.钢筋混凝土受压构件

1、重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠主要以承受主要以承受轴向压力轴向压力为主为主,通常还有通常还有弯矩弯矩和剪力和剪力作用作用 重庆水电职院建筑系 熊川楠轴心受压构件轴心受压构件偏心受压构件偏心受压构件受压构件受压构件单向偏心受压构件单向偏心受压构件双向偏心受压构件双向偏心受压构件(a)轴心受压 (b)单向偏心受压 (c)双向偏心受压受压构件（柱）受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生破往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠5.1 受压构件构造

2、要求受压构件构造要求1、截面形式及尺寸、截面形式及尺寸（1）截面形式）截面形式轴心受压：一般采用轴心受压：一般采用方形、矩形、圆形方形、矩形、圆形和和 正多边形正多边形 偏心受压构件：一般采用偏心受压构件：一般采用矩形、工字形、矩形、工字形、T T形形和和环形环形（2 2）截面尺寸）截面尺寸柱的截面尺寸不宜过小，一般应控制在柱的截面尺寸不宜过小，一般应控制在l0/b30及及l0/h25 ，且最小尺寸不宜小于且最小尺寸不宜小于250250mm 。当柱截面的边长在当柱截面的边长在800mm800mm以下时，一般以以下时，一般以50mm50mm为模数，边为模数，边长在长在800mm800mm以上时，

3、以以上时，以100mm100mm为模数。为模数。重庆水电职院建筑系 熊川楠2 2、材料强度要求、材料强度要求 （1）混凝土：混凝土：C25 C30 C35 C40 等等 （2）钢筋：）钢筋： 纵筋：纵筋：HRB400级、级、HRB335级和级和 RRB400级级 箍筋箍筋：HPB235级、级、HRB335级级 也可采用也可采用HRB400级级 重庆水电职院建筑系 熊川楠3 3、纵筋、纵筋 作用作用：帮助混凝土承担压力：帮助混凝土承担压力 ,以减少截面尺以减少截面尺寸；承担由偏心压力和一些偶然因素所产生寸；承担由偏心压力和一些偶然因素所产生的拉力。的拉力。重庆水电职院建筑系 熊川楠 （1）配筋率

4、）配筋率 全部纵筋配筋率不应小于全部纵筋配筋率不应小于0.6%；不宜大于不宜大于5% 一侧钢筋配筋率不应小于一侧钢筋配筋率不应小于0.2% （2）直径）直径。直径不宜小于。直径不宜小于12mm，常用，常用1632mm，宜用粗钢筋，宜用粗钢筋重庆水电职院建筑系 熊川楠（3）纵筋净距：）纵筋净距： n 不应小于不应小于5050mm；n 预制柱，不应小于预制柱，不应小于3030mm和和1.51.5d d( (d d为钢筋的最大为钢筋的最大直径直径) ) n 纵筋中距不应大于纵筋中距不应大于350350mmmm。 （4）纵筋的连接接头：）纵筋的连接接头：（宜设置在受力较小宜设置在受力较小处处） 可采用

5、可采用机械连接机械连接接头、接头、焊接焊接接头和接头和搭接搭接接头接头 对于直径大于对于直径大于28mm的受拉钢筋和直径大于的受拉钢筋和直径大于32mm的的受压钢筋，不宜采用绑扎的搭接接头受压钢筋，不宜采用绑扎的搭接接头。 重庆水电职院建筑系 熊川楠4 4、箍筋、箍筋作用：作用：防止纵向受力钢筋压屈，抵抗剪力防止纵向受力钢筋压屈，抵抗剪力 重庆水电职院建筑系 熊川楠箍筋形式箍筋形式：封闭式：封闭式 箍筋间距箍筋间距：在绑扎骨架中不应大于：在绑扎骨架中不应大于15d；在焊接骨；在焊接骨 架中则不应大于架中则不应大于20d （d为纵筋最小直为纵筋最小直 径），且不应大于径），且不应大于400mm，

6、也不大于，也不大于 构件横截面的短边尺寸构件横截面的短边尺寸 箍筋直径箍筋直径：不应小于：不应小于 d4 (d为纵筋最大直径为纵筋最大直径)，且，且 不应小于不应小于 6mm。 当纵筋配筋率超过当纵筋配筋率超过 3 3时，箍筋直径不应小于时，箍筋直径不应小于8 8mm，其间距不应大于其间距不应大于1010d，且不应大于，且不应大于200200mm。 当截面短边不大于当截面短边不大于400400mm，且纵筋不多于四根时，可，且纵筋不多于四根时，可不设置复合箍筋；当截面短边大于不设置复合箍筋；当截面短边大于400400mm且纵筋多于且纵筋多于3 3根时，应设置复合箍筋。根时，应设置复合箍筋。 重庆

