山大建筑结构课件第六章钢筋混凝土纵向受力构件(1)

1、 1. 1.了解受压短柱和长柱的破坏特征了解受压短柱和长柱的破坏特征 ； 2 . .掌握轴心受压构件普通箍筋柱的正截面承载力计算。掌握轴心受压构件普通箍筋柱的正截面承载力计算。第六章第六章 钢筋混凝土纵向受力构件钢筋混凝土纵向受力构件 第第 一一 讲讲教学目标：轴心受压构件的截面设计和截面复核轴心受压构件的截面设计和截面复核。1. 轴心受压构件的破坏特征；轴心受压构件的破坏特征；2. 螺旋箍筋柱的受力点螺旋箍筋柱的受力点。重重 点点难难 点点 Loads on Columns. 轴心受压柱轴心受压柱axial or concentric. 偏心受压柱偏心受压柱eccentric. N由于施工制

2、造误差、荷载位置的偏差、混凝土不由于施工制造误差、荷载位置的偏差、混凝土不均匀性等原因，往往存在一定的均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距初始偏心距以恒载为主的等跨多层房屋内柱、桁架中的受压以恒载为主的等跨多层房屋内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压近似按轴心受压构件计算构件计算在实际结构中，在实际结构中，理想的轴心受压构件是不存在的理想的轴心受压构件是不存在的6.1 6.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算6.2.1 6.2.1 轴心受压构件的破坏特征轴心受压构件的破坏特征 按照长细比按照长细比 l 的大小，轴心受压柱可分为短

3、柱的大小，轴心受压柱可分为短柱和长柱两类。对方形和矩形柱，当和长柱两类。对方形和矩形柱，当 l 8 时属于短时属于短柱，否则为长柱。其中柱，否则为长柱。其中l为柱的计算长度，为柱的计算长度，为矩形截为矩形截面的短边尺寸。面的短边尺寸。 1轴心受压短柱的破坏特征轴心受压短柱的破坏特征6.2 6.2 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 （1）当轴向力较小时，构件的压缩变形主要为弹性变）当轴向力较小时，构件的压缩变形主要为弹性变形，轴向力在截面内产生的压应力由混凝土合钢筋共同形，轴向力在截面内产生的压应力由混凝土合钢筋共同承担。承担。 （2）随着荷载的增大，构件变形迅速增大，此时混凝）随着

4、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。筋应力的增加则越来越快。在临近破坏时，柱子表面出在临近破坏时，柱子表面出现纵向裂缝，混凝土保护层开始剥落，最后，箍筋之间现纵向裂缝，混凝土保护层开始剥落，最后，箍筋之间的纵向钢筋压屈而向外凸出，混凝土被压碎崩裂而破坏。的纵向钢筋压屈而向外凸出，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。破坏时混凝土的应力达到棱柱体抗压强度。 当短柱破坏时，混凝土当短柱破坏时，混凝土达到极限压应变达到极限压应变 =0.002，相应，相应的

5、纵向钢筋应力值的纵向钢筋应力值 =Es=21050.002=400N/mm2。因此，当纵筋为高强度钢。因此，当纵筋为高强度钢筋时，构件破坏时纵筋可能达筋时，构件破坏时纵筋可能达不到屈服强度。显然，在受压不到屈服强度。显然，在受压构件内配置高强度的钢筋不能构件内配置高强度的钢筋不能充分发挥其作用，这是不经济充分发挥其作用，这是不经济的。的。普通钢箍柱螺旋钢箍柱受压构件中钢筋的作用受压构件中钢筋的作用 纵筋的作用纵筋的作用（1）协助混凝土受压，减小截面面积；）协助混凝土受压，减小截面面积；（2）当柱偏心受压时，承担弯矩产生的）当柱偏心受压时，承担弯矩产生的拉力；拉力；（3）减小持续压应力下混凝土收

6、缩和徐）减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。变的影响。2 2轴心受压长柱的破坏特征轴心受压长柱的破坏特征轴心受压长柱的破坏过程轴心受压长柱的破坏过程点击播放视频 （1）初始偏心距导致附加弯矩，）初始偏心距导致附加弯矩，附加弯矩产生的水平挠度又加大了初附加弯矩产生的水平挠度又加大了初始偏心距；较大的初始偏心距将导致始偏心距；较大的初始偏心距将导致承截能力的降低。破坏时首先在凹边承截能力的降低。破坏时首先在凹边出现纵向裂缝，接着混凝土被压碎，出现纵向裂缝，接着混凝土被压碎，纵向钢筋被压弯向外凸出，侧向挠度纵向钢筋被压弯向外凸出，侧向挠度急速发展，最终柱子失去平衡并将凸急速发展，最终柱子失去平衡

