第5章-受壓構(gòu)件正截面的性能與設(shè)計(jì)

第5章

受壓構(gòu)件正截面的性能與設(shè)計(jì)

軸心受壓構(gòu)件：縱向壓力作用線與構(gòu)件截面形心軸線重合。偏心受壓構(gòu)件：縱向壓力作用線與構(gòu)件截面形心軸線不重合；或既有軸心壓力，又有彎矩等作用。

偏心受壓分為單向偏心和雙向偏心。受壓構(gòu)件：承受軸向壓力為主的構(gòu)件。

典型構(gòu)件：柱、墻、桁架的受壓桿件等。

受壓構(gòu)件往往在結(jié)構(gòu)中具有重要作用，一旦產(chǎn)生破壞，將導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的損壞，甚至倒塌。5.1受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求

一、截面形式及尺寸

軸心受壓構(gòu)件多采用方形截面，偏心受壓多采用矩形截面。也可根據(jù)要求采用其他形式的截面形狀。截面尺寸不宜小于250mm。為了避免長(zhǎng)細(xì)比太大而過(guò)多降低構(gòu)件承載力，構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比≤30。當(dāng)截面尺寸小于等于800mm時(shí)，以50mm為模數(shù)；當(dāng)截面尺寸大于800mm時(shí)，以100mm為模數(shù)。二、材料

宜采用較高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，一般為C25-C40。縱向鋼筋不宜采用高強(qiáng)度鋼筋，宜采用HRB(F)400、HRB(F)

500級(jí)，也可采用HRB(F)335級(jí)。箍筋一般采用HPB300和HRB335級(jí)。

三、縱向鋼筋

1、直徑、根數(shù)：縱向受力鋼筋直徑d不宜小于12mm，矩形截面縱筋根數(shù)不應(yīng)少于4根，圓形截面縱筋根數(shù)不應(yīng)少于6根，不宜少于8根。

2、縱筋布置：軸心受壓構(gòu)件的縱向鋼筋應(yīng)沿柱截面周邊均勻布置；偏心受壓構(gòu)件縱向鋼筋應(yīng)布置偏心方向的兩側(cè)，通常沿柱的短邊方向設(shè)置。圓形截面縱向鋼筋應(yīng)沿截面周邊均勻布置。

3、縱筋間距：當(dāng)柱為豎向澆筑混凝土?xí)r，縱筋凈距不應(yīng)小于50mm，對(duì)水平澆筑的預(yù)制柱，其縱向鋼筋的最小凈距應(yīng)按梁的規(guī)定取值?？v筋中距不應(yīng)大于300mm，混凝土保護(hù)層最小厚度為20mm。

4、配筋率：一側(cè)縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)小于0.2%，全部縱筋的配筋率不小于0.6%(0.6%

，

0.55%

），詳見(jiàn)附表18。

5、構(gòu)造縱筋：當(dāng)柱的截面高度h≥600mm時(shí)，在側(cè)面應(yīng)設(shè)置直徑為10--16mm的縱向構(gòu)造鋼筋，并相應(yīng)地設(shè)置復(fù)合箍筋或拉筋。

四、箍筋箍筋應(yīng)采用封閉式。箍筋直徑不應(yīng)小于6mm，且不應(yīng)小于d/4。此處d為縱筋的最大直徑。箍筋間距不應(yīng)大于構(gòu)件截面短邊尺寸及400mm，且不應(yīng)大于15d。此處d為縱筋的最小直徑。

當(dāng)柱中全部縱筋的配筋率超過(guò)3%，箍筋直徑不宜小于8mm，間距不應(yīng)大于縱向受力鋼筋最小直徑的10倍，且不應(yīng)大于200mm。箍筋末端應(yīng)作成135°的彎鉤，或焊成封閉式。

當(dāng)柱截面短邊大于400mm，且各邊縱筋配置根數(shù)多于3根時(shí)，或當(dāng)柱截面短邊不大于400mm，但各邊縱筋配置根數(shù)多于4根時(shí)，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋?！魧?duì)截面形狀復(fù)雜的柱，不得采用具有內(nèi)折角的箍筋，以避免箍筋受拉時(shí)使折角處混凝土破損。

按箍筋的形式不同分為配置普通箍筋柱和配置螺旋箍筋柱。本節(jié)主要講述配置普通箍筋柱的承載力計(jì)算。5.2

軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算

鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件的特點(diǎn)可以充分發(fā)揮混凝土材料的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的,構(gòu)件存在一定的初始偏心距。軸心受壓構(gòu)件的箍筋配置方式普通箍筋柱螺旋箍筋柱hbss普通箍筋柱Dss螺旋箍筋柱箍筋縱筋

