建筑结构电子教案四

,0 绪论1 建筑结构计算基本原则2 建筑结构材料3 钢筋混凝土受弯构件4 钢筋混凝土纵向受力构件5 钢筋混凝土受扭构件6 预应力混凝土构件7 钢筋混凝土楼屋盖,钢筋混凝土结构Reinforced Concrete Structure,4.0 概述,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,根据受力的方向是指向截面，还是离开截面，可分为纵向受压构件和纵向受拉构件；根据力的作用线与截面轴线的位置关系，可分为轴心受力构件和偏心受力构件。 其中,偏心受力构件，又可以分为单向偏心和双向偏心。,4.1 受压构件构造要求,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,材料强度,混凝土规范规定受压钢筋的最大抗压强度为400N/mm2。,混凝土：一般柱中采用C25及以上等级，对于高层建筑的底层柱可采用更高强度等级的混凝土，例如采用C40或以上；,纵向钢筋：一般采用HRB400和HRB335级热轧钢筋。,截面型式及尺寸要求,截面形状：正方形、矩形、 圆形、环形。轴心受压柱以方形为主，偏心受压柱以矩形为主,4.1 受压构件构造要求,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,截面型式及尺寸要求,截面尺寸：一般应符合: l0/h25 以及 l0 /b30,方形与矩形截面的尺寸不宜小于250mm250mm,柱截面边长在800mm以下者，宜取50mm 的倍数；在800mm以上者，取为100mm的倍数,4.1 受压构件构造要求,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件, 配筋构造,（1）纵向受力钢筋,作用：一 协助混凝土承受压力，以减小构件尺寸；二 承受可能的弯矩，以及混凝土收缩和温度变形引起的拉应力；三 防止构件突然的脆性破坏。,4.1 受压构件构造要求纵筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,布置方式：,（1）纵向受力钢筋,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。,4.1 受压构件构造要求纵筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,纵筋直径与根数：,直径d不宜小于12mm，通常采用 1232mm，一般宜采用根数较少，直径较粗的钢筋，以保证骨架的刚度。,方形和矩形截面柱中纵向受力钢筋不少于根，圆柱中不宜少于8根且不应少于6根。,纵向受力钢筋的净50mm ，中距300mm。,（1）纵向受力钢筋,4.1 受压构件构造要求纵筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,纵筋的配筋率：,钢筋混凝土结构构件中纵向受力钢筋的最小配筋率（ ）,受压钢筋的配筋率一般不超过3，通常在0.5 2之间。,偏心受压构件纵筋的配筋方式：,对称配筋：在柱的弯矩作用方向的两对边对称布置相同的纵向受力钢筋。,非对称配筋：在柱的弯矩作用方向的两对边布置不同的纵向受力钢筋。,4.1 受压构件构造要求,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件, 配筋构造,作用：保证纵向钢筋的位置正确，防止纵向钢筋压屈，从而提高柱的承载能力。,（2）箍筋,4.1 受压构件构造要求箍筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,受压构件中的箍筋，应做成封闭式。箍筋直径不应小于d/4（d为纵向钢筋的最大直径），且不应小于6mm。箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸，且不应大于15d（d为纵向受力钢筋的最小直径）。,柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3时，箍筋直径不应小于8mm，间距不应大于10d（ d为纵向受力钢筋的最小直径），且不应大于200mm；末端做成135弯钩，平直段长度10d。,在纵筋搭接长度范围内，箍筋的直径不宜小于搭接钢筋直径的0.25倍。搭接钢筋受拉时，箍筋间距S不应大于5d，且不应大于100mm；搭接钢筋受压时，箍筋间距S不应大于10d，且不应大于200mm。当搭接受压钢筋直径大于25mm时，应在搭接接头两个端面外50mm范围内各设置2根箍筋。,4.1 受压构件构造要求箍筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵向受力钢筋多于 3根时，或当柱截面短边尺寸不大于400mm但各边纵向钢筋多于4根时，应设置复合箍筋，以防止中间钢筋被压屈。复合箍筋的直径、间距与前述箍筋相同。,复合箍筋,偏压柱h 600mm时，应设置1016mm的纵向构造钢筋。,4.1 受压构件构造要求箍筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,受压构件复合菱形箍筋,受压构件复合井字箍筋,偏压柱h 600mm时，应设置1016mm的纵向构造钢筋。,4.1 受压构件构造要求箍筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,对于截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋。其原因是，内折角处受拉箍筋的合力向外。,4.1 受压构件构造要求箍筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,柱钢筋图,4.1 受压构件构造要求箍筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,绑扎连接,4.1 受压构件构造要求箍筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,电渣压力焊,4.1 受压构件构造要求箍筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,箍筋加密,4.1 受压构件构造要求箍筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,机械连接,4.1 受压构件构造要求箍筋的构造,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,机械连接,4.2 轴心受压构件承载力计算,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,配置纵筋和普通箍筋的柱，称为普通箍筋柱；配置纵筋和螺旋筋或焊接环筋的柱，称为螺旋箍筋柱或间接箍筋柱。,螺旋筋或焊接环筋的套箍作用可约束核心混凝土的横向变形，使核心混凝土处于三向受压状态，从而间接地提高混凝土的纵向抗压强度。,普通箍筋柱中，箍筋是构造钢筋。螺旋箍筋柱中，箍筋既是构造钢筋又是受力钢筋。