第四章 钢筋混凝土轴心受力构件

第四章钢筋混凝土轴心受力构件本章主要内容轴心受拉构件的计算轴心受压构件的计算4.1 轴心受拉构件轴心受拉：纵向拉力作用线与构件截面形心轴线重合时构件为轴心受拉。承受节点荷载的钢筋混凝土桁架、拱拉杆、受内压力作用的环形截面管壁及圆形贮液池的筒壁等，通常按轴心受拉构件计算。矩形水池的池壁、矩形剖面料仓或煤斗的壁板、受地震作用的框架边柱，以及双肢柱的受拉肢，属于偏心受拉构件。受拉构件除轴向拉力外，还同时受弯矩和剪力作用。图示构件从加载到破坏的受力过程可分为三个阶段：混凝土开裂前，钢筋和混凝土共同受力阶段；混凝土开裂后构件带裂缝工作阶段；（钢筋受力）钢筋屈服后的破坏阶段一、轴心受拉构件的受力特点一、轴心受拉构件的受力特点1、混凝土开裂前，钢筋和混凝土共同受力阶段：由平衡条件：令，称为换算截面面积。随着荷载增加，，，，——构件开裂荷载。2、混凝土开裂后，构件带裂缝工作阶段：开裂前后，裂缝截面处的钢筋应力发生突变：3、钢筋屈服后的破坏阶段：一、轴心受拉构件的受力特点二、轴心受拉构件承载力计算N——为轴向拉力的设计值；fy——为钢筋抗拉强度设计值；As为全部受拉钢筋的截面面积，应满足As≥(0.9ft/fy)A，A为构件截面面积。构造要求：纵向受力钢筋：受力钢筋应沿截面周边均匀布置，并宜选用较小直径钢筋；为避免配筋过少，；轴心受拉构件的受力钢筋不得采用非焊接的搭接接头。搭接而不加焊的受拉钢筋接头仅允许用在圆形池壁或管中，且接头位置应错开，钢筋搭接长度应不小于和300mm。箍筋：箍筋的主要作用是固定纵向受力钢筋的位置，并与纵向钢筋组成钢筋骨架。1、计算轴心拉力设计值N2、计算所需受拉钢筋面积As3、选择满足构造要求的配筋0SR式中S–––荷载效应组合设计值0–––结构构件的重要性系数，对一、二、三级分别取1.1,1.0,0.9

R

–––结构构件抗力（承载力）的设计值承载能力极限状态设计表达式基本组合:（1）由可变荷载效应控制的组合式中G–––永久荷载分项系数。有利时取1.0，不利时取1.2SGK–––永久荷载标准值的效应。一般情况取1.4Q1、

Qi–––第一个和第i个活荷载分项系数。SQ1K–––大于其它任意第i个可变荷载标准值的效应。SQiK–––第i个可变荷载标准值的效应。ci–––第i个可变荷载的组合系数RETURN作业11、裂缝及裂缝宽度裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋的伸长，导致混凝土与钢筋之间产生相对滑移的结果。裂缝宽度等于混凝土在开裂截面的回缩量。当荷载长期作用时，由于混凝土的滑移徐变和拉应力的松弛，将导致裂缝间受拉混凝土不断退出工作，使裂缝开展宽度增大；

混凝土的收缩使裂缝间混凝土的长度缩短，这也会引起裂缝的进一步开展；由于荷载的变动使钢筋时而被拉长时而又回缩，其直径也时胀时缩，将引起粘结强度的降低，导致裂缝宽度的增大。三、轴心受拉构件裂缝宽度验算混凝土构件中产生裂缝的必要条件是结构中存在拉应力。结构中产生拉应力的原因主要有：荷载作用结构的不均匀沉降收缩作用和温度变化混凝土凝结、硬化施工2、裂缝产生的原因三、荷载产生的裂缝裂缝形成的原因荷载形成的裂缝施工原因(a)材料混合不均匀(b)长时间搅拌(c)快速浇筑(d)先后浇筑时差过长浇筑速度过快：当构件高度较大，如一次快速浇筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，产生下沉，引起裂缝。交接缝：浇筑先后时差过长，先浇筑的混凝土已硬化，导致交接缝混凝土不连续，这是结构产生裂缝的起始位置，将成为结构承载力和耐久性的缺陷。施工原因(a)材料混合不均匀(b)长时间搅拌(c)快速浇筑(d)先后浇筑时差过长混合材料不均匀：由于搅拌不均匀，材料的膨胀性和收缩的差异，引起局部的一些裂缝。长时间搅拌：混凝土运输时间过长，长时间搅拌突然停止后很快硬化产生的异常凝结，引起网状裂缝。骨料方面第十章钢筋混凝土构件的变形和裂缝裂缝控制等级《规范》将裂缝控制分为三个等级（29页）一级：严格要求不出现裂缝的构件。

