第4章-钢筋混凝土纵向受力构件

建筑结构第1张通过本章的学习，需要熟悉钢筋混凝土杆件的受拉和受压情况下变形及破坏特征，掌握杆件在拉、压力作用下的材料选择、截面选型、截面配筋等，能对已有受力构件进行截面的复核。学习目标建筑结构第2张学习要求能力目标知识要点权重自测分数掌握受压构件截面设计受压构件的破坏特征20%受压构件的截面设计公式30%受压构件的截面复核公式10%掌握受拉构件截面设计受拉构件的截面设计20%受拉构件的截面复核10%了解纵向受力构件的构造构件的构造要求10%建筑结构第3张钢筋混凝土结构构件在建筑结构中占有重要的地位。建筑结构中的梁、板、柱，既可能受到垂直于轴线的弯矩和剪力作用，也可能受到平行于轴线的压力或拉力的作用。对于混凝土结构来说，受压承载力是比较高的。要充分发挥混凝土的抗压能力，同时发挥钢筋在混凝土中对抗压能力的提高作用。但是，有些构件可能承受拉力作用，对混凝土构件来说，其抗拉能力是很弱的，即使构件中配置了一部分钢筋，但失去了混凝土保护的钢筋也不能充分发挥其高强性能，因此，使用混凝土构件来抗拉的效果不太理想。因此，了解钢筋混凝土结构的纵向受力特征，掌握截面设计计算方法，熟悉结构的构造设计要求，是工程技术人员的一项重要工作。章节导读

建筑结构第4张4.1.1概述当在结构构件的截面上作用有与其形心相重合的力时，该构件称为轴心受力构件。当其轴心力为压力时称为轴心受压构件，当其轴心力为拉力时称为轴心受拉构件，如图4.1所示。4.1受压及受拉构件的构造建筑结构第5张

（a)轴心受压（b）轴心受拉图4.1轴心受力构件建筑结构第6张按照轴心受压构件中箍筋配置方式和作用的不同，轴心受压构件又分为配置普通钢箍受压构件和配置螺旋钢箍的受压构件（a)普通钢箍柱（b）螺旋钢箍柱图4.2受压构件的配筋方式建筑结构第7张4.1.2受压构件构造要求1.材料选用混凝土抗压强度较高，为了减小柱截面尺寸，节约钢筋，应采用强度等级较高的混凝土，一般不宜低于C20。但不宜选用高强度钢筋，因为受混凝土压应变的控制，当混凝土被压碎时，高强度钢筋的强度得不到充分利用，一般选用HPB235、HRB335、HRB400级钢筋。建筑结构第8张2.截面形状及尺寸模数轴心受压构件一般采用正方形或矩形截面，只是在建筑上有美观要求时采用圆形截面。为施工方便，截面尺寸一般不小于250mm×250mm，而且要符合相应模数，800mm以下的采用50mm的模数，800mm以上则采用100mm的模数。建筑结构第9张3.纵筋的直径及配筋率纵筋是钢筋骨架的主要组成部分，为方便施工和保证骨架有足够刚度，纵筋直径不宜小于12mm。通常选用16mm～28mm。纵筋要沿截面周边均匀布置，并不少于4根（矩形）或6根（圆形）。全部受压钢筋的最小配筋率为0.6%，最大一般不宜大于5%。纵筋的净距一般不小于50mm。建筑结构第10张4.箍筋的直径与间距当柱中全部纵向受力钢筋配筋百分率超过3%时，则箍筋直径不宜小于8mm，且应焊接成封闭环式，其间距不应大于10d，且不应大于200mm。对于螺旋箍筋或焊接圆环箍筋，由于要对核心混凝土起约束作用，故其间距s应不大于80mm，亦不应大于dcor/5（dcor为核心混凝土的直径），但也不小于40mm。对于截面形状复杂的柱，箍筋形式不可采用具有内折角的箍筋（如图4.4a）；被同一箍筋所箍的纵向钢筋根数，在构件的角边上应不多于3根。若多于3根，则应设置附加箍筋建筑结构第11张图4.4箍筋的配置构造建筑结构第12张4.1.3受拉构件的构造要求1.纵向受力钢筋的配置（1）受力钢筋应沿截面周边均匀地对称布置，并宜优先选择直径较小的钢筋。（2）轴心受拉构件及小偏心受拉构件的纵间钢筋不得采用绑扎搭按接头。（3）受拉构件一侧的纵向受力钢筋的最小配筋率不应小于0.2％和中的较大值。（4）轴心受拉构件的受力钢筋在接头时，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1.2ln和300mm。建筑结构第13张2.箍筋轴心受拉构件中应设置箍筋，从而与纵向受力钢筋形成骨架，并固定纵向受力钢筋位置，与纵向钢筋组成钢筋骨架。箍筋一般采用HPB235级钢筋，直径一般为4~8mm，箍筋间距一般不大于200mm。偏心受拉构件设置箍筋除满足上述要求外，还要满足偏心受拉构件斜截断抗剪承载力的要求，其数量、间距和直径应通过斜截面承载力计算确定；箍筋一般应满足受弯构件对箍筋的构造要求。建筑结构第14张4.2轴心受压构件承载力计算1.基本公式

