第四章纵向受力构件-3

1、 本本 章章 内内 容容 4.1 纵向受力构件的内力纵向受力构件的内力 4.2 钢筋混凝土受压构件钢筋混凝土受压构件 4.3 砌体受压构件砌体受压构件 4.4钢柱钢柱 4.3 砌体受压构件砌体受压构件 受压砌体破坏特征如表4.5所示。 4.3.1 受压砌体破坏特征受压砌体破坏特征 表4.5 受压砌体破坏特征 名称 轴心受压无筋砌体 网状配筋砌体 组合砌体 受力 简图 名称轴心受压无筋砌体 网状配筋砌体 组合砌体 破坏 特征 （1）当荷载加到破 坏荷载的0.50.7倍， 个别单砖出现并不 立即贯通的短裂缝 （第一批裂缝）； （2）当荷载加到破 坏荷载的0.80.9倍， 裂缝加大并迅速发 展，形成

2、明显的竖 向裂缝；（3）破坏 时，竖向裂缝形成 小柱而失稳破坏或 被压碎 （1）当荷载加到破 坏荷载的0.60.75倍 才出现第一批裂缝； （2）继续加荷，竖 向裂缝受到横向钢 筋的约束，阻止横 向变形砌体处于三 向受压状态；（3） 破坏时，砌体部分 砖压碎严重，失稳 破坏不明显，其承 载力高，材料较充 分利用 （1）第一批裂缝出 现在砌体与钢筋混 凝土连接处；（2） 随着荷载增加，砖 砌体内出现短裂缝， 但受到混凝土钢筋 的约束，短裂缝发 展缓慢；（3）破坏 时，砖砌体、面层 混凝土都被压碎， 混凝土脱落，纵筋 压屈，但箍筋未达 到屈服强度 名称 轴心受压无筋砌体 网状配筋砌体 组合砌体 适

3、用 条件 无筋砌体适合轴压 或偏心距较小并且 轴向压力不是很大 的结构或构件 当纵向压力很大、 偏心距较小，增加 截面面积受到限制 时；或轴向压力很 大的轴向砌体 偏心距较大的偏心 受压砌体，另外还 能代替无筋砌体、 网状配筋砌体。应 用广泛 （1）砌体的抗压强度 砌体的抗压能力随着砌体的抗压强度的提高而提 高，关于影响砌体抗压强度的因素已在第2章讨论过. 4.3.2 无筋受压砌体承载力计算无筋受压砌体承载力计算 4.3.2.1 影响砌体抗压承载力的因素影响砌体抗压承载力的因素 包括哪些？ （2）偏心距的影响（e=M/N） 当其他条件相同时，随着偏心距的增大，截面应 力分布变得愈来愈不均匀；并

4、且受压区愈来愈小，甚 至出现受拉区；其承载力愈来愈小；截面从压坏可变 为水平通缝过宽影响正常使用，甚至被拉坏。所以， 为了充分发挥砌体的抗压能力，对偏心距要加以限制. 4.3.2 无筋受压砌体承载力计算无筋受压砌体承载力计算 砌体规范规定：纵向力偏心距应满足e0.6y,(y表示 截面的形心到纵向力作用一侧截面边缘的距离）。 （3）高厚比对承载力的影响 砌体的高厚比是指砌体的计算高度H0与对应于计算高度方 向的截面尺寸之比， 3时为短柱， 3时为长柱。 当矩形截面两个方向计算高度相等时， 轴压柱=H0/b； 偏心受压柱（单向偏心受压沿长边h偏心）：偏心方向=H0/h， 垂直偏心方向=H0/b。