7、并将凸边混凝土拉裂而破坏。边混凝土拉裂而破坏。（2）长细比较大时，可能发生）长细比较大时，可能发生“失失稳破坏稳破坏”。 由上述试验可知，在同等条件下，即截面相同，配筋相由上述试验可知，在同等条件下，即截面相同，配筋相同，材料相同的条件下，长柱承载力低于短柱承载力。在确同，材料相同的条件下，长柱承载力低于短柱承载力。在确定轴心受压构件承截力计算公式时，规范采用构件的稳定系定轴心受压构件承截力计算公式时，规范采用构件的稳定系数数 来表示长柱承截力降低的程度。长细比来表示长柱承截力降低的程度。长细比l0/b越大，越大， 值值越小，当越小，当l0/b 8 8时，时， = = 1 1。sycsuAfA

8、fNsuluNN suluNN稳定系数稳定系数稳定系数稳定系数 主要与柱的主要与柱的长细比长细比l0/b有关有关)(9 . 0sycuAfAfNN折减系数折减系数 0.9是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴压受压是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴压受压柱的可靠性。柱的可靠性。6.2.2 普通箍筋轴压柱正截面承载力轴心受压轴心受压短短柱柱轴心受压轴心受压长长柱柱当纵筋配筋率大于当纵筋配筋率大于3时，时，A中应扣中应扣除纵筋截面的面积。除纵筋截面的面积。L0为柱的为柱的计算高度计算高度；b为矩形截面为矩形截面短边尺寸短边尺寸； 2 2计算方法计算方法 （1 1）截面设计）截面

9、设计 已知：构件截面尺寸已知：构件截面尺寸b bh h，轴向力设计值，构件，轴向力设计值，构件的计算长度，材料强度等级。的计算长度，材料强度等级。 求：纵向钢筋截面面积求：纵向钢筋截面面积 计算步骤如计算步骤如图图4.2.54.2.5。【例例6.2.1】已知某多层现浇钢筋混凝土框架结构，首层中柱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，轴向压力设计值值 N=1400kN，计算长度，计算长度l0=5m，纵向钢筋采用，纵向钢筋采用HRB335级，级，混凝土强度等级为混凝土强度等级为C30。求该柱截面尺寸及纵

10、筋截面面积。求该柱截面尺寸及纵筋截面面积。 【解】fc=14.3N/mm2，fy=300N/mm2， =1.00（1）初步确定柱截面尺寸）初步确定柱截面尺寸设设= = 1%， =1，则，则 AAs=89916.5mm2 0.9 ()cyNAff31400 100.9 1 (14.3 1% 300) 选用方形截面，则b=h= =299.8mm，取用 h=300mm。 5 .89916（2）计算稳定系数）计算稳定系数l0/b=5000/300=16.720)8/(002. 011bl211 0.002(16.78)=0.869 （3）计算钢筋截面面积）计算钢筋截面面积As 0.9csyNf AAf

11、321400 1014.3 3000.9 0.869300=1677mm2（4）验）验算配筋率算配筋率sAA1677300 300=1.86% =0.6%，且，且3% ，满足最小配筋率要求，且勿，满足最小配筋率要求，且勿 需重算。需重算。min纵筋选用纵筋选用4 25（As=1964mm2），箍筋配置），箍筋配置8300，如图。如图。4 258300300300螺旋箍筋螺旋箍筋:加强对混凝土的约束加强对混凝土的约束6.2.2螺旋箍筋柱简介螺旋箍筋柱简介1螺旋箍筋柱的受力特点：螺旋箍筋柱的受力特点：螺旋箍筋柱的箍筋既是构造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

12、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。地提高混凝土的纵向抗压强度。Confinement by Spirals or HoopsConfinementfrom spiral orcircular hoopForces actingon 1/2 spiral orcircular hoopConfinementfrom squarehoop2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c) 2螺旋箍筋的构造：螺旋箍筋的构造：箍筋为螺旋环或焊接圆环，间距不应箍筋为螺旋环或焊接圆环，间距不应大于大于80mm及及0.2dcor（dcor为构件核心直径，即螺旋箍筋内为构件核心直径，即螺旋箍筋内皮直径），且不宜小于皮直径），且不宜小于40mm。间接钢筋的直径应符合柱中。间接钢筋的直径