混凝土结构设计原理市公开课一等奖省赛课获奖课件

轴心受力构件混凝土结构设计原理第1页轴心受力构件主要内容：了解轴心受拉构件和轴心受压构件受力全过程；掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截面承载力计算方法；熟悉轴心受力构件结构要求。重点：轴心受压构件承载力计算混凝土结构设计原理第2页轴心受力构件轴心受压构件承载力计算1轴心受压构件实际应用

多高层建筑中框架柱，单层工业厂房中屋架上弦杆，桥梁结构中桥墩，拱、桩等均属于受压构件。利用混凝土构件承受以轴向压力为主内力，能够充分发挥混凝土材料强度优势，因而在工程结构中混凝土受压构件应用比较普遍。建筑实际结构中，理想轴心受压构件几乎是不存在，这是因为：

通常施工制造误差、荷载作用位置不确定性、混凝土质量不均匀性等，使得上述构件存在一定初始偏心距。混凝土结构设计原理第3页轴心受力构件轴心受压构件承载力计算框架结构中柱(ColumnsofFrameStructure)轴心受压混凝土结构设计原理第4页轴心受力构件轴心受压构件承载力计算屋架结构中上弦杆(TopChordofRoofTrussStructure)轴心受拉混凝土结构设计原理第5页轴心受力构件轴心受压构件承载力计算桩基础(PileFoundation)轴心受压混凝土结构设计原理第6页轴心受拉构件受力过程及破坏特征混凝土结构设计原理第7页一建筑工程中轴拉构件1计算公式－1N——拉力组合设计值；fy

——

钢筋抗拉强度设计值，

fy

300N/mm2

；As

——纵向钢筋面积。混凝土结构设计原理第8页某钢筋混凝土屋架下弦拉力设计值N=700KN，采取HRB335级钢筋配筋。试求所需纵向受力钢筋面积，并为其选取钢筋。【解】混凝土结构设计原理第9页2.结构要求箍筋直径d≥6mm,间距s≤200mm(腹杆中s≤150mm)。

纵筋应沿截面周围均匀对称布置，并宜优先采取直径较小钢筋。

不得采取绑扎搭接接头。

纵筋一侧配筋率，且。（为混凝土轴心抗拉强度设计值）混凝土结构设计原理第10页轴心受力构件轴心受压构件承载力计算二轴心受压构件

实际工程结构中，普通把承受轴向压力钢筋混凝土柱按照箍筋作用及配置方式分为两种：

普通箍筋柱（TiedColumns）配有纵向钢筋和普通箍筋柱

螺旋箍筋柱（SpiralColumns）配有纵向钢筋和螺旋箍筋柱纵筋作用：

提升承载力，减小截面尺寸提升混凝土变形能力抵抗构件偶然偏心减小混凝土收缩与徐混凝土结构设计原理第11页轴心受力构件轴心受压构件承载力计算普通钢箍柱TiedColumns螺旋钢箍柱SpiralColumns2/2混凝土结构设计原理第12页轴心受力构件轴心受压构件承载力计算1短柱与长柱

短柱（ShortColumns）是怎样形成？我们通常将柱截面尺寸与柱长之比较小柱，称为短柱。在实际结构中，带窗间墙柱、高层建筑地下车库柱子，以及楼梯间处柱都轻易形成短柱。窗间墙短柱混凝土结构设计原理第13页轴心受力构件轴心受压构件承载力计算

受压短柱破坏过程

在开始加载时，混凝土和钢筋都处于弹性工作阶段，钢筋和混凝土应力基本上按弹性模量比值来分配。

伴随荷载增加，混凝土应力增加愈来愈慢，而钢筋应力基本上与其应变成正比增加，柱子变形增加速度就快于外荷增加速度。伴随荷载继续增加，柱中开始出现微小纵向裂缝。应力轴力混凝土应力增加钢筋应力增加混凝土结构设计原理第14页轴心受压构件轴心受压构件承载力计算

在临近破坏荷载时，柱身出现很多显著纵向裂缝，混凝土保护层剥落，箍筋间纵筋被压曲向外鼓出，混凝土压碎。

柱子发生破坏时，混凝土应变到达其抗压极限应变，而钢筋应力普通小于其屈服强度。混凝土结构设计原理第15页轴心受力构件轴心受压构件承载力计算

什么是长柱（SlenderColumns）我们通常将截面尺寸与柱长之比较大柱定义为长柱。在实际结构中，普通框架柱、门厅柱等都属于长柱。轴心受压长柱与短柱主要受力区分在于：因为偏心所产生附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必须考虑。混凝土结构设计原理第16页轴心受力构件轴心受压构件承载力计算

