钢筋混凝土柱的设计和构造

钢筋混凝土柱的设计和构造第1页，共15页，2023年，2月20日，星期四1.材料选择

受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，混凝土宜采用较高强度等级,C25及以上等级的混凝土，对于高层建筑的底层柱可采用更高强度等级的混凝土；纵向钢筋一般选用HRB335和HRB400、RRB400级热轧钢筋；箍筋一般采用HPB235级、HRB335级钢筋，也可采用HRB400级钢筋。

一、构造要求

一般采用正方形或矩形。截面尺寸不宜小于250×250，控制在l0/b≤30、l0/h≤25、l0/d≤25。l0为柱的计算长度，b为柱的短边，h为柱的长边，d为圆形柱的直径。当截面的边长在800以下时，以50为模数，边长在800以上时，以100为模数。

框架柱截面尺寸可取h＝（1/15～1/20）H，H为层高；柱截面宽度可取b＝（1～2/3）h。截面高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm，为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。2.确定构件形状和尺寸第2页，共15页，2023年，2月20日，星期四⑵受力纵筋的配筋率

《混凝土结构设计规范》规定全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5%，也不应小于0.6%；从经济和施工方便角度考虑，受压钢筋的配筋率一般不超过3%，通常在0.5%～2%之间。3.纵向钢筋⑶受力纵筋的直径

不宜小于12mm，通常在16～32mm范围内选用。

⑷受力纵筋的布置和间距

矩形截面钢筋根数不得少于4根。轴心受压构件中纵向受力钢筋应沿截面四周均匀配置，偏心受压构件中纵向受力钢筋应布置在离偏心压力作用平面垂直的两侧。圆形截面钢筋根数不宜少于8根，且不应少于6根，应沿截面四周均匀配置。纵向受力钢筋的净间距不应小于50mm；偏心受压构件中距不宜大于300mm（图7.6）。一、构造要求⑴受力纵筋的作用协助混凝土受压，减少截面尺寸；承受可能产生的较小弯矩；防止脆性破坏，增加构件延性；减小混凝土徐变变形。第3页，共15页，2023年，2月20日，星期四4.纵向构造钢筋

当偏心受压柱的截面高度h不小于600mm时，在侧面应设置直径为10～16mm的纵向构造钢筋，其间距不宜大于500mm，并相应地设置拉筋或复合箍筋。拉筋的直径和间距可与基本箍筋相同，位置与基本箍筋错开（图7.7）。

图7.7偏压柱构造钢筋的设置

一、构造要求第4页，共15页，2023年，2月20日，星期四⑴箍筋的作用

防止纵筋向外压屈，提高柱的受剪承载力，与纵筋形成骨架，且对核心部分的混凝土起到约束作用。

⑵箍筋的形式

受压构件中的周边箍筋应作成封闭式。对于形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋。其原因是，内折角处受拉箍筋的合力向外，可能使该处混凝土保护层崩裂。

图7.8复杂截面的箍筋形式

一、构造要求5.箍筋第5页，共15页，2023年，2月20日，星期四

当柱截面短边尺寸大于400mm，且各边纵向钢筋多于3根时，或当柱截面短边不大于400mm，但各边纵向钢筋多于四根时，应设置复合箍筋，其布置要求是使纵向钢筋至少每隔一根位于箍筋转角处（见图7.9所示）。

图7.9箍筋的构造（a）轴心受压柱(b)偏心受压柱一、构造要求5.箍筋⑵箍筋的形式第6页，共15页，2023年，2月20日，星期四⑶箍筋的直径和间距

箍筋直径不应小于d/4，且不应小于6mm，（d为纵向钢筋的最大直径）。箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸，且不应大于15d（d为纵向钢筋的最小直径）。

柱内纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋间距应加密，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍。当搭接钢筋受压时，箍筋间距不应大于10d，且不应大于200mm；当搭接钢筋受拉时，箍筋间距不应大于5d，且不应大于100mm，d为纵向钢筋的最小直径。当受压钢筋直径d＞25mm时，尚应在搭接接头两个端面外100mm范围内各设置两个箍筋。一、构造要求5.箍筋第7页，共15页，2023年，2月20日，星期四

钢筋混凝土受压构件按纵向力与构件截面形心相互位置的不同，可分为轴心受压构件与偏心受压构件（单向偏心受压和双向偏心受压构件），如图7.3所示。当纵向外力N的作用线与构件截面形心轴线重合时为轴心受压构件，当纵向外力N的作用线与构件截面形心轴线不重合时为偏心受压构件。

