接提高柱的承載力。 當(dāng)軸向受力較大、截面尺寸受到限制時(shí)采用。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,13,2.正截面承載力計(jì)算公式,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,式中：Acor構(gòu)件的核心截面面積； dcor構(gòu)件的核心截面直徑，間接鋼筋內(nèi)表面之間的距離；,14,間接鋼筋對(duì)混凝土約束的折減系數(shù)：當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過C50時(shí)，取1.0 當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，取0.85，其間按線性內(nèi)插法確定。 Ass0間接鋼筋的換算截面面積； Ass1單根間接鋼筋的截面面積； s間接鋼筋沿構(gòu)件軸線方向的間距； 注意：為保證混凝土保護(hù)層不剝落，按上式計(jì)算的Nu不應(yīng)大于按普通箍筋柱計(jì)算得Nu的1.5倍。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,15,當(dāng)遇到下列任意一種情況時(shí)，不計(jì)間接鋼筋的影響，仍按普通箍筋柱計(jì)算： 1）L0/d12時(shí); 2）按上式計(jì)算出的Nu小于按普通箍筋柱算出的N時(shí)； 3）Ass0 0.25As。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,16,第三節(jié) 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算,一、試驗(yàn)研究及破壞特征 1）破壞是由混凝土的壓碎造成的。 2）破壞特征與軸向力的偏心距和配筋量有關(guān)。 3）破壞形態(tài)介于軸心受壓構(gòu)件和受彎構(gòu)件之間。 綜合試驗(yàn)分析，有如下兩種破壞特征：,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,17,1.大偏心受壓破壞 偏心距較大，且As配置適當(dāng)，破壞與雙筋截面適筋梁相似： As先屈服，然后As達(dá)到屈服，最后受壓混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,18,2.小偏心受壓破壞 1）偏心距e0較小。截面大部分受壓，最終因受壓混凝土被壓碎導(dǎo)致破壞。破壞時(shí)受壓鋼筋 As達(dá)到屈服，受拉鋼筋A(yù)s達(dá)不到屈服。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,19,2）偏心距e0很小。截面全部受壓，最終因離偏心力較近的混凝土被壓碎導(dǎo)致破壞。破壞時(shí)離偏心力較近的鋼筋A(yù)s達(dá)到屈服，而離偏心力較遠(yuǎn)的鋼筋A(yù)s達(dá)不到屈服。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,20,3）偏心距e0較大，且受拉鋼筋較多。截面大部分受拉，最終由受壓混凝土被壓碎導(dǎo)致破壞。破壞時(shí)受壓鋼筋A(yù)s達(dá)到屈服，而受拉鋼筋A(yù)s達(dá)不到屈服。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,21,小偏心受壓構(gòu)件破壞是由受壓混凝土壓碎引起，離偏心力較近一側(cè)的鋼筋能達(dá)到屈服，而另一側(cè)的鋼筋無論受壓或受拉均達(dá)不到屈服。 二、大偏心受壓和小偏心受壓的界限 界限破壞的概念和取值與受彎構(gòu)件相同，故大小偏心受壓的界限： b 小偏心受壓； = b 界限破壞,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,22,三、彎矩M和軸力N對(duì)偏心受壓構(gòu)件正截面承載力的影響（Nu-Mu相關(guān)曲線）,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,B點(diǎn)：大、小偏心受壓的界限狀態(tài)，構(gòu)件承受的彎矩最大； AB段：大偏心受壓時(shí)的相關(guān)曲線，可見，隨軸向壓力的增大，截面承受的彎矩也相應(yīng)提高。 BC段：小偏心受壓時(shí)的相關(guān)曲線，可見，隨軸向壓力的增大，截面承受的彎矩反而降低。,23,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,當(dāng)構(gòu)件承受多組內(nèi)力組合時(shí)，可根據(jù)Nu-Mu相關(guān)曲線，初步選定最不利內(nèi)力組合，作為截面承載力計(jì)算的依據(jù)。,24,四、附加偏心距ea 考慮荷載作用位置的不定性、混凝土質(zhì)量的不均勻性、配筋的不對(duì)稱及施工偏差等因素，可能產(chǎn)生附加偏心距。 規(guī)范規(guī)定： ea值應(yīng)取20mm和偏心方向截面最大尺寸的1/30兩者中的較大值。 則，初始偏心矩 ei=e0+ea ，其中 。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,25,五、考慮二階效應(yīng)后的彎矩設(shè)計(jì)值 短柱：偏心力N產(chǎn)生的側(cè)向撓曲影響很小，可不計(jì)。 長柱：側(cè)向撓曲使截面彎矩顯著增大。在柱中點(diǎn)處，由Nei增加到N（ei+af）其中， Nei 稱為一階彎矩，Naf稱為二階彎矩或附加彎矩。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,26,規(guī)范規(guī)定：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且軸壓比不大于0.9時(shí)，若構(gòu)件的長細(xì)比滿足下式的要求，可不考慮軸向壓力在該方向撓曲桿件中產(chǎn)生的附加彎矩影響： 當(dāng)不滿足上式時(shí)，需按截面的兩個(gè)主軸方向分別考慮軸向壓力在撓曲桿件中產(chǎn)生的附加彎矩的影響。