7、水电职院建筑系 熊川楠在纵筋搭接长度范围内在纵筋搭接长度范围内： 箍筋的直径箍筋的直径： 不宜小于搭接钢筋直径的不宜小于搭接钢筋直径的0.25倍；倍； 箍筋间距：箍筋间距： 当搭接钢筋为受拉时，不应大于当搭接钢筋为受拉时，不应大于5d，且不应大，且不应大于于100mm； 当搭接钢筋为受压时，不应大于当搭接钢筋为受压时，不应大于 10d且不应大且不应大于于 200mm；（；（d为受力钢筋中的最小直径）为受力钢筋中的最小直径） 当搭接的受压钢筋直径大于当搭接的受压钢筋直径大于25mm 时，应在搭时，应在搭接接头两个端面外接接头两个端面外50mm 范围内各设置两根箍筋范围内各设置两根箍筋 。重庆水电

8、职院建筑系 熊川楠在实际结构中，理想的轴在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。心受压构件几乎是不存在的。 通常由于施工制造的误差、通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性等原因，往往土的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。存在一定的初始偏心距。 但有些构件，如以恒载为但有些构件，如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。心受压构件计算。普通钢箍柱螺旋钢箍柱5.2 轴心受压构件的承载力计算轴心受压构件的承载力计

9、算重庆水电职院建筑系 熊川楠构件的长细比构件的计算长度构件的长细比构件的计算长度 l0 与与构件的短边构件的短边 b 或截面回转半径或截面回转半径 i 之比之比柱的分类：柱的分类：规范规范规定，柱的长细比满足以下条规定，柱的长细比满足以下条件时属短柱：矩形截面件时属短柱：矩形截面l0 /b8；圆形截；圆形截面面l0 /d7；任意截面；任意截面l0 /i28。柱的长细比较大，柱的极限承载力将受侧向变形所引起的附柱的长细比较大，柱的极限承载力将受侧向变形所引起的附加弯矩影响而降低。加弯矩影响而降低。短柱短柱长柱长柱5.2.1 破坏特征破坏特征重庆水电职院建筑系 熊川楠第第阶段阶段弹性阶段弹性阶段轴

10、向压力与截面钢筋和混凝土轴向压力与截面钢筋和混凝土的应力基本上呈线性关系的应力基本上呈线性关系 第第阶段阶段弹塑性阶段弹塑性阶段混凝土进入明显的非线性阶段，混凝土进入明显的非线性阶段，钢筋的压应力比混凝土的压应钢筋的压应力比混凝土的压应力增加得快，出现应力重分布。力增加得快，出现应力重分布。第第阶段阶段破坏阶段破坏阶段钢筋首先屈服，有明显屈服台阶的钢筋应力保持屈钢筋首先屈服，有明显屈服台阶的钢筋应力保持屈服强度不变，混凝土的应力也随应变的增加而继续服强度不变，混凝土的应力也随应变的增加而继续增长。增长。 1、受压短柱、受压短柱重庆水电职院建筑系 熊川楠短柱的受力特点和破坏形态短柱的受力特点和破

11、坏形态 钢筋混凝土短柱破坏时钢筋混凝土短柱破坏时 压应变在压应变在0.00250.0035 之间，之间，规范取为规范取为0.002 相应地，纵筋的应力为相应地，纵筋的应力为 25mmN400102002. 0s用用yf表示钢筋的抗压强度设计值表示钢筋的抗压强度设计值 重庆水电职院建筑系 熊川楠破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。挠度急剧增大，柱子破坏。2、受压长柱、受压长柱初始偏心

12、距初始偏心距附加弯矩和侧向挠度附加弯矩和侧向挠度加大了原来的初始偏心距加大了原来的初始偏心距构件承载力降低构件承载力降低重庆水电职院建筑系 熊川楠稳定系数稳定系数 考虑长柱纵向弯曲的不利影响。表考虑长柱纵向弯曲的不利影响。表5-1试验表明，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。试验表明，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。lo 构件的计算长度，与构件端部的支承条件有关构件的计算长度，与构件端部的支承条件有关； 两端铰支时取两端铰支时取1.0l 一端固定，一端铰支时取一端固定，一端铰支时取0.7l 两端固定时取两端固定时取0.5l 一端固定，一端自由时取一端固定，一端自由时取2

