建筑結(jié)構(gòu)5受壓構(gòu)件

建筑結(jié)構(gòu)

主講教師：盧書楠§4受壓構(gòu)件§1概述§2軸心受壓構(gòu)件§3偏心受壓構(gòu)件4.1概述主要以承受軸向壓力為主,通常還有彎矩和剪力作用受壓構(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。軸心受壓構(gòu)件縱筋的主要作用:

幫助混凝土受壓

箍筋的主要作用:

防止縱向受力鋼筋壓屈

偏心受壓構(gòu)件

縱筋的主要作用：

一部分縱筋幫助混凝土受壓

另一部分縱筋抵抗由偏心壓力產(chǎn)生的彎矩

箍筋的主要作用:抵抗剪力

受壓構(gòu)件一般構(gòu)造要求1截面型式及尺寸軸心受壓：一般采用方形、矩形、圓形和

正多邊形偏心受壓構(gòu)件：一般采用矩形、工字形、

T形和環(huán)形2材料強度要求混凝土：C25C30C35C40

等鋼筋：縱筋：HRB400級、HRB335級和

RRB400級

箍筋：HPB235級、HRB335級也可采用HRB400級

3縱筋

全部縱筋配筋率不應(yīng)小于0.6%；不宜大于5%

一側(cè)鋼筋配筋率不應(yīng)小于0.2%

直徑不宜小于12mm，常用16~32mm，宜用粗鋼筋縱筋凈距：不應(yīng)小于50mm；預(yù)制柱，不應(yīng)小于30mm和1.5d(d為鋼筋的最大直徑)

縱筋中距不應(yīng)大于350mm?？v筋的連接接頭：（宜設(shè)置在受力較小處）可采用機械連接接頭、焊接接頭和搭接接頭

對于直徑大于28mm的受拉鋼筋和直徑大于32mm的受壓鋼筋，不宜采用綁扎的搭接接頭。4箍筋

箍筋形式：封閉式

箍筋間距：在綁扎骨架中不應(yīng)大于15d；在焊接骨架中則不應(yīng)大于20d（d為縱筋最小直徑），且不應(yīng)大于400mm，也不大于構(gòu)件橫截面的短邊尺寸箍筋直徑：不應(yīng)小于d／4(d為縱筋最大直徑)，且不應(yīng)小于6mm。當(dāng)縱筋配筋率超過3％時，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm，其間距不應(yīng)大于10d，且不應(yīng)大于200mm。當(dāng)截面短邊不大于400mm，且縱筋不多于四根時，可不設(shè)置復(fù)合箍筋；當(dāng)截面短邊大于400mm且縱筋多于3根時，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋。

在縱筋搭接長度范圍內(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，不應(yīng)大于5d，且不應(yīng)大于100mm；當(dāng)搭接鋼筋為受壓時，不應(yīng)大于10d，且不應(yīng)大于200mm；（d為受力鋼筋中的最小直徑）當(dāng)搭接的受壓鋼筋直徑大于25mm

時，應(yīng)在搭接接頭兩個端面外50mm

范圍內(nèi)各設(shè)置兩根箍筋。4.2軸心受壓構(gòu)件的承載力計算◆在實際結(jié)構(gòu)中，理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的?！敉ǔＳ捎谑┕ぶ圃斓恼`差、荷載作用位置的不確定性、混凝土質(zhì)量的不均勻性等原因，往往存在一定的初始偏心距?！舻行?gòu)件，如以恒載為主的等跨多層房屋的內(nèi)柱、桁架中的受壓腹桿等，主要承受軸向壓力，可近似按軸心受壓構(gòu)件計算。普通鋼箍柱：箍筋的作用？

縱筋的作用？螺旋鋼箍柱：箍筋的形狀為圓形，且間距較密，其作用？縱筋的作用：◆協(xié)助混凝土受壓受壓鋼筋最小配筋率：0.4%(單側(cè)0.2%)◆

承擔(dān)彎矩作用◆減小持續(xù)壓應(yīng)力下混凝土收縮和徐變的影響。實驗表明，收縮和徐變能把柱截面中的壓力由混凝土向鋼筋轉(zhuǎn)移，從而使鋼筋壓應(yīng)力不斷增長。壓應(yīng)力的增長幅度隨配筋率的減小而增大。如果不給配筋率規(guī)定一個下限，鋼筋中的壓應(yīng)力就可能在持續(xù)使用荷載下增長到屈服應(yīng)力水準(zhǔn)。一

普通箍筋柱1.短柱的受力特點和破壞形態(tài)鋼筋混凝土短柱破壞時壓應(yīng)變在0.0025~0.0035之間，規(guī)范取為0.002相應(yīng)地，縱筋的應(yīng)力為彈塑性階段用表示鋼筋的抗壓強度設(shè)計值2．細(xì)長軸心受壓構(gòu)件的承載力降低現(xiàn)象