5、墙体：= H0/h（h指墙厚）。 随着高厚比的增加，构件承载力将降低；对于轴压短柱，纵向弯曲 很小，可以忽略，不考虑高厚比影响。 （4）砂浆强度等级影响 对于长柱，若提高砂浆强度等级，可以减少纵向弯曲，减少应力不 均匀分布。 砌体规范给出了单向偏心受压的高厚比及偏心距、砂浆强度等 级对纵向受力构件承载力影响系数。的计算公式如下： 当3时 2 1 1 12( ) e h 2 0 1 11 1 12(1) 12 e h 当3时 砌体规范附录D 0 2 1 1 其中： N Nu=fA（4.21） 应用式（4.21）时应注意以下两点： （1）当为偏心受压时，除计算偏心方向计算承载力 外，还应计算垂直偏

6、心方向计算承载力即按轴压考虑， 特别是h较大，e较小，b较小，在短边方向可能先发生轴 压破坏。 （2）由于各类砌体在强度达到极限时变形有较大差 别，因此在计算时，高厚比还应进行修正，乘以砌体 高厚比修正系数，即=H0/h，值见表4.6。 4.3.2.2 承载力计算公式（承载力计算公式（e 0.6y） 【例4.8】已知某单向偏心受压柱（沿长边偏心），截面尺寸 bh=370mm620mm，柱计算高度H0=5m（两方向相等）， 承受轴向压力设计值N=108kN，弯矩设计值M=15kNm，采用 MU10烧结普通砖、M5混合砂浆（f=1.5N/mm2），试验算该 砌体的承载力。 【解】（1）计算偏心方向

7、的承载力 e=M/N=139mm3，e/h=139/620=0.024，由式（4.20）得： 0=1/(1+2)= 0.912 =0.459 A=0.370.62=0.23m2N=108kN 所以偏心方向的承载力满足要求。 （2）验算垂直弯矩方向的承载力 =H0/b=1.05000/370=13.53 0=1/(1+2)= 0.785 对轴心受压构件，=0，故=0.785。 Nu=fA=52kNN=108kN 所以垂直偏心方向的承载力满足要求。 在混合结构的楼屋盖中，当空间比较大时，一定少 不了大梁和屋架，他们将楼屋盖的荷载通过与墙体 接触的局部受压面传给承重墙体的全截面，如果局 部受压面强度

8、不够，导致全截面有效面积减少，承 载能力降低。 4.3.2.3 受压砌体局部受压面承载力计算受压砌体局部受压面承载力计算 （1）受压砌体局部受压强度提高系数 由于局部受压砌体受到竖向压力作用，将产生横 向变形，这种变形受到周围砌体的约束作用，使得 局部受压砌体处于三向或两向受压状态，所以局部 受压砌体的抗压强度有所提高。局部受压强度提高 系数按下式计算： 4.3.2.3 受压砌体局部受压面承载力计算受压砌体局部受压面承载力计算 0 1 0.351 l A A 试验及理论分析表明：局部受压砌体除受到竖 向压力作用外，在局部受压面一定深度下，由于压 力线的扩散而产生环向的拉力，并且当A/Al不太大

9、 时，环向拉力也不大，箍的作用大于环向拉力，局 部受压砌体强度有明显提高；当A/Al太大时，环向 拉力增加，箍的作用小于环向拉力，局部受压砌体 将产生竖向劈裂破坏，所以对提高系数要加以限制。 砌体规范给出了的容许值，见图4.16。 图4.16 影响局部抗压强度面积 （2）受压砌体局部均匀受压 当作用在局部受压砌体上的竖向压力设计值Nl与 局部受压面Al的形心重合时，局部受压砌体为均匀受 压。局部均匀受压砌体的承载力应满足下列条件： NlfAl （3）梁端支承处砌体局部受压 梁的有效支承长度a0 由于梁跨内在竖向荷载作用下将产 生弯曲变形，使得梁端局部受压砌体压 应力分布不均匀，支座内边缘压缩变