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(lái)考慮。lo/i

28，lo/b

8，短柱

一、軸心受壓柱的破壞形式lo/d7短柱

長(zhǎng)柱

二、正截面受壓承載力計(jì)算公式

–––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。按表5-1采用。A

–––截面面積；NAsfcfyAsbh三、構(gòu)造要求1、材料強(qiáng)度等級(jí)宜采用高強(qiáng)度混凝土，不宜采用高強(qiáng)度鋼筋。2、截面形式及尺寸一般采用方形截面。最小邊長(zhǎng)不宜小于350mm。3、縱向鋼筋縱向鋼筋的配筋率ρ′=As′/A不得小于0.5%，不宜大于3%，常用配筋率在0.5%~3%范圍內(nèi)；縱向受力鋼筋直徑d不應(yīng)小于12mm，數(shù)量不應(yīng)少于4根，并沿柱截面四周均勻、對(duì)稱布置；柱中縱筋凈距不應(yīng)小于50mm，中距不應(yīng)大于300mm，混凝土保護(hù)層最小厚度為20mm。1、截面設(shè)計(jì)：已知：bh，fc,f

y,l0,N,求As四、設(shè)計(jì)計(jì)算方法若截面尺寸未知，可先假設(shè)估算出截面尺寸，再用公式計(jì)算出?？芍苯忧蠼猓豪}5-1、5-2。2、截面復(fù)核：

安全；否則，不安全。已知：bh，fc,f

y,l0,As,求Nu當(dāng)NuN，bhAsNe0偏心受壓N,M=Ne0壓彎構(gòu)件偏心距e0=0時(shí)，為軸心受壓構(gòu)件；當(dāng)e0→∞時(shí)，即N=0時(shí)，為受彎構(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)件之間；建筑結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土柱子絕大多數(shù)均為壓彎構(gòu)件。破壞形態(tài)與相對(duì)偏心距和縱筋數(shù)量有很大關(guān)系5.3偏心受壓構(gòu)件正截面的受力性能一、破壞形態(tài)1、大偏心受壓破壞（受拉破壞）偏心矩較大且受拉鋼筋配置不太多時(shí)發(fā)生。破壞形態(tài)與適筋受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)完全相同：受拉鋼筋首先達(dá)到屈服，然后是受壓鋼筋達(dá)到屈服，最后由于受壓區(qū)混凝土壓碎而導(dǎo)致構(gòu)件破壞。構(gòu)件破壞前有明顯預(yù)兆，裂縫開(kāi)展顯著，變形急劇增大，其破壞屬于塑性破壞。

N的偏心距較大，且As不太多。與適筋受彎構(gòu)件相似.大偏心受壓破壞（受拉破壞）cuNfyAs

fyAs

NN(a)(b)e02、小偏心受壓破壞（受壓破壞）偏心距較小，或者偏心距較大但受拉鋼筋配置過(guò)多。破壞時(shí)混凝土被壓碎，受壓鋼筋屈服，離縱向壓力較遠(yuǎn)一側(cè)的鋼筋無(wú)論是受壓還是受拉，均沒(méi)有達(dá)到屈服。

構(gòu)件破壞前沒(méi)有明顯預(yù)兆，屬于脆性破壞。NfyAs

fyAs

NNNsAs

sAs

cmax2cmax1cu(a)(c)(b)eiei小偏心受壓破壞（受壓破壞）相同之處：截面的最終破壞都是受壓區(qū)邊緣混凝土被壓碎，受壓鋼筋屈服.不同之處：截面破壞的起因不同，受拉破壞是受拉鋼筋先屈服而后受壓混凝土被壓碎；受壓破壞是截面的受壓部分先發(fā)生破壞。界限破壞：在受拉鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度的同時(shí)，受壓區(qū)混凝土被壓碎。二、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。

由于施工誤差、計(jì)算偏差及材料的不均勻等原因，實(shí)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。在正截面壓彎承載力計(jì)算中，偏心距取理論偏心距e0=M/N與附加偏心距ea之和，稱為初始偏心距ei?！兑?guī)范》規(guī)定，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。三、附加偏心距原始偏心矩：附加偏心矩：初始偏心矩：柱：在壓力作用下產(chǎn)生縱向彎曲短柱中長(zhǎng)柱細(xì)長(zhǎng)柱–––材料破壞–––失穩(wěn)破壞

N0N1N2N0eiN1eiN2eiN1af1N2af2BCADE短柱(材料破壞)中長(zhǎng)柱(材料破壞)細(xì)長(zhǎng)柱(失穩(wěn)破壞)NM0四、偏心受壓構(gòu)件的縱向彎曲影響結(jié)構(gòu)側(cè)移二階效應(yīng)（P-D

