纵向受力构件教程实用教案

1、会计学1纵向纵向(zn xin)受力构件教程受力构件教程第一页，共55页。第1页/共55页第二页，共55页。本章主要(zhyo)学习u钢筋砼受压构件钢筋砼受压构件构造要求构造要求轴心受压构件承载力计轴心受压构件承载力计算算偏心受压构件承载力计偏心受压构件承载力计算算u内力计算内力计算截面法计算内力截面法计算内力绘制内力图绘制内力图绘制绘制(huzh)轴轴力图力图配筋计算配筋计算第2页/共55页第三页，共55页。纵向纵向(zn xin)受力构受力构件件轴心受力构件轴心受力构件偏心受力构件偏心受力构件轴心受拉构件轴心受拉构件轴心受压构件轴心受压构件偏心受拉构件偏心受拉构件偏心受压构件偏心受压构件第

2、3页/共55页第四页，共55页。4.1.1 轴心(zhu xn)受力构件的内力受力特点：受力特点：外力或外力合力作用线与杆轴线重合。外力或外力合力作用线与杆轴线重合。变形特点：变形特点：杆件沿轴线方向伸长或缩短。杆件沿轴线方向伸长或缩短。PPPP轴向拉伸轴向拉伸轴向压缩轴向压缩拉杆拉杆压杆压杆第4页/共55页第五页，共55页。FF4.1.1 轴心受力构件(gujin)的内力mmNmmF第一步：截（截开）第一步：截（截开）第二步：代（代替第二步：代（代替(dit)）内力与外力平衡内力与外力平衡第三步：平（平衡）第三步：平（平衡）u内力的计算方法：截面法内力的计算方法：截面法轴力轴力N 0 xF0

3、FNFN Fu轴力的正负号规定轴力的正负号规定拉为正拉为正压为负压为负u轴力图：轴力图：表示轴力随截面位置不同而变化的图形。表示轴力随截面位置不同而变化的图形。第5页/共55页第六页，共55页。 已知：已知：F1=10kN，F2=20kN，F3=35kN，F4=25kN。试画出图示杆件的轴力。试画出图示杆件的轴力图图(lt)。例4.14.1.1 轴心(zhu xn)受力构件的内力F1F3F2F4ABCD第6页/共55页第七页，共55页。1. 计算计算(j sun)各段的轴力各段的轴力解011FNkNN1014.1.1 轴心(zhu xn)受力构件的内力AB段段112233F1A11N1N2N3

4、F1F3F2F4ABCD22F1ABCF2F3F1A22BF20212FFNkNN102BC段段03213FFFNkNN253CD段段2 .绘制轴力图绘制轴力图N图图(kN)(kN)101025第7页/共55页第八页，共55页。作业(zuy)P129：4.1第8页/共55页第九页，共55页。4.1.2 偏心(pinxn)受力构件的内力受力特点：轴向力偏离截面形心作用受力特点：轴向力偏离截面形心作用(zuyng)；横向力和轴向力的作用；横向力和轴向力的作用(zuyng)。变形特点：变形特点：轴向变形（拉伸或压缩）和弯曲变形，为组合变形。轴向变形（拉伸或压缩）和弯曲变形，为组合变形。e0FPF第9

5、页/共55页第十页，共55页。4.1.2 偏心受力构件(gujin)的内力受力特点：轴向力偏离截面形心作用受力特点：轴向力偏离截面形心作用(zuyng)；横向力和轴向力的作用；横向力和轴向力的作用(zuyng)。变形特点：变形特点：轴向变形（拉伸或压缩）和弯曲变形，为组合变形。轴向变形（拉伸或压缩）和弯曲变形，为组合变形。e0FFM=Fe0FM=Fe0第10页/共55页第十一页，共55页。水坝(shub)qFhg g第11页/共55页第十二页，共55页。单层工业(gngy)厂房第12页/共55页第十三页，共55页。第13页/共55页第十四页，共55页。 钢筋砼受压构件是工业及民用建筑中应用十分