–––稳定系数，反映受压构件

的承载力随长细比增大而

降低的现象。Ac

–––截面面积：当b或d

300mm时当

>0.03时NA

sfcf

yA

sbhAc=A－A

sfc

0.8建筑结构第15张2.截面设计已知材料强度等级、截面尺寸，轴力设计值和柱的计算长度，求截面配筋。此时，可以先由构件的长细比求稳定系数，然后根据式（4.2）求出所需的纵向钢筋的截面面积，即建筑结构第16张3.截面复核已知：柱截面尺寸ｂ和ｈ，材料强度等级，计算长度，纵向钢筋数量等。求：构件受压承载力；或已知轴向力设计值Ｎ，判断柱承载力是否足够。首先求构件的稳定系数，代入式（4.3），求出构件的受压承载力若已知轴向力设计值，则承载力足够；否则承载力不满足要求。建筑结构第17张4.3偏心受压构件承载力计算1.破坏特征偏心受压构件的破坏特征主要与荷载的偏心距及纵向受力钢筋的数量有关。根据偏心距和受力钢筋数量的不同，偏心受压构件的破坏特征分为以下两类：（1）大偏心受压情况——受拉破坏（2）小偏心受压情况——受压破坏建筑结构第18张图4.7大偏心受压破坏形态建筑结构第19张（a）远侧钢筋受拉（b）远侧钢筋受压（c）反向受压图4.8小偏心受压的破坏形态建筑结构第20张2.两类偏心受压破坏的界限当

<

b–––大偏心受压

>

b–––小偏心受压

=

b–––界限破坏状态建筑结构第21张3.附加偏心距由于荷载的不准确性、混凝土的非均匀性及施工偏差等原因，都可能产生附加偏心距。在偏心受压构件的正截面承载力计算中，应考虑轴向压力在偏心方向存在的附加偏心距，其值取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30两者中的较大值。截面的初始偏心距ei等于e0加上附加偏心距ea，即：建筑结构第22张4.偏心距增大系数对于长柱，在计算时应考虑构件侧向挠度引起的二阶弯矩的影响。即考虑偏心距增大系数，其定义为侧向挠度后的偏心距与初始偏心距的比值，即：建筑结构第23张规范采用了的界限状态为依据，然后再加以修正式中：ei