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,27,1）除排架結(jié)構(gòu)柱外，其他偏心受壓構(gòu)件考慮二階效應(yīng)后控制截面的彎矩設(shè)計(jì)值M，應(yīng)按下列公式計(jì)算：,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,28,當(dāng)Cm小于1.0時(shí),取1.0;對(duì)剪力墻及核心筒墻，可取Cm等于1.0。 式中 M1、M2分別為已考慮側(cè)移影響的偏心受壓構(gòu)件兩端截面按結(jié)構(gòu)彈性分析確定的對(duì)同一主軸的組合彎矩設(shè)計(jì)值，絕對(duì)值較大端為M2，絕對(duì)值較小端為M1，當(dāng)構(gòu)件按單曲率彎曲時(shí)，M1/M2取正值，否則取負(fù)值。 Cm構(gòu)件端截面偏心距調(diào)節(jié)系數(shù)，當(dāng)小于0.7時(shí)取0.7； 彎矩增大系數(shù)； N與彎矩設(shè)計(jì)值M2相應(yīng)的軸向壓力設(shè)計(jì)值；,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,29,2）對(duì)排架結(jié)構(gòu)柱，考慮二階效應(yīng)的彎矩設(shè)計(jì)值M可按下列公式計(jì)算： 式中 M0一階彈性分析柱端彎矩設(shè)計(jì)值；,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,30,六、矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算公式及適用條件 1.大偏心受壓構(gòu)件,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,31,基本計(jì)算公式： e為軸向力作用點(diǎn)至受拉鋼筋的合力點(diǎn)的距離；,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,32,適用條件： 當(dāng)x2as時(shí)，受壓鋼筋達(dá)不到屈服，偏于安全地取x=2as ，并對(duì)受壓鋼筋合力點(diǎn)取矩得 e為軸向力作用點(diǎn)至受壓鋼筋的合力點(diǎn)的距離，,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,33,3.小偏心受壓構(gòu)件,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,34,基本計(jì)算公式,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,(-fy fy),35,七、偏心受壓構(gòu)件的界限受壓承載力設(shè)計(jì)值及界限偏心距 將 = b 代入大偏壓的第一個(gè)基本公式可得界限受壓承載力如下：,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,對(duì)截面形心取矩（如圖）可得界限彎矩如下：,36,則界限偏心距：,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,eib=,37,當(dāng)截面尺寸給定，對(duì)常用混凝土強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋級(jí)別，當(dāng)As= A和 時(shí)，可近似得最小界限偏心距eib,min=0.3h0；以此作為初步判別大小偏心受壓的依據(jù)。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,即,38,一、矩形截面非對(duì)稱配筋的計(jì)算方法 （一）截面設(shè)計(jì) 1.大、小偏心受壓的判別 ei0.3h0 可先按大偏壓考慮； ei0.3h0 可先按小偏心壓考慮。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,第四節(jié) 矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面 承載力計(jì)算方法,39,2.大偏心受壓構(gòu)件的配筋計(jì)算 （1）鋼筋面積As 和As 均未知。 從最小用鋼量原則出發(fā)，充分發(fā)揮混凝土的抗壓能力，取 x = bh0，可得,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,40,當(dāng)求得 小于0.002bh0時(shí)，取 等于0.002bh0， 按 為已知的情況計(jì)算As。 驗(yàn)算全部縱向受力鋼筋的配筋率。 （2）已知As ，求As。 由第二個(gè)基本公式可求得 x，當(dāng) 2asxxb，由第一個(gè)基本公式求As，且As 0.002bh0；當(dāng) x 2as ，則按公式 計(jì)算As且As 0.002bh0 驗(yàn)算全部縱向受力鋼筋的配筋率。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,41,3.小偏心受壓構(gòu)件的配筋計(jì)算 （1） 鋼筋面積As 和 As均未知。 1）計(jì)算As。 As無論受拉還是受壓均達(dá)不到屈服，故取As=0.002 bh，使總用鋼量最少。 當(dāng)軸向力Nfcbh時(shí)，可能發(fā)生離軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)鋼筋受壓屈服破壞（如圖）。故非對(duì)稱配筋的小偏心受壓構(gòu)件，尚應(yīng)按下式進(jìn)行驗(yàn)算：,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,42,e=h/2-as-(e0-ea) h0=h-as 取、計(jì)算出的較大值作為As。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,43,2）計(jì)算As。 確定的As后，利用小偏壓公式通過解方程可求得As 。