轴心受压长柱破坏过程因为初始偏心距存在，构件受荷后产生附加弯矩，伴之发生横向挠度。构件破坏时，首先在靠近凹边出现大致平行于纵轴方向纵向裂缝，同时在凸边出现水平横向裂缝，随即受压区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，横向挠度快速发展，构件失去平衡，最终将凸边混凝土拉断。《混凝土结构设计规范》采取稳定系数来表示长柱承载力降低程度。混凝土结构设计原理第17页轴心受压长柱稳定系数φ

主要与柱长细比l0/b相关，稳定系数定义以下：轴心受压构件承载力计算l0/bl0/dl0/iφl0/bl0/dl0/iφ≤8≤728≤1.030261040.52108.5350.9832281110.481210.5420.953429.51180.441412480.9236311250.41614550.8738331320.361815.5620.814034.51390.322017690.754236.51460.292219760.744381530.262421830.6546401600.232622.5900.64841.51670.212824970.5650431740.19《规范》给出稳定系数与长细比关系轴心受力构件混凝土结构设计原理第18页轴心受压构件承载力计算2普通箍筋柱受压承载力计算

计算简图fcf’yA’sNf’yA’sA’s

计算公式轴心受力构件混凝土结构设计原理第19页

例题1某无侧移多层现浇框架结构第二层中柱，承受轴心压力设计值，柱计算长度，混凝土强度等级为（），用HRB400级钢筋配筋（），环境类别为一类。试设计该截面。混凝土结构设计原理第20页

解（1）假定则由公式可求得采取正方形截面，则取混凝土结构设计原理第21页

（2）计算及则由表查得。（3）求选取4根直径是18mm三级钢筋，。混凝土结构设计原理第22页故计算中取是可行(假如所得则在计算值时，应扣除值，重新计算)。符合最小配筋率要求。混凝土结构设计原理第23页轴心受压构件承载力计算

关键区混凝土三轴受压状态产生3轴心受压螺旋式箍筋柱正截面承载力计算fyAss1

dcorfyAss1S轴心受力构件混凝土结构设计原理第24页轴心受压构件承载力计算f——为被约束后混凝土轴心抗压强度;β——为系数。混凝土受到径向压应力值计算方法螺旋式或焊接环式间接钢筋柱承载力计算公式轴心受力构件混凝土结构设计原理第25页轴心受拉构件承载力计算《混凝土结构设计规范》相关螺旋箍要求：

螺旋箍筋计算承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力50%。

对长细比l0/d大于12柱不考虑螺旋箍筋约束作用。

螺旋箍筋换算面积Ass0不得小于全部纵筋A‘s

面积25%

螺旋箍筋间距s不应大于80mm及dcor/5，也不应小于40mm。轴心受力构件混凝土结构设计原理第26页例题3某大楼底层门厅内现浇钢筋混凝土柱，承受轴心压力设计值计算长度依据建筑设计要求，柱截面为圆形,直径混凝土强度等级为C30()纵筋采取HRB400级钢筋（），箍筋采取HRB335级钢筋（），试确定柱配筋。混凝土结构设计原理第27页解（１）判别是否可采取螺旋箍筋柱（可设计成螺旋箍筋柱）（２）求假定则选取10直径是20mm三级钢筋，

混凝土结构设计原理第28页（３）求混凝土保护层厚度为30mm，则由公式可得混凝土结构设计原理第29页（４）确定螺旋箍筋直径和间距假定螺旋箍筋直径，则单根螺旋箍筋截面面积由公式可得取（满足结构要求）。（５）复核混凝土保护层是否过早脱落

混凝土结构设计原理第30页混凝土结构设计原理第31页轴心受拉构件承载力计算工程实际中轴心受拉构件包含桁架式屋架受拉杆、拱拉杆以及水池池壁等。轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过程分为三个阶段：从加载到砼受拉开裂前，为弹性阶段；砼开裂后到钢筋即将屈服，为第二阶段；受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋到达屈服，为第三阶段，此时混凝土裂缝开展很大，能够认为构件到达了破坏状态。破坏特征：轴心受拉构件破坏时，混凝土不承受拉力，全部拉力由钢筋来承受。轴心受拉破坏时混凝土裂缝贯通，纵向拉钢筋到达其受拉屈服强度，正截面承载力公式以下：

——纵向钢筋抗拉强度设计值；N——轴