6、广泛。包括轴心受压构件和偏心受压钢筋砼受压构件是工业及民用建筑中应用十分广泛。包括轴心受压构件和偏心受压构件。由于尺寸偏差等的影响，完全构件。由于尺寸偏差等的影响，完全(wnqun)的轴压构件不存在。的轴压构件不存在。单向偏心受压柱Ne0N轴心受压柱双向偏心受压柱exNey第14页/共55页第十五页，共55页。第15页/共55页第十六页，共55页。钢筋砼桁架(hngji)：上弦杆、下弦杆和腹杆皆为轴心受力构件。第16页/共55页第十七页，共55页。柱是房屋结构主要的承重构件，一旦发生破坏，会导致整个结构的损坏(snhui)，甚至倒塌。第17页/共55页第十八页，共55页。第18页/共55页第十

7、九页，共55页。u材料材料(cilio)要求要求4.2.1 构造要求砼：砼：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度。宜采用受压构件的承载力主要取决于混凝土强度。宜采用 C20， C25， C30或更高强度等级。或更高强度等级。钢筋：钢筋：通常采用通常采用级和级和级钢筋。级钢筋。 HRB335，HRB400，RRB400。u截面形式及尺寸截面形式及尺寸 轴心受压：一般采用轴心受压：一般采用方形方形、矩形矩形、圆形圆形等。偏心受压：一般采用等。偏心受压：一般采用矩形矩形、工字形工字形等。等。 柱的截面尺寸不宜过小。柱的截面尺寸不宜过小。b250mm， l0/b30及及l0/h25，b、h分别为截面的

8、分别为截面的长边和短边，长边和短边，l0为柱的计算长度。当柱截面的边长在为柱的计算长度。当柱截面的边长在800mm以下时，一般以以下时，一般以50mm为模数；长在为模数；长在800mm以上时，以以上时，以100mm为模数。为模数。第19页/共55页第二十页，共55页。柱中通常配置纵向受力钢筋(gngjn)和箍筋等，构成钢筋(gngjn)骨架。 u柱的配筋柱的配筋第20页/共55页第二十一页，共55页。u纵向纵向(zn xin)受力钢筋受力钢筋4.2.1 构造(guzo)要求轴压柱：轴压柱：与砼共同承担压力；提高构件的延性。与砼共同承担压力；提高构件的延性。偏压柱：偏压柱：与砼共同承担压力；提高

9、构件的延性；与砼共同承担压力；提高构件的延性； 当偏心矩较大而出现拉力时，承担拉力。当偏心矩较大而出现拉力时，承担拉力。u全部纵向钢筋的配筋率不应小于全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.6%、不宜超过、不宜超过5%。u直径不宜小于直径不宜小于12mm，宜用粗钢筋。，宜用粗钢筋。对矩形截面根数不得少于对矩形截面根数不得少于4根根。u纵筋的连接接头宜设置在受力较小处，可采用机械连接接头、焊接纵筋的连接接头宜设置在受力较小处，可采用机械连接接头、焊接接头和搭接接头接头和搭接接头 。u纵筋砼保护层最小厚度为纵筋砼保护层最小厚度为30mm（一类环境）（一类环境） 。第21页/共55页第二十二页，共55页。焊

10、接焊接(hnji)接头（电渣压力焊）接头（电渣压力焊）第22页/共55页第二十三页，共55页。机械机械(jxi)连接连接第23页/共55页第二十四页，共55页。外挂砂浆块，外挂砂浆块，形成砼保护层形成砼保护层C=30mm第24页/共55页第二十五页，共55页。普通(ptng)钢箍柱螺旋(luxun)钢箍柱sANN偏压柱sANe0sA轴心受压柱纵向受力钢筋应沿截面四周均匀对称布置偏心受压柱纵向受力钢筋放置在弯矩作用方向的两对边第25页/共55页第二十六页，共55页。箍筋的作用(zuyng)与纵筋形成钢筋骨架与纵筋形成钢筋骨架(gji)，保证纵筋的，保证纵筋的位置，防止纵筋压屈。位置，防止纵筋压屈