（a）轴心受压（b）（c）单向偏心受压（d）双向偏心受压

图7.3轴心受压和偏心受压

二、轴心受压柱承载力计算第8页，共15页，2023年，2月20日，星期四1.短柱破坏形态由于混凝土和钢筋具有相近的压应变，两者可共同工作，当混凝土达到极限压应变时，柱的四周出现明显的纵向裂缝，混凝土保护层脱落，纵向钢筋被压曲，向外凸出，混凝土被压坏而导致构件破坏。破坏时，一般中等强度的钢筋能达到抗压屈服强度，两者强度都能充分利用。二、轴心受压柱承载力计算短柱破坏形态长柱破坏形态2.长柱破坏形态

实际工程中构件的初始偏心是不可避免的，对于长柱而言侧向弯曲不能忽略，构件将在压力和弯矩的共同作用下，在压应力较大的一侧首先出现纵向裂缝，接着混凝土被压碎，纵向钢筋压弯向外凸出，由于混凝土柱失去平衡，压应力较小的一侧的混凝土受力状态将迅速发生变化，由受压变为受拉，构件破坏。第9页，共15页，2023年，2月20日，星期四3.承载能力计算长柱的承载能力比短柱低，《规范》引入了稳定系数来表示长柱承载能力的降低程度。二、轴心受压柱承载力计算⑴求稳定系数

稳定系数主要和构件的长细比有关，长细比越大，值越小（见表7.1）。构件的计算长度l0与构件两端支承情况有关，一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构，各层柱的计算长度l0可按表7.2确定。l0

/b⑵计算公式式中：N—轴向压力设计值Nu—轴向抗压承载力设计值

A—构件的截面面积，当纵筋的配筋率大于3%时，A改用A－AS′。

As‘—全部纵向钢筋的截面面积

fc—混凝土轴心抗压强度设计值;fy—纵向钢筋的抗压强度设计值

0.9—调整系数，为了保证轴心受压和偏心受压具有相近的保证率。（7.2）第10页，共15页，2023年，2月20日，星期四⑶配置纵向钢筋

根据计算，确定柱中纵向受力钢筋的直径和根数。

⑷选择箍筋

应根据规范规定的构造要求选用适当的箍筋。

⑸验算配筋率

柱中全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5%，也不应小于0.6%；同时一侧受压钢筋的配筋率不应小于0.2%；当采用HRB400级、RRB400级钢筋时，全部纵向钢筋最小配筋率不应小于0.5%。

⑹画出配筋图

3.承载能力计算二、轴心受压柱承载力计算第11页，共15页，2023年，2月20日，星期四3、计算简图

除装配式框架外，一般可将框架结构的梁、柱节点视为刚性节点，柱固结于基础顶面。

4、荷载及内力计算

结构承受的作用包括竖向荷载、水平荷载和地震作用。竖向荷载包括结构自重及楼（屋）面活荷载；水平荷载为风荷载；地震作用主要是水平地震作用。多层建筑中的柱以轴力为主。三、轴心受压柱截面设计步骤1.材料选择2.确定构件形状和尺寸5.截面设计⑴配置纵向钢筋⑵选择箍筋⑶验算配筋率⑷画配筋图第12页，共15页，2023年，2月20日，星期四案例二应用：

1、图7.2中KZ3计算书：

（一）材料

混凝土强度等级：C30fc=14.3N/mm2

；ft=1.43N/mm2

钢筋级别：HRB400fy=360N/mm2

（二）构件尺寸

对于有抗震设防要求的框架结构，

（λ为柱轴压比限值，抗震等级一级时为0.7，二级时为0.8，三级时为0.9）

框架柱截面高度、宽度不宜小于300mm

取b＝500mm，h＝500mm

（三）计算简图

KZ1与KL3为刚性节点，固结于基础顶面

（四）荷载及内力计算

KZ3按轴心受压柱计算，考虑到弯矩的影响将柱轴力乘以1.2的放大系数

N＝1180×1.2=1416kN（含柱自重）

内力N＝1180是由结构计算软件算出的。

第13页，共15页，2023年，2月20日，星期四

（五）截面设计

1、纵向受力钢筋

l0=1.0H=1.0×4.6m=4.6m（对底层柱应取至基础顶面计算）

，查表7.1得=0.988

因为N＝1180＜0.9，

不需计算，所以采用构造配筋（参考第八章内容）。

选择钢筋1222（=4561.2mm2）

2、箍筋

按构造要求配置箍筋：选双肢箍10@200，柱端箍筋加密为