要求：按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土的拉应力。二级：一般要求不出现裂缝的构件。

要求

：按荷载效应准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土的拉应力。三级：允许出现裂缝的构件。裂缝的出现、分布与开展★在裂缝出现前，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀分布的。★当混凝土的拉应力达到抗拉强度时，首先会在构件最薄弱截面位置出现第一条（批）裂缝。★裂缝出现瞬间，裂缝截面位置的混凝土退出受拉工作，应力为零，而钢筋拉应力应力产生突增Dss=ft/r，配筋率越小，Dss就越大。★由于钢筋与混凝土之间存在粘结，随着距裂缝截面距离的增加，混凝土中又重新建立起拉应力sc，而钢筋的拉应力则随距裂缝截面距离的增加而减小。★当距裂缝截面有足够的长度l时，混凝土拉应力sc增大到ft，此时将出现新的裂缝。10.2裂缝宽度的验算★从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为裂缝出现阶段，该阶段的荷载增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度。裂缝数量最终趋于稳定。★裂缝间距的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。★裂缝出齐后，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展。裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋不断伸长，导致钢筋与混凝土之间产生变形差，这是裂缝宽度计算的依据。★由于混凝土材料的不均匀性，裂缝的出现、分布和开展具有很大的离散性，因此裂缝间距和宽度也是不均匀的。但大量的试验统计资料分析表明，裂缝间距和宽度的平均值具有一定规律性，是钢筋与混凝土之间粘结受力机理的反映。验算公式：轴心受拉构件acr=1.5×1.9×0.85×1.1=2.7受弯构件acr=1.5×1.66×0.85=2.1裂缝宽度的计算公式偏心受拉构件acr=1.5×1.9×0.85=2.4系数ψ的物理意义就是反映裂缝间受拉区混凝土对纵向受拉钢筋应变的影响程度。★当y<0.2时，取y=0.2；当y>1.0时，取y=1.0；★对直接承受重复荷载作用的构件，取y=1.0。2、钢筋应变不均匀系数y3、裂缝截面处的钢筋应力σsk◆

轴心受拉构件

rte为以有效受拉混凝土截面面积计算的受拉钢筋配筋率。Ate为有效受拉混凝土截面面积对于轴心受拉构件：c——最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉区底边的距离（mm），当c<20mm时，取c=20mm；◆用带肋变形钢筋比用光圆钢筋的平均裂缝间距要小些，即钢筋表面特征同样影响平均裂缝间距，对此可用钢筋的等效直径deq代替d。4.2

轴心受压构件主要以承受轴向压力为主,通常还有弯矩和剪力作用

受压构件的分类及构造要求按照纵向压力作用位置的不同，受压构件（柱）可分为轴心受压和偏心受压两种情况：受压构件（柱）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。在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。但有些构件，如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。4.2

轴心受压构件普通箍筋柱：纵筋的作用？

箍筋的作用？螺旋箍筋柱：箍筋的形状为圆形，且间距较密，其作用？轴心受压柱根据其构造的不同又可分为：普通箍筋柱、螺旋箍筋柱、钢管混凝土柱及钢骨混凝土柱四大类。本课程只介绍普通箍筋柱和螺旋箍筋柱两类。箍筋普通钢箍柱螺旋钢箍柱纵筋箍筋纵筋螺旋箍筋螺旋箍筋纵筋的作用：◆协助混凝土受压，以提高构件正截面受压承载力；受压钢筋最小配筋率：0.6%(单侧0.2%)◆

提高构件的变形能力，改善受压破坏的脆性；试验表明素混凝土棱柱体构件达到最大应力值时的压应变值一般在0.0015~0.002之间，而钢筋混凝土短柱达到应力峰值时的压应变一般在0.0025~0.0035之间。◆