11、。对于承受较大横向剪力的构件，箍筋可对于承受较大横向剪力的构件，箍筋可以协同以协同(xitng)砼抗剪，提高构件的抗剪砼抗剪，提高构件的抗剪强度。强度。箍筋对核芯部分的砼有一定的约箍筋对核芯部分的砼有一定的约束作用，提高其强度和束作用，提高其强度和延性延性，当箍筋，当箍筋的间距较小时，约束作用比较显著。的间距较小时，约束作用比较显著。第26页/共55页第二十七页，共55页。u箍筋应做成箍筋应做成封闭式封闭式。箍筋的构造(guzo)要求u箍筋直径：不应小于箍筋直径：不应小于d/4和和6mm（d为纵筋最大直径）。当柱中全部为纵筋最大直径）。当柱中全部(qunb)纵筋配筋率超过纵筋配筋率超过3%时，

12、箍筋直径不应小于时，箍筋直径不应小于8mm。u箍筋间距箍筋间距(jin j)：不应大于不应大于400mm和截面短边尺寸，且不应大于和截面短边尺寸，且不应大于15d，d为纵筋最小直为纵筋最小直径。径。当柱中全部纵筋配筋率超过当柱中全部纵筋配筋率超过3%时，应不大于时，应不大于10d和和200mm。在纵筋搭接长度范围内，当纵筋受拉时，不应大于在纵筋搭接长度范围内，当纵筋受拉时，不应大于5 d 和和100mm；当纵筋受压时，不应大于当纵筋受压时，不应大于10 d 和和200mm。u箍筋末端应做成箍筋末端应做成1350，弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的，弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的5倍。倍

13、。第27页/共55页第二十八页，共55页。第28页/共55页第二十九页，共55页。第29页/共55页第三十页，共55页。复合复合(fh)箍箍筋筋 第30页/共55页第三十一页，共55页。4.2.2 钢筋砼轴心(zhu xn)受压构件承载力计算u柱的长度不同，柱的破坏形态也不同。柱的长度不同，柱的破坏形态也不同。u根据长细比（柱的计算长度根据长细比（柱的计算长度l0与柱短边与柱短边b或截面回转半径或截面回转半径i之比），将柱分为之比），将柱分为长柱长柱和和短柱短柱两类。两类。 短柱：短柱：矩形截面矩形截面l0/b8；圆形截面；圆形截面l0/d7；任意截面；任意截面l0/i28。 长柱：长柱：矩形

14、截面矩形截面l0/b8；圆形截面；圆形截面l0/d7；任意截面；任意截面l0/i28。 第31页/共55页第三十二页，共55页。短柱的破坏(phui)特征N由钢筋和砼共同承担，两者共同受力，共同变形。随着N的增大，柱表面出现纵向裂缝，砼保护层开始剥落，最后，箍筋之间的纵筋压屈而向外凸出(t ch)，砼被压碎而破坏。短柱破坏时，砼达到极限压应变 0.002，相应(xingyng)的纵筋应力值 ：2max/400mmNEcss不宜采用高强度钢筋，否则钢筋的强度不能充分利用。第32页/共55页第三十三页，共55页。长柱的破坏(phui)特征各种偶然因素形成初始偏心距，产生附加(fji)弯矩，引起侧向

15、弯曲变形。随着荷载的增加，附加(fji)弯矩和侧向弯曲变形将不断增大。使柱的承截能力降低。试验表明，长细比l越大，承载能力降低(jingd)越多。当长细比很大时，会发生失稳破坏。规范采用稳定系数 来表示长柱承截力降低的程度。第33页/共55页第三十四页，共55页。稳定系数 查下表第34页/共55页第三十五页，共55页。)(9 . 0SycuAfAfNN钢筋抗压强度设计值；钢筋抗压强度设计值；yf 全部纵向受压钢筋截面面积；全部纵向受压钢筋截面面积；sAA截面面积，当截面面积，当 3%时，时，A用用A 代替；代替；sAAAs纵向钢筋配筋率纵向钢筋配筋率%6 . 0min%5max稳定系数，由长细