但較繁瑣，可采用下式計(jì)算：,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,44,將（或x= h0）代入小偏心受壓基本公式中即解得As ，且As0.002bh。 當(dāng) h/h0(全截面受壓)時(shí)應(yīng)取 = h/h0。 驗(yàn)算全部縱向受力鋼筋的配筋率。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,（2）已知As求As或已知As 求As 無論是已知As求As還是已知As 求As，對(duì)于公式來說只有兩個(gè)未知數(shù)，可直接通過基本公式解的和As或As，且Asminbh， As minbh 。 當(dāng) h/h0(全截面受壓)時(shí)應(yīng)取 = h/h0。,45,（二）截面復(fù)核 已知構(gòu)件的截面尺寸、材料強(qiáng)度、配筋量及計(jì)算長度等，具體分為如下兩種情況計(jì)算： 1.已知軸向力設(shè)計(jì)值N，求彎矩作用平面內(nèi)的彎矩設(shè)計(jì)值或偏心距 （1）判別大、小偏心受壓情況。 根據(jù)式（8-17）計(jì)算Nb，當(dāng)NNb時(shí)，可按大偏心受壓進(jìn)行截面復(fù)核；當(dāng)NNb時(shí)，可按小偏心受壓進(jìn)行截面復(fù)核。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,46,（2）大偏心受壓截面復(fù)核。 1）根據(jù)式（8-11）計(jì)算x。 2）當(dāng)x2 as時(shí)，將x代入式（8-12）中計(jì)算e，根據(jù)e=ei+h/2- as可計(jì)算得ei，進(jìn)而由ei = e0 + ea即可求得e0，此時(shí)的ea根據(jù)規(guī)范規(guī)定取值。 當(dāng)x2 as時(shí)，根據(jù)（8-13）計(jì)算出e，再由e= ei-h/2+as計(jì)算ei，同樣根據(jù)ei = e0 + ea計(jì)算得e0。 3）根據(jù)M=N e0 即可計(jì)算得M。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,47,（3）小偏心受壓截面復(fù)核。 1）根據(jù)式（8-15）和（8-14）計(jì)算x，當(dāng)xh時(shí)取x=h。 2）將計(jì)算出的x代入式（8-16）中計(jì)算e，再由e=ei+h/2- as計(jì)算ei，同樣根據(jù)ei = e0 + ea計(jì)算得e0。 3）根據(jù)M=N e0 即可計(jì)算出M。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,48,2.已知彎矩作用平面內(nèi)的彎矩設(shè)計(jì)值或偏心距，求軸向力設(shè)計(jì)值。 （1）判別大、小偏心受壓情況。 可先假設(shè)為大偏壓，根據(jù)大偏壓的計(jì)算圖形（如圖），由對(duì)N作用點(diǎn)的力矩平衡條件：,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,通過解上式（ 的一元二次方程）得 （或x），根據(jù)（ 或x）判別大、小偏壓。,49,（2）大偏心受壓截面復(fù)核。 當(dāng) x2 as時(shí)，將x代入式（8-11）中計(jì)算N。 當(dāng)x2 as時(shí)，可根據(jù)（8-13）計(jì)算N； 亦可取 ，由式（8-11）和（8-12）重新計(jì)算N；并取二者中較大值。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,（3）小偏心受壓截面復(fù)核。 可通過式（8-22）和（8-23）聯(lián)立解方程計(jì)算N。,50,二、矩形截面對(duì)稱配筋的計(jì)算 對(duì)稱配筋：As = As，fy = f y ， as = as (一)截面設(shè)計(jì) 1.大、小偏心受壓的判別 可假設(shè)為大偏壓，得 根據(jù) （或x）判別大、小偏壓。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,51,2.大偏心受壓構(gòu)件的計(jì)算 當(dāng) 時(shí)，將x代入基本公式可得 當(dāng) 時(shí)，取 可得：,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,52,3. 小偏心受壓構(gòu)件的計(jì)算 由于直接求解非常不便，可按下式計(jì)算，并計(jì)算配筋：,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,53,（二）截面復(fù)核 對(duì)稱配筋的截面復(fù)核計(jì)算過程和方法與非對(duì)稱配筋類似，僅取fy As = f y As 。,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,54,一、工形截面非對(duì)稱配筋的計(jì)算公式 （一）大偏心受壓構(gòu)件,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,第五節(jié) T形和I形截面偏心受壓構(gòu)件 正截面承載力計(jì)算方法,55,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,（1）xhf（圖a） 基本計(jì)算公式：,（1）,當(dāng)x2as時(shí)，按下式進(jìn)行計(jì)算:,（3）,（2）,56,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,（2）hfx,（4）,（5）,(圖b),基本計(jì)算公式：,57,（二）小偏心受壓構(gòu)件（ b ）,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,58,(1) bh0x(h - ) 由圖a可得計(jì)算公式：,第八章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,59,（2）（