初始偏心距附加彎矩和側(cè)向撓度加大了原來的初始偏心距構(gòu)件承載力降低3普通鋼箍柱承載力計算軸心受壓短柱軸心受壓長柱穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)j主要與柱的長細(xì)比l0/b有關(guān)可靠度調(diào)整系數(shù)0.9是考慮初始偏心的影響，以及主要承受恒載作用的軸心受壓柱的可靠性。穩(wěn)定系數(shù)4.設(shè)計方法（1）截面設(shè)計已知：軸心壓力設(shè)計值N，材料強度等級、構(gòu)件計算長度，截面面積bxh

求：縱向受壓鋼筋面積（2）截面復(fù)核二、螺旋箍筋柱混凝土圓柱體三向受壓狀態(tài)的縱向抗壓強度4.3偏心受壓構(gòu)件的截面受力性能壓彎構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件偏心距e0=0時，軸心受壓構(gòu)件當(dāng)e0→∞時，即N=0時，受彎構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)界于軸心受壓構(gòu)件和受彎構(gòu)件。一、破壞特征偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)與偏心距e0和縱向鋼筋配筋率有關(guān)1、受拉破壞M較大，N較小偏心距e0較大As配筋合適一、破壞特征偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)與偏心距e0和縱向鋼筋配筋率有關(guān)1、受拉破壞◆截面受拉側(cè)混凝土較早出現(xiàn)裂縫，As的應(yīng)力隨荷載增加發(fā)展較快，首先達到屈服強度?！舸撕?，裂縫迅速開展，受壓區(qū)高度減小。◆最后受壓側(cè)鋼筋A(yù)'s受壓屈服，壓區(qū)混凝土壓碎而達到破壞?！暨@種破壞具有明顯預(yù)兆，變形能力較大，破壞特征與配有受壓鋼筋的適筋梁相似，承載力主要取決于受拉側(cè)鋼筋?！粜纬蛇@種破壞的條件是：偏心距e0較大，且受拉側(cè)縱向鋼筋配筋率合適，通常稱為大偏心受壓。受拉破壞時的截面應(yīng)力和受拉破壞形態(tài)（a）截面應(yīng)力（b）受拉破壞形態(tài)

2、受壓破壞產(chǎn)生受壓破壞的條件有兩種情況：⑴當(dāng)相對偏心距e0/h0較小，截面全部受壓或大部分受壓⑵或雖然相對偏心距e0/h0較大，但受拉側(cè)縱向鋼筋配置較多時As太多◆

截面受壓側(cè)混凝土和鋼筋的受力較大?！舳芾瓊?cè)鋼筋應(yīng)力較小?！舢?dāng)相對偏心距e0/h0很小時，‘受拉側(cè)’還可能出現(xiàn)“反向破壞”情況?！艚孛孀詈笫怯捎谑軌簠^(qū)混凝土首先壓碎而達到破壞?！舫休d力主要取決于壓區(qū)混凝土和受壓側(cè)鋼筋，破壞時受壓區(qū)高度較大，遠側(cè)鋼筋可能受拉也可能受壓，破壞具有脆性性質(zhì)?！舻诙N情況在設(shè)計應(yīng)予避免，因此受壓破壞一般為偏心距較小的情況，故常稱為小偏心受壓。2、受壓破壞產(chǎn)生受壓破壞的條件有兩種情況：⑴當(dāng)相對偏心距e0/h0較小。⑵或雖然相對偏心距e0/h0較大，但受拉側(cè)縱向鋼筋配置較多時。As太多受壓破壞時的截面應(yīng)力和受壓破壞形態(tài)（a）、（b）截面應(yīng)力（c）受壓破壞形態(tài)

二、正截面承載力計算◆偏心受壓正截面受力分析方法與受彎情況是相同的，即仍采用以平截面假定為基礎(chǔ)的計算理論?！舾鶕?jù)混凝土和鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，即可分析截面在壓力和彎矩共同作用下受力全過程。◆對于正截面承載力的計算，同樣可按受彎情況，對受壓區(qū)混凝土采用等效矩形應(yīng)力圖?！舻刃Ь匦螒?yīng)力圖的強度為afc，等效矩形應(yīng)力圖的高度與中和軸高度的比值為b

。受拉破壞和受壓破壞的界限◆即受拉鋼筋屈服與受壓區(qū)混凝土邊緣極限壓應(yīng)變ecu同時達到?！襞c適筋梁和超筋梁的界限情況類似?！粢虼?，相對界限受壓區(qū)高度仍為:當(dāng)x≤xb時當(dāng)x>xb時—受拉破壞(大偏心受壓)—受壓破壞(小偏心受壓)“受拉側(cè)”鋼筋應(yīng)力ss由平截面假定可得x=bxnss=Eses“受拉側(cè)”鋼筋應(yīng)力ssx=bxnss=Esesecueyxnbh0考慮：當(dāng)x=xb，ss=fy；“受拉側(cè)”鋼筋應(yīng)力ssx=bxnss=Eses考慮：當(dāng)x=xb，ss=fy；當(dāng)x=b，ss=0附加偏心距和偏心距增大系數(shù)