16、比稳定系数，由长细比 查表；查表；bl /04.2.2 钢筋(gngjn)砼轴心受压构件承载力计算第35页/共55页第三十六页，共55页。截面(jimin)设计)(9 . 0SycuAfAfNN 解解 已知已知 截面尺寸截面尺寸bh，轴力设计值轴力设计值N，材料（，材料（ 、fc）yf 求求 截面配筋截面配筋sA 分析分析 未知数未知数sA验算验算(yn sun)配筋率配筋率求求 求求 ，配筋，配筋 sAu若 ，说明截面尺寸过大，需调整截面尺寸重新计算，或按 计算。 %6 . 0min%6 . 0min4.2.2 钢筋砼轴心受压构件承载力计算第36页/共55页第三十七页，共55页。 某轴心受压

17、柱截面尺寸某轴心受压柱截面尺寸bh=350350mm，计算长度，计算长度l0=7000mm，砼为，砼为C20，钢筋钢筋(gngjn)为为HRB335，若该柱承受轴向压力设计值，若该柱承受轴向压力设计值N=1500kN，求所需纵向受压，求所需纵向受压钢筋钢筋(gngjn)的截面面积。的截面面积。例4.24.2.2 钢筋砼轴心受压构件(gujin)承载力计算（教材（教材P112例例4.4）解查表：查表：2/300mmNfy2/6 . 9mmNfC（P42 表表2.5、 P43 表表2.8）由由 l0/b=7000/350=20 查查P111表表4.375. 0)(9 . 0SycuAfAfNN23

18、4879 . 0mmfAfNAycs%8 . 2AAs%6 . 0min实际选配实际选配8 2523927mmAs求求sA验算验算沿截面周边均沿截面周边均匀对称布置，匀对称布置，宜粗不宜细。宜粗不宜细。第37页/共55页第三十八页，共55页。偏压(pin y)柱sANe0sANM=Ne0u偏心受压柱纵向受力钢筋偏心受压柱纵向受力钢筋放置在弯矩作用方向的两对放置在弯矩作用方向的两对边边u靠近靠近N一侧的钢筋受压，一侧的钢筋受压，记为记为sAu远离远离N一侧的钢筋受拉一侧的钢筋受拉或受压，一律记为或受压，一律记为sA4.2.3 钢筋砼偏心受压构件承载力计算第38页/共55页第三十九页，共55页。4

19、.2.3 钢筋砼偏心(pinxn)受压构件承载力计算小偏心受压破坏小偏心受压破坏（受压破坏）（受压破坏）大偏心受压破坏大偏心受压破坏（受拉破坏）（受拉破坏）sANe0sA破坏形态(xngti)与偏心距e0和纵筋配筋率有关。第39页/共55页第四十页，共55页。大偏心(pinxn)受压破坏偏心距e0较大，As配置合适(hsh)时发生。破坏特征：受拉钢筋先屈服 ，受压区砼不久被压碎，受压钢筋也能达到(d do)屈服强度，为塑性破坏。 第40页/共55页第四十一页，共55页。小偏心(pinxn)受压破坏偏心距e0较小；偏心距e0较大(jio d)，且As配置较多时发生。破坏特征：受压区砼首先被压碎而

20、破坏，受压钢筋一般能屈服，受拉钢筋受拉或受压，都不能屈服，为脆性破坏。设计时应避免。第41页/共55页第四十二页，共55页。大小(dxio)偏心受压的判别大小偏心受压的根本区别(qbi)：受拉纵筋As是否屈服。u受拉钢筋受拉钢筋As屈服屈服(qf) ，为大偏压；受，为大偏压；受拉钢筋拉钢筋As未屈服未屈服(qf) ，为小偏压。，为小偏压。大小偏心受压的判别：当当 ，为大偏心受压，为大偏心受压b当当 ，为小偏心受压，为小偏心受压b第42页/共55页第四十三页，共55页。大小偏心(pinxn)受压破坏比较类型类型大偏心受压破坏大偏心受压破坏小偏心受压破坏小偏心受压破坏发生条件发生条件偏心距偏心距e