,4.2 轴心受压构件承载力计算,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,轴心受压构件的破坏特征：,1、轴心受压短柱,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。 临近破坏时，柱子表面出现纵向裂缝，箍筋之间的纵筋压屈外凸，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fc。,按照长细比 l / 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 l / b 8 时属于短柱，否则为长柱。其中l为柱的计算长度，b为矩形截面的短边尺寸。,4.2 轴心受压构件承载力计算,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,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=21050.002=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，是不经济的。,轴心受压构件的破坏特征：,4.2 轴心受压构件承载力计算,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,2、轴心受压长柱,破坏时首先在凹边出现纵向裂缝，接着混凝土压碎，纵筋压弯外凸，侧向挠度急速发展，最终柱子失去平衡，凸边混凝土拉裂而破坏。 长细比较大时，可能发生“失稳破坏”。,轴心受压构件的破坏特征：,4.2 轴心受压构件承载力计算,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,长短柱的承载力：,在同等条件下，（即截面相同，配筋相同，材料相同），长柱受压承载能力低于短柱受压承载能力。,混凝土设计规范采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度,长细比l 0/b越大，值越小,l0/b8 为短柱l0/b 8 为长柱,式中 l0 柱的计算长度; b 矩形截面的短边尺寸,（d为截面直径）,（i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。,4.2 轴心受压构件承载力计算,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,1、基本公式,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。,Nu 轴向压力承载力设计值N 轴向压力设计值fc 混凝土的轴心抗压强 度设计值A 构件截面面积，当配筋 率大于3%时， A 应改 为Ac=AAsfy 纵向钢筋的抗压强度 设计值As 全部纵向钢筋的截面 面积,普通箍筋柱的正截面承截力计算,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,柱的计算长度l0 取值:,注：表中H对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度； 对其余各层柱为上下两层楼盖顶面之间的高度。,4.2 轴压构件承载力计算,4.2 轴压构件承载力计算普通箍筋柱,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,截面设计 ：,已知：构件截面尺寸bh，轴向力设计值N，构件的计算长度l0，材料强度等级fc fy 求：纵筋截面面积As,计算步骤：详见上图轴心受压构件截面设计步骤,若构件截面尺寸bh为未知，则可先根据构造要求假定柱截面尺寸bh，然后按上述步骤计算As 。纵向钢筋配筋率宜在0.5%2%之间。若配筋率 过大或过小，则应调整b、h，重新计算As 。也可先假定 和 的值（常可假定=1，=1%）由下式计算出构件截面面积，进而得出bh：,4.2 轴压构件承载力计算普通箍筋柱,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,截面复核 :,已知：柱截面尺寸bh，计算长度l0，纵筋数量As以及级别fy，混凝土强度等级fc 求 ：柱的受压承载力Nu， 或已知轴向力设计值，判断是否安全,计算步骤，详见右图轴心受压构件截面复核步骤,【例4.2.1】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= = 1%， =1，则,=89916.5mm2,选用方形截面，则b=h= =299.8mm，取用 h=300mm。,（2）计算稳定系数,l0/b=5000/300=16.7,=0.869,（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。,纵筋选用4 25（As=1964mm2），箍筋配置8300，如图4.2.7。,【解】查表得 =300N/ mm2，fc=11.9N/mm2， =1256 mm2,l0/b=4500/300=15,=0.911,（2）验算配筋率,（3）确定柱截面承载力,=0.90.911(11.9300300+3001256),=1187.05103N=1187.05kNN=800kN,此柱截面安全。,1螺旋箍筋柱的受力特点：螺旋箍筋柱的箍筋既是构造钢筋又是受力钢筋。由于螺旋筋或焊接环筋的套箍作用可约束核心混凝土（螺旋筋或焊接环筋所包围的混凝土）的横向变形，使得核心混凝土处于三向受压状态，从而间接地提高混凝土的纵向抗压强度。 2螺旋箍筋的构造：螺旋箍筋柱的截面形状一般为圆形或正八边形。箍筋为螺旋环或焊接圆环，间距不应大于80mm及0.2dcor（dcor为构件核心直径，即螺旋箍筋内皮直径），且不宜小于40mm。间接钢筋的直径应符合柱中箍筋直径的规定。,4.2 轴压构件承载力计算,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,螺旋箍筋柱简介,4.3 偏心受压构件承载力计算,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,1、偏心受压构件破坏特征,当e0 很小时，接近轴压构件当e0 较大时，接近受弯构件,按偏心距和配筋的不同，偏压构件可分为受拉破坏和受压破坏,当偏心距e0较大，且受拉钢筋不太多时，发生受拉破坏。,当偏心距e0较小，或偏心距e0虽然较大，但受拉钢筋配置过多时，均发生受压破坏。,4.3 偏心受压构件承载力计算,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,受拉破坏（大偏心受压破坏）,破坏特征： 加载后首先在受拉区出现横向裂缝，裂缝不断发展，裂缝处的拉力转由钢筋承担，受拉钢筋首先达到屈服，并形成一条明显的主裂缝，主裂缝延伸，受压区高度减小，最后受压区出现纵向裂缝，混凝土被压碎导致构件破坏。,类似于：正截面破坏中的适筋梁,属于：延性破坏,4.3 偏心受压构件承载力计算,第四章 钢筋混凝土纵向受力构件,受压破坏（小偏心受压破坏）,破坏特征： 加荷后全截面受压或大部分受压，离力近侧混凝土压应力较高，离力远侧压应力较小甚至受拉。随着荷载增加，近侧混凝土出现纵向裂缝被压碎，受压钢筋屈服 ，远侧钢筋可能受压，也可能受拉，但都未屈服。,属于：脆性破坏,类似于：正截面破坏中的超