10、形 大，并靠近梁端压缩变形愈来愈小，所 以梁在墙上有效支承长度a0小于或等于 实际支承长度a，则局部受压面积Al=a0b， 见图4.17。其有效支承长度a0计算如下： 0 10 c h f 上部荷载折减系数 由于局部受压砌体在竖向荷载作用下产生压缩 变形，使得梁端上皮与上部砌体有托空趋势，形成 内拱卸荷作用，所以上部荷载对局部受压面产生的 压力设计值小于N0，为计算方便，砌体规范给 出了上部荷载折减系数： 0 1.50.50 l A A 计算公式 梁端支承处砌体局部受压承载力应按下式计算： Nl+N0fAl （4.26） 梁垫的设置 砌体局部受压承载力不能满足要求时，可在梁 端支承处设置刚性垫

11、块，即梁垫。梁垫可以现浇， 也可以预制。梁垫构造如表4.7所示。 表4.7 梁垫局部受压强度构造要点 名称预制梁垫现浇梁垫 简图 构造 要求 （1）垫块的高度tb180mm，自梁边缘算起其挑出长度c不宜 大于梁垫的高度tb；（2）带壁柱墙，垫块伸入翼缘墙内的长 度不应小于120mm；（3）当现浇梁垫与梁整浇时，梁垫可在 梁高范围内设置 【例4.9】验算如图4.18所示外纵墙梁端局部受压砌体强度。已 知梁的截面尺寸bhc=200mm500mm，梁的实际支承长度 a=240mm，梁上荷载对局部受压面产生的压力设计值 Nl=100kN，梁底标高处由上部荷载对全截面产生的压力设计 值（不包括本层梁传来

12、）N=160kN，窗间墙截面尺寸 1200mm370mm，采用MU10粘土砖，混合砂浆M5砌筑 （f=1.5N/mm2）。 【解】a0=183mma=240mm Al=a0b=183200=36600mm2 A0=（b+2h）h=940370=347800mm2 （b+2h=200+2370=940mm3，故=0。 =2.022 所以=2.0。 N0+Nl=100kNfAl=77kN 所以局部受压承载力不能满足要求。 图4.17 梁端局部受压计算简 图4.18 例4.9图 为了使网状配筋砌体安全可靠地工作，除满足承 载力要求外，还应满足以下构造要求： （1）网状配筋砌体体积配筋率不宜小于0.1

13、%，且 不应大于1%。钢筋网的间距不应大于5皮砖，不应大 于400mm。配筋率过小，强度提高不明显；配筋率过 大，破坏时，钢筋不能充分利用。 （2）钢筋的直径34mm（连弯网式钢筋的直径 不应大于8mm）。钢筋直径过细，由于锈蚀降低承载 力；钢筋过粗，增大灰缝厚度，对砌体受力不利。 4.3.3 配筋砌体构造配筋砌体构造 4.3.3.1 网状配筋砌体网状配筋砌体 （3）网内钢筋间距不应大于120mm且不应小于 30mm。钢筋间距过小，灰缝中的砂浆难以密实均匀； 间距过大，钢筋的砌体横向约束作用不明显。为保 证钢筋与砂浆有足够的粘结力，网内砂浆强度不应 低于M7.5，灰缝厚度应保证钢筋上下各有2m

14、m砂浆 层。 组合砌体由砌体和面层混凝土（或面层砂浆） 两种材料组成，故应保证它们之间有良好的整体性 和工作性能。 （1）面层水泥砂浆强度等级不宜低于M10，面 层厚度3045mm。竖向钢筋宜采用HPB235，受压 钢筋一侧的配筋率不宜小于0.1%。 （2）面层混凝土强度等级宜采用C20，面层厚 度45mm，受压钢筋一侧的配筋率不应小于0.2%， 竖向钢筋宜采用HPB235级钢筋，也可用HRB335级 钢筋。 4.3.3.2 组合砌体组合砌体 （3）砌筑砂浆强度等级不宜低于M7.5。竖向钢 筋直径不应小于8mm，净间距不应小于30mm，受拉 钢筋配筋率不应小于0.1%。箍筋直径不宜小于4mm