13、.0lb 矩形截面的短边尺寸；矩形截面的短边尺寸；d 圆形截面的直径；圆形截面的直径；i 截面最小回转半径；截面最小回转半径；重庆水电职院建筑系 熊川楠稳定系数重庆水电职院建筑系 熊川楠5.2.2 5.2.2 轴心受压构件的承载力计算轴心受压构件的承载力计算轴心受压轴心受压短短柱柱sycusAfAfN轴心受压轴心受压长长柱柱usulNNusulNN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/i 有关有关)(9 . 0sycuAfAfNN系数系数0.9 是可靠度调整系数是可靠度调整系数重庆水电职院建筑系 熊川楠 （1）截面设计）截面设计 已知：轴心压力设计值已知：轴

14、心压力设计值N，材料强度等级，材料强度等级fc、fy 构件计算长度构件计算长度l0 ，截面面积，截面面积bxh 求：纵向受压钢筋面积求：纵向受压钢筋面积As （2）截面复核）截面复核 )(9 . 0sycuAfAfNN5.2.3 5.2.3 截面设计与截面复核截面设计与截面复核重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠 =M=N e0NAssANe0AssA压弯构件 偏心受压构件偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压轴心受压构件和构件和受弯受弯构件构件。AssAh0aab重庆水电职院建筑系 熊川楠5.3.1、偏心受压构件的破坏特征、偏心受压构

15、件的破坏特征偏心受压构件的破坏特征与偏心受压构件的破坏特征与偏心距偏心距e0和和纵向钢筋配筋率纵向钢筋配筋率有关有关1. 受拉破坏（大偏心受压破坏）受拉破坏（大偏心受压破坏） fyAs fyAsNMM较大，较大，N较小较小偏心距偏心距e0较大较大 fyAs fyAsNAs配筋合适配筋合适重庆水电职院建筑系 熊川楠截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应力的应力随荷载增加发展较快，随荷载增加发展较快，首先达到屈服首先达到屈服。此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小最后受压侧钢筋最后受压侧钢筋As 受压屈服，压区混凝土受压屈服，压区混凝土压

16、碎而达到破坏。压碎而达到破坏。这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，破这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，承载承载力主要取决于受拉侧钢筋力主要取决于受拉侧钢筋。形成这种破坏的条件是：形成这种破坏的条件是：偏心距偏心距e0较大，且较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为，通常称为大偏大偏心受压心受压。 fyAs fyAsN重庆水电职院建筑系 熊川楠2. 受压破坏（小偏心受压破坏）受压破坏（小偏心受压破坏）产生受压破坏的条件有两种情况：产生受压破坏的条件有两种情况： 当相对偏心距当相对偏心距e0/h0较小

17、较小 sAs fyAsN或虽然相对偏心距或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时 sAs fyAsNAs太太多多重庆水电职院建筑系 熊川楠受拉破坏受拉破坏 受压破坏受压破坏重庆水电职院建筑系 熊川楠3 3、 大、小偏心受压破坏的界限大、小偏心受压破坏的界限即即受拉钢筋屈服受拉钢筋屈服与与受压区混凝土边缘极限压应变受压区混凝土边缘极限压应变e ecu同时达到同时达到与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。因此，因此，相对界限受压区高度相对界限受压区高度仍为：仍为：x x =x xb重庆水电职院建筑系 熊川楠5.3.2 5.

18、3.2 附加偏心距和偏心距增大系数附加偏心距和偏心距增大系数 由于施工误差、计算偏差及材料的不均匀等原因，实际工程由于施工误差、计算偏差及材料的不均匀等原因，实际工程中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，引入引入附加偏心距附加偏心距ea，即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏心距计算偏心距e0=M/N与附加偏心距与附加偏心距ea之和，称为之和，称为初始偏心距初始偏心距ei aieee0参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距 ea取取20mm与与h/

19、30 两者中的较大值，此处两者中的较大值，此处h是指偏心方向的截面尺寸。是指偏心方向的截面尺寸。1、附加偏心距、附加偏心距重庆水电职院建筑系 熊川楠2、偏心距增大系数、偏心距增大系数由于侧向挠曲变形，轴向力将由于侧向挠曲变形，轴向力将产生产生二阶效应二阶效应，引起附加弯矩，引起附加弯矩对于长细比较大的构件，二阶对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。效应引起附加弯矩不能忽略。图示典型偏心受压柱，跨中侧图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为向挠度为 f 。对跨中截面，轴力对跨中截面，轴力N的的偏心距偏心距为为 ei + f ，即跨中截面的弯矩为，即跨中截面的弯矩为 M =N ( ei +