由于施工誤差、荷載作用位置的不確定性及材料的不均勻等原因，實際工程中不存在理想的軸心受壓構(gòu)件。為考慮這些因素的不利影響，引入附加偏心距ea，即在正截面受壓承載力計算中，偏心距取計算偏心距e0=M/N與附加偏心距ea之和，稱為初始偏心距ei參考以往工程經(jīng)驗和國外規(guī)范，附加偏心距ea取20mm與h/30

兩者中的較大值，此處h是指偏心方向的截面尺寸。一、附加偏心距二、偏心距增大系數(shù)◆由于側(cè)向撓曲變形，軸向力將產(chǎn)生二階效應(yīng)，引起附加彎矩。◆對于長細(xì)比較大的構(gòu)件，二階效應(yīng)引起附加彎矩不能忽略?！魣D示典型偏心受壓柱，跨中側(cè)向撓度為f?！魧缰薪孛?，軸力N的偏心距為ei+f

，即跨中截面的彎矩為M=N(ei+f)?！粼诮孛婧统跏计木嘞嗤那闆r下，柱的長細(xì)比l0/h不同，側(cè)向撓度f的大小不同，影響程度會有很大差別，將產(chǎn)生不同的破壞類型?！魧τ陂L細(xì)比l0/h≤8的短柱?！魝?cè)向撓度f與初始偏心距ei相比很小。◆柱跨中彎矩M=N(ei+f)隨軸力N的增加基本呈線性增長?！糁敝吝_到截面承載力極限狀態(tài)產(chǎn)生破壞?！魧Χ讨珊雎詡?cè)向撓度f影響。◆長細(xì)比l0/h=8~30的中長柱?！鬴與ei相比已不能忽略?！鬴隨軸力增大而增大，柱跨中彎矩M=N(ei+f)的增長速度大于軸力N的增長速度。◆即M隨N的增加呈明顯的非線性增長?！綦m然最終在M和N的共同作用下達到截面承載力極限狀態(tài)，但軸向承載力明顯低于同樣截面和初始偏心距情況下的短柱?！?/p>

因此，對于中長柱，在設(shè)計中應(yīng)考慮側(cè)向撓度f對彎矩增大的影響?！糸L細(xì)比l0/h>30的長柱◆側(cè)向撓度f的影響已很大◆在未達到截面承載力極限狀態(tài)之前，側(cè)向撓度f已呈不穩(wěn)定發(fā)展即柱的軸向荷載最大值發(fā)生在荷載增長曲線與截面承載力Nu-Mu相關(guān)曲線相交之前◆這種破壞為失穩(wěn)破壞，應(yīng)進行專門計算偏心距增大系數(shù)，，取h=1.1h0l04.4矩形截面正截面承載力設(shè)計計算一、不對稱配筋截面設(shè)計1、大偏心受壓（受拉破壞）已知：截面尺寸(b×h)、材料強度(fc、fy，fy')、構(gòu)件長細(xì)比(l0/h)以及軸力N和彎矩M設(shè)計值，若hei>eib.min=0.3h0，一般可先按大偏心受壓情況計算⑴As和A's均未知時兩個基本方程中有三個未知數(shù)，As、A's和x，故無唯一解。與雙筋梁類似，為使總配筋面積（As+A's）最小?可取x=xbh0得★若A's<0.002bh?則取A's=0.002bh，然后按A's為已知情況計算?！锶鬉s<rminbh?應(yīng)取As=rminbh。⑵A's為已知時當(dāng)A's已知時，兩個基本方程有二個未知數(shù)As和x，有唯一解。先由第二式求解x，若x<xbh0，且x>2a‘s，則可將代入第一式得若x>xbh0？★若As小于rminbh？應(yīng)取As=rminbh。則應(yīng)按A's為未知情況重新計算確定A's則可偏于安全的近似取x=2a‘s，按下式確定As若x<2a’s？⑵A's為已知時當(dāng)A's已知時，兩個基本方程有二個未知數(shù)As和x，有唯一解。先由第二式求解x，若x<xbh0，且x>2a'，則可將代入第一式得若x>xbh0？★若As若小于rminbh？應(yīng)取As=rminbh。則應(yīng)按A's為未知情況重新計算確定A's則可偏于安全的近似取x=2a‘s，按下式確定As若x<2a‘s