15、及0.2倍受压钢筋的直径，并不宜大于6mm，箍筋的 间距不应小于120mm，也不应大于500mm及20d。 （4）当组合砌体一侧受力 钢筋多于4根时，应设置附加箍 筋和拉结筋。对于截面长短边相 差较大的构件（如墙体等），应 采用穿通构件或墙体的拉结筋作 为箍筋，同时设置水平分布钢筋， 以形成封闭的箍筋体系。水平分 布钢筋的竖向间距及拉结筋的水 平间距均不应大于500mm，见图 4.19。 4.4 钢柱钢柱 柱常见的截面形式如表4.8所示。 4.4.1 截面形式截面形式 种类 主要截面形式 型钢截 面 组 合 截 面 实 腹 柱 格 构 柱 格构柱是由各个单肢 （型钢或钢管）通过缀材 以角焊缝形

16、式相连。格构 柱按缀材材料分为缀条 （缀材主要单边角钢）柱 （图4.20（a）、（b） 及缀板柱（图4.20（c）。 按柱肢数量分为双肢柱、 三肢柱、四肢柱，见表4.8 中格构柱。 图4.20为双肢格构柱， 截面有两个主轴，一根主 轴横穿缀材，称为虚轴； 另一根主轴横穿两个肢， 称为实轴。 图4.20 格构柱的组成 (a)无横杆的缀条柱；(b)有横杆的缀条柱；(c)缀板柱 对于细长轴压柱，随着轴向压力的增加，远在钢 材未达到屈服强度之前就因构件屈曲而破坏，这种破 坏叫整体失稳，它是轴心受压构件的主要破坏形式。 4.4.2 轴心受压构件的稳定性轴心受压构件的稳定性 4.4.2.1 整体稳定性整体

17、稳定性 若整体稳定不满足要求时，应采取以下措施： （1）增加截面面积； （2）在相同用量的前提下，选用合理的截面形式，尽 量采用宽肢薄壁的截面来提高整体稳定系数； （3）尽量减少构件的计算长度，增加侧向支承点，提 高结构的刚度，以达到提高整体稳定性的作用； （4）当柱子很高时，最有效措施是采用格构柱。 为了提高实腹式轴心受压构件的整体稳定性， 设计时往往采用宽肢薄壁截面，以提高截面的回转 半径。但板件太薄，会导致板件在丧失强度之前和 丧失整体稳定之前而产生凹凸鼓屈变形，这种现象 称为局部失稳。对于型钢柱，由于壁厚，局部稳定 一般满足。 4.4.2.2 实腹式组合截面局部稳定实腹式组合截面局部稳

18、定 钢结构规范通过限制轴心受压实腹柱翼缘宽厚 比及腹板高厚比来防止局部失稳，见表4.9。 表4.9 铰接柱头构造 类型简图组成及构造传力途径特点 梁支 承于 柱顶 （1）顶板与柱身构造 焊缝围焊； （2）顶板与梁用四个 普通螺栓连接，保证 安装方便；（3）两梁 之间用夹板连接 梁上荷载 顶板 柱翼缘 （主要） 及腹板 构造简单，施工 方便，适用于荷 载不大的情况 （1）、（2）、（3） 同上；（4）集中垫板 与梁、顶板以构造焊 缝围焊，保证梁能绕 支点自由转动，并将 荷载有效传给柱翼缘 梁上荷载 通过梁端 加劲肋 集中垫板 柱翼缘 传力明确，构造 稍复杂，柱翼缘 受力较大。两侧 梁的反力不等时 易引起偏心。适 用于荷载较大的 情况 类型简图组成及构造传力途径特点 梁支 承于 柱顶 （1）顶板与柱端、柱端 加劲肋以构造焊缝围焊； （2）顶板与梁通过垫圈 以螺栓连接；（3）两梁 之间通过突缘及填板以 普通螺栓连接；（4）垫 板与突缘、顶板以角焊 缝连接 梁上荷载 通过梁端 突缘垫 板柱端 加劲肋 柱腹板 传力明确，构 造