20、 f )。在截面和初始偏心距相同的情在截面和初始偏心距相同的情况下，柱的况下，柱的长细比长细比l0/h不同，侧不同，侧向挠度向挠度 f 的大小不同，影响程度的大小不同，影响程度会有很大差别，将产生不同的破会有很大差别，将产生不同的破坏类型。坏类型。elxfysin f y xeieiNNN eiN ( ei+ f )le重庆水电职院建筑系 熊川楠对于对于长细比长细比l0/h5的的短柱短柱侧向挠度侧向挠度 f 与初始偏心距与初始偏心距ei相比很小相比很小, 柱跨中弯矩柱跨中弯矩M=N(ei+f ) 随轴力随轴力N的增加基的增加基本呈线性增长，本呈线性增长，直至达到截面承载力极限状态产生破坏。直至

21、达到截面承载力极限状态产生破坏。对短柱可忽略挠度对短柱可忽略挠度f影响。影响。重庆水电职院建筑系 熊川楠长细比长细比l0/h =530的的中长柱中长柱f 与与ei相比已不能忽略。相比已不能忽略。f 随轴力增大而增大，柱跨中弯矩随轴力增大而增大，柱跨中弯矩M = N ( ei + f ) 的增长速的增长速度大于轴力度大于轴力N的增长速度，的增长速度，即即M随随N 的增加呈明显的非线性增长的增加呈明显的非线性增长虽然最终在虽然最终在M和和N的共同作用下达到截面承载力极限状态，的共同作用下达到截面承载力极限状态，但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱。但轴向承载力明显低于同样截面和初始

22、偏心距情况下的短柱。因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度 f 对弯矩增大对弯矩增大的影响。的影响。重庆水电职院建筑系 熊川楠长细比长细比l0/h 30的长柱的长柱侧向挠度侧向挠度 f 的影响已很大的影响已很大在未达到截面承载力极限状态之前，侧向挠度在未达到截面承载力极限状态之前，侧向挠度 f 已已呈呈不稳定不稳定发展发展即柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线与截面即柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线与截面承载力承载力Nu- -Mu相关曲线相交之前相关曲线相交之前这种破坏为失稳破坏，应进行专门计算这种破坏为失稳破坏，应进行专门计算重庆水电职院建筑系

23、熊川楠偏心距增大系数偏心距增大系数iiiefefe10 . 17 . 22 . 01iehl0201. 015. 1，21200141911hlhei取h=1.1h0elxfysin f y xeieiNNlel0重庆水电职院建筑系 熊川楠当当x x x xb时时 fyAs fyAsNM受受拉拉破坏破坏(大偏心受压大偏心受压)5.3.3 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算其中：其中：适用条件：适用条件：重庆水电职院建筑系 熊川楠 sAs fyAsNM当当x x x xb时时受受压压破坏破坏(小偏心受压小偏心受压)钢筋应力符合的条件：钢筋应力符合的条件：重庆

24、水电职院建筑系 熊川楠2、对称配筋截面受压构件承载力计算、对称配筋截面受压构件承载力计算实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，当弯矩数值相实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，当弯矩数值相差不大，可采用对称配筋。差不大，可采用对称配筋。采用对称配筋不会在施工中产生差错，故有时为方便施工或采用对称配筋不会在施工中产生差错，故有时为方便施工或对于装配式构件，也采用对称配筋。对于装配式构件，也采用对称配筋。对称配筋截面，即对称配筋截面，即As=As，fy = fy，a = a，其界限破坏状态，其界限破坏状态时的轴力为时的轴力为Nb=a a fcbx xbh0。)()2(00ahAfxhbxfeNAfAfbxfNsycsysycaa因此，除要考虑偏心距大小外，还要根据轴力大小（因此，除要考虑偏心距大小外，还要根据轴力大小（N Nb）的情况判别属于哪一种偏心受力情况。）的情况判别属于哪一种偏心受力情况。重庆水电职院建筑系 熊川楠1、大偏心受压：、大偏心受压：)()5 . 0(00ahfxhbxfNeAAycssa若若x2a，可近似取，可近似取x=2a，对受压钢筋，对受压钢筋合力点取矩可得合力点取矩可得)(0ahfeNAAysse = ei - 0.5h + a fyAs sAsNei重庆水电职院建筑系 熊