承担可能产生的偏心弯矩作用；◆减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。

箍筋的作用：◆与纵筋形成钢筋骨架，防止纵筋受力后压屈和固定纵筋的位置；◆

减小受压纵筋的支承长度，增强钢筋骨架的稳定性；◆

对于承受较大横向剪力的构件，箍筋可以协同混凝土抗剪，提高构件的抗剪强度；◆使核心混凝土处于三向受压状态，使其强度和延性有所提高，从而改善构件破坏时的脆性。4.2轴心受压构件柱的分类短柱：长柱：对矩形截面：对圆形截面：对任意截面：其中：l0为柱的计算长度；

b为矩形截面短边尺寸；

d为圆截面直径；

i为圆截面的最小回转半径。一、普通箍筋柱1.短柱的受力特点和破坏形态

试验表明：由于钢筋和混凝土之间存在粘结力，两者的压应变相等。当达到极限荷载时，钢筋混凝土短柱的极限压应力变大致与混凝土棱柱体受压破坏时的压应变相同，即混凝土先压坏，钢筋后屈服表示钢筋的抗压强度设计值。一、普通箍筋柱即：对于高强度钢筋，在构件破坏时可能达不到屈服，钢材的强度不能充分利用。1.短柱的受力特点和破坏形态2．细长轴心受压构件的承载力降低现象初始偏心距附加弯矩和侧向挠度加大了原来的初始偏心距构件承载力降低规范采用稳定系数来反映承载力随长细比增大而降低的现象。稳定系数3.轴心受压构件的承载力计算轴心受压短柱轴心受压长柱稳定系数稳定系数j主要与柱的长细比l0/i有关系数0.9

是可靠度调整系数4.设计方法

（1）截面设计已知：轴心压力设计值N，材料强度等级、构件计算长度，截面面积bxh求：纵向受压钢筋面积（2）截面复核5、构造要求（1）、截面型式及尺寸：轴心受压：一般采用方形、矩形、圆形和正多边形

最小边长构件长细比混凝土：C25C30C35C40等钢筋：纵筋：HRB400级、HRB335级和

RRB400级

箍筋：HPB235级、HRB335级也可采用HRB400级

（2）材料强度要求纵筋的构造要求：直径：不宜小于12mm，常用16~32mm，宜用粗钢筋纵筋净距：不应小于50mm；预制柱，不应小于30mm和1.5d(d为钢筋的最大直径)

纵筋中距：不应大于300mm。钢筋布置：轴心受压构件的纵向钢筋沿截面周边均匀对称布置；偏心受压构件的受力钢筋按计算要求设置在弯矩作用方向的两对边；有时按需要还需在侧面设置构造钢筋。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纵筋构造要求

全部纵筋配筋率不应小于0.6%；不宜大于5%对称配筋一侧钢筋配筋率不应小于0.2%

对于直径大于28mm的受拉钢筋和直径大于32mm的受压钢筋，不宜采用绑扎的搭接接头。

箍筋

箍筋形式：封闭式

箍筋间距：在绑扎骨架中不应大于15d；在焊接骨架中则不应大于20d（d为纵筋最小直径），且不应大于400mm，也不大于构件横截面的短边尺寸箍筋直径：不应小于d／4(d为纵筋最大直径)，且不应小于6mm。当纵筋配筋率超过3％时，箍筋直径不应小于8mm，其间距不应大于10d，且不应大于200mm。当截面短边不大于400mm，且纵筋不多于四根时，可不设置复合箍筋；当截面短边大于400mm且纵筋多于3根时，应设置复合箍筋。

箍筋构造要求在纵筋搭接长度范围内：

箍筋的直径：不宜小于搭接钢筋直径的0.25倍；

箍筋间距：当搭接钢筋为受拉时，不应大于5d，且不应大于100mm；当搭接钢筋为受压时，不应大于10d，且不应大于200mm；（d为受力钢筋中的最小直径）当搭接的受压钢筋直径大于25mm时，应在搭接接头两个端面外50mm范围内各设置两根箍筋。间接钢筋的间距不应大于80mm及dcor/5(dcor为按间接钢筋内表面确定的核心截面直径)，且不小于40mm；间接钢筋