效應(yīng)）

◆由重力在產(chǎn)生了側(cè)移的結(jié)構(gòu)中形成的整體二階效應(yīng)，也稱“重力二階效應(yīng)”（由結(jié)構(gòu)分析解決）。結(jié)構(gòu)側(cè)移二階效應(yīng)五、構(gòu)件截面承載力計(jì)算中二階效應(yīng)的考慮

桿件撓曲二階效應(yīng)(p-d效應(yīng))

由軸壓力在桿件自身?yè)锨笠鸬木植慷A效應(yīng)。通常效應(yīng)起控制作用僅在少數(shù)偏壓構(gòu)件中形成，反彎點(diǎn)不在柱高范圍內(nèi)的較細(xì)長(zhǎng)偏心壓桿則有可能屬于這類情況。桿件撓曲二階效應(yīng)

二階效應(yīng)P－d

效應(yīng)對(duì)無(wú)側(cè)移的框架結(jié)構(gòu)，二階效應(yīng)是指軸向壓力在產(chǎn)生了撓曲變形的柱段中引起的附加內(nèi)力；P－Δ效應(yīng)對(duì)于有側(cè)移的框架結(jié)構(gòu)，二階效應(yīng)主要是指豎向荷載在產(chǎn)生了側(cè)移的框架中引起的附加內(nèi)力。Neil0Nxy

《規(guī)范》對(duì)二階效應(yīng)的分析方法P－Δ效應(yīng)

計(jì)算機(jī)計(jì)算“考慮幾何非線性的彈性有限元法”手算“層增大系數(shù)法”或“整體增大系數(shù)法”

效應(yīng)法●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M1/M2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)比滿足下式要求時(shí)，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；否則應(yīng)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)生的附加彎矩影響。M1、M2—分別為偏心受壓構(gòu)件兩端截面按結(jié)構(gòu)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)，取正值，否則取負(fù)值

l

c—構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度，可近似取偏心受壓構(gòu)件相應(yīng)主軸方向上下支撐點(diǎn)之間的距離；

i—偏心方向的截面回轉(zhuǎn)半徑?！窨紤]軸向壓力在撓曲桿件中產(chǎn)生的二階效應(yīng)后控制截面彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)按下列公式計(jì)算：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；hns—彎矩增大系數(shù)；當(dāng)Cmhns小于1.0時(shí)，取Cmhns

=1.0;對(duì)剪力墻類構(gòu)件，可取Cmhns

=1.0。N—與彎矩設(shè)計(jì)值M2相應(yīng)的軸向壓力設(shè)計(jì)值；

5.4

矩形截非對(duì)稱配筋偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算當(dāng)

大偏心受壓構(gòu)件計(jì)算簡(jiǎn)圖基本公式Asbhash0NueifyAsxea1fc適用條件的處理方法

小偏心受壓構(gòu)件計(jì)算簡(jiǎn)圖ss值的確定Asbhash0NueissAsxea1fc基本公式

小偏心受壓構(gòu)件反向受壓破壞時(shí)的計(jì)算Asbhash0Nuei=e0-eafc《混凝土規(guī)范》對(duì)反向受壓的規(guī)定對(duì)采用非對(duì)稱配筋的小偏心受壓構(gòu)件，當(dāng)軸向壓力設(shè)計(jì)值N>fcbh時(shí),為防止As發(fā)生受壓破壞，

As應(yīng)滿足上式要求;按反向受壓破壞計(jì)算時(shí)，取初始偏心距ei=e0-ea。

大、小偏心受壓破壞的設(shè)計(jì)判別當(dāng)ei>0.3h0時(shí)，可能為大偏壓，也可能為小偏壓，可先按大偏壓設(shè)計(jì)當(dāng)ei≤0.3h0

時(shí)，為小偏壓，按小偏心受壓設(shè)計(jì)

判別式的來(lái)源

C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80HRB3350.3580.3370.3220.3120.3040.2990.2950.2970.2990.3020.3050.3090.313HRB400RRB4000.4040.3770.3580.3450.3350.3290.3230.3250.3260.3280.3310.3340.337對(duì)稱配筋：5.5

矩形截面對(duì)稱配筋偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算一、大偏心受壓：適用條件:當(dāng)二.、小偏心受壓離縱向力較遠(yuǎn)一側(cè)的鋼筋沒(méi)有達(dá)到屈服，應(yīng)力為對(duì)偏心受壓構(gòu)件，還要按軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行垂直于彎矩作用平面的承載力驗(yàn)算。–––大偏心受壓1、大小偏心受壓的判別三、設(shè)計(jì)計(jì)算–––小偏心受壓求縱向受力鋼筋面積（一）截面設(shè)計(jì)2、大偏心受壓例5-9、5-10。驗(yàn)算最小