21、0较大，较大，As配置合适配置合适偏心距偏心距e0较小；偏心距较小；偏心距e0较大，且较大，且As配置较多配置较多破坏特征破坏特征受拉钢筋先屈服受拉钢筋先屈服 ，受压区砼被，受压区砼被压碎，受压钢筋也能屈服。压碎，受压钢筋也能屈服。受压区砼被压碎而破坏，受压钢筋受压区砼被压碎而破坏，受压钢筋一般能屈服，受拉钢筋受拉或受压，一般能屈服，受拉钢筋受拉或受压，都不能屈服。都不能屈服。破坏性质破坏性质塑性塑性破坏破坏脆性破坏脆性破坏根本区别根本区别受拉钢筋受拉钢筋As屈服屈服 受拉钢筋受拉钢筋As未屈服未屈服 判别判别bb第43页/共55页第四十四页，共55页。第44页/共55页第四十五页，共55页。

22、配筋方式(fngsh)sANe0sA非对称配筋非对称配筋 ：两侧配筋不同两侧配筋不同对称配筋：对称配筋：两侧配筋相同两侧配筋相同 ssAAyyff常采用对称(duchn)配筋。因为配筋构造简单，施工方便，更适合 弯矩变号的情况。第45页/共55页第四十六页，共55页。大偏心受压计算公式及适用(shyng)条件iesyAfsyAfeNecf1bxfc1sAsAxsasa0hhbsysycAfAfbxfN1)()2/(001ssycahAfxhbxfNesiahee2/21200)(140011hlheiaieee0)30/,20max(hmmea(附加偏心距附加偏心距)0 . 15 . 01NA

23、fc0 . 101. 015. 102hl50hl当0 . 1取适用适用(shyng)条条件件sax 20hxb偏心距增大系数偏心距增大系数保证受压钢筋保证受压钢筋 能达到能达到sAyf 保证受拉钢筋保证受拉钢筋 能达到能达到sAyf第46页/共55页第四十七页，共55页。小偏心受压计算公式及适用(shyng)条件sssycAAfbxfN1)()2/(001ssycahAfxhbxfNe11bysf 当砼当砼C50时，取时，取1=0.8；当砼为；当砼为C80时，取时，取1=0.74，其间，其间(qjin)按线性内插法确定。按线性内插法确定。iessAsyAfNecf1bxfc1sAsAxsas

24、a0hhbysyff第47页/共55页第四十八页，共55页。对称配筋矩形截面(jimin)设计大偏心(pinxn)受压对称配筋对称配筋ssAAyyffsysycAfAfbxfN1)()2/(001ssycahAfxhbxfNebxfNc1)()2/(001ssycahAfxhbxfNe第48页/共55页第四十九页，共55页。sssycAAfbxfN1)()2/(001ssycahAfxhbxfNe11bysf对称配筋矩形截面(jimin)设计小偏心(pinxn)受压对称配筋对称配筋ssAAyyff第49页/共55页第五十页，共55页。 解解 求求 截面配筋截面配筋As和和sA 已知已知 截面尺

25、寸截面尺寸bh，弯矩设计值弯矩设计值M，轴力设计值，轴力设计值N，材料，材料(fy、 、 fc)，对称配筋，对称配筋yf bxfNc1)()2/(001ssycahAfxhbxfNe大小偏心(pinxn)受压的判别 按大偏压按大偏压(pin y)公式，求公式，求x，判别：，判别：bfNxc10hb为大偏压对称配筋大偏心受压矩形截面设计大偏压截面设计 bfNxc1)()2/(001sycssahfxhbxfNeAAsax 20hxbbhAAssmin第50页/共55页第五十一页，共55页。例4.34.2.3 钢筋砼偏心(pinxn)受压构件承载力计算（教材（教材(jioci)P117例例4.6）解 某偏心受压柱，截面尺寸某偏心受压柱，截面尺寸bh=300400 mm，C20混凝土，混凝土，HRB335钢筋，柱子计算长度钢筋，柱子计算长度lo=3