？⑵A's為已知時當(dāng)A's已知時，兩個基本方程有二個未知數(shù)As和x，有唯一解。先由第二式求解x，若x<xbh0，且x>2a'，則可將代入第一式得若x>xbh0？★若As若小于rminbh？應(yīng)取As=rminbh。★若As若小于rminbh？應(yīng)取As=rminbh。則應(yīng)按A's為未知情況重新計算確定A's則可偏于安全的近似取x=2a'，按下式確定As若x<2a'？2、小偏心受壓（受壓破壞）hei≤eib.min=0.3h0兩個基本方程中有三個未知數(shù)，As、A's和x，故無唯一解。小偏心受壓，即x>xb，ss<fy，As未達到受拉屈服。為使用鋼量最小，故可取As=max(0.45ft/fy，0.002bh)。另一方面，當(dāng)偏心距很小時，如附加偏心距ea與荷載偏心距e0方向相反，則可能發(fā)生As一側(cè)混凝土首先達到受壓破壞的情況，這種情況稱為“反向破壞”。此時通常為全截面受壓，由圖示截面應(yīng)力分布，對A's取矩，可得，e'=0.5h-as'-(e0-ea),h'0=h-as'確定As后，就只有x和A's兩個未知數(shù)，故可得唯一解。根據(jù)求得的x，可分為三種情況⑴若h0xb

<x<h,說明As處于受拉，⑶若xh0>h，應(yīng)取x=h，同時應(yīng)取a=1，代入基本公式直接解得A's二、不對稱配筋截面復(fù)核在截面尺寸(b×h)、截面配筋A(yù)s和As'、材料強度(fc、fy，fy')、以及構(gòu)件長細(xì)比(l0/h)均為已知時，根據(jù)構(gòu)件軸力和彎矩作用方式，截面承載力復(fù)核分為兩種情況：1、給定軸力設(shè)計值N，求彎矩作用平面的彎矩設(shè)計值MNMuNuNMMuNu二、不對稱配筋截面復(fù)核在截面尺寸(b×h)、截面配筋A(yù)s和As'、材料強度(fc、fy，fy')、以及構(gòu)件長細(xì)比(l0/h)均為已知時，根據(jù)構(gòu)件軸力和彎矩作用方式，截面承載力復(fù)核分為兩種情況：1、給定軸力設(shè)計值N，求彎矩作用平面的彎矩設(shè)計值MNMuNuNMMuNu2、給定軸力作用的偏心距e0，求軸力設(shè)計值N二、不對稱配筋截面復(fù)核在截面尺寸(b×h)、截面配筋A(yù)s和As'、材料強度(fc、fy，fy')、以及構(gòu)件長細(xì)比(l0/h)均為已知時，根據(jù)構(gòu)件軸力和彎矩作用方式，截面承載力復(fù)核分為兩種情況：1、給定軸力設(shè)計值N，求彎矩作用平面的彎矩設(shè)計值MNMuNuNMMuNu2、給定軸力作用的偏心距e0，求軸力設(shè)計值N1、給定軸力設(shè)計值N，求彎矩作用平面的彎矩設(shè)計值M由于給定截面尺寸、配筋和材料強度均已知，未知數(shù)只有x和M兩個。若N

≤Nb，為大偏心受壓，若N

>Nb，為小偏心受壓，由(a)式求x以及偏心距增大系數(shù)h，代入(b)式求e0，彎矩設(shè)計值為M=Ne0。2、給定軸力作用的偏心距e0，求軸力設(shè)計值N若hei≥e0b，為大偏心受壓未知數(shù)為x和N兩個，聯(lián)立求解得x和N。若hei<e0b，為小偏心受壓◆聯(lián)立求解得x和N◆尚應(yīng)考慮As一側(cè)混凝土可能出現(xiàn)反向破壞的情況e'=0.5h-as'-(e0-ea)，h'0=h-as'◆另一方面，當(dāng)構(gòu)件在垂直于彎矩作用平面內(nèi)的長細(xì)比l0/b較大時，尚應(yīng)根據(jù)l0/b確定的穩(wěn)定系數(shù)j，按軸心受壓情況驗算垂直于彎矩作用平面的受壓承載力上面求得的N比較后，取較小值。三、對稱配筋截面◆實際工程中，受壓構(gòu)件常承受變號彎矩作用，當(dāng)彎矩數(shù)值相差不大，可采用對稱配筋?！舨捎脤ΨQ配筋不會在施工中產(chǎn)生差錯，故有時為方便施工或?qū)τ谘b配式構(gòu)件，也采用對稱配筋?！魧ΨQ配筋截面，即As=As'，fy=fy'，a

s=as'，其界限破壞狀態(tài)時的軸力為Nb=afcbxbh0。因此，除要考慮偏心距大小外，還要根據(jù)軸力大?。∟<Nb