=e0+

eal0

–––柱的计算长度建筑结构第24张

1

–––考虑偏心距的变化对截面曲率的修正系数，

2

–––考虑构件长细比对截面曲率的影响系数，长细比过大，可能发生失稳破坏。当e0

0.3h0时

2=1.15–0.01l0/h1.0当l0/h

15时当构件长细比l0/h

8，即视为短柱。

取=1.0大偏心

1=1.0

2=1.0

建筑结构第25张4.3.2正截面承载力计算公式1.大偏心受压构件

X=0

M=0ef

yA

seifce

AsfyNbAsA

sa

sash0hx建筑结构第26张解得：从最小用钢量原则出发，充分发挥砼的作用，取

=

b式解得：建筑结构第27张若：则As不屈服，对As取矩若：

b<

说明As太小，再求As

且要求As

minbh0若按As

，A's

未知求解fyAseiN<2a

sasfcmbxee

yAsh0–x/2fyAseiN2a

sasa

sfcmbxee

yAsh0–a

s

fyAsN2a

sasfcbxe

yAsh0–a

s

eia

se

建筑结构第28张2.小偏心受压的构建截面计算ef

yA

seibfce

As

sAsA

sa

shNh0xas基本公式：建筑结构第29张4.3.3非对称配筋偏心受压计算1.截面设计（1）偏心受压类别的初步判别当时，为小偏心受压；当时，可先按大偏心受压计算建筑结构第30张（2）大偏心受压构件的配筋计算①

As,A‘s均未知,可取得

建筑结构第31张②受压钢筋As′为已知，求As建筑结构第32张2．截面的承载力复核当构件截面尺寸、配筋面积As及As′，材料强度及计算长度均已知，要求根据给定的轴力设计值N（或偏心距e0）确定构件所能承受的弯矩设计值M（或轴向力N）时，属于截面承载力复核问题。一般情况下，单向偏心受压构件应进行两个平面内的承载力计算，即弯矩作用平面内的承载力计算及垂直于弯矩作用平面内的承载力计算。建筑结构第33张（1）给定轴向力设计值N，求弯矩设计值M或偏心距e0由于截面尺寸、配筋及材料强度均为已知，故可首先按式（4.13）算得界限轴向力。如满足的条件，则为大偏心受压的情况，可按大偏心受压正截面承载能力计算的基本公式求x和e，由求出的和偏心距增大系数，根据公式(4.11)求出偏心距e0，最后求出弯距设计值。如，则为小偏心受压情况，可按小偏心受压正截面承载能力计算的基本公式求x和e，采取与大偏心受压构件同样的步骤求弯距设计值。建筑结构第34张（2）给定偏心距，求轴向力设计值根据e0先求初始偏心距ei。当时，可按大偏心受压情况，取并按已知的求和偏心矩增大系数，再将ei和代入公式(4.11)中求e。求出e后，将给定的截面尺寸、材料强度、配筋面积和e等参数代入基本公式，求解x和N，并验算大偏心受压的条件是否满足。如满足，为大偏心受压，计算的即为截面的设计轴力；若不满足，则按小偏心的情况计算。当时，则属小偏心受压，将已知数据代入小偏心受压基本公式中求解x及N。当求得时，所求得的即为构件的承载力；当时，尚需按式(4.20)求不发生反向压坏的轴向力N，并取较小的值作为构件的正截面承载能力。建筑结构第35张4.4轴心受拉构件的正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受拉构件一般采用对称截面，如正方形、矩形等。开裂以前混凝土与钢筋共同承担拉力；开裂后，开裂截面混凝土退出工作，全部拉力由钢筋负担；最后钢筋达到其屈服强度，构件达到了破坏状态。轴心受拉构件的正截面受拉承载力应按下列公式计算：N

Nu=Asfy

N–––轴向拉力的设计值As–––纵向受拉钢筋截面面积fy–––钢筋抗拉设计强度值建筑结构第36张4.5偏心受拉构件承载力计算大、小偏心受拉构件的本质界限是构件截面上是否存在受压区。由于截面上受压区的存在与否与轴向拉力N作用点的位置有直接关系，所以在实际设计中以轴向拉力N的作用点在钢筋As和A's之间或钢筋As和A's之外，作为判定大小偏心受拉的界限，即：（1）偏心距时，属于小偏心受拉构件；（2）偏心距时，属于大偏心受拉构件。建筑结构第37张建筑结构第38张小偏心受拉公式：式中对称配筋

建筑结构第39张大偏心受拉公式：基本公式适用条件建筑结构第40张本章小结本章主要研究了建筑结构中混凝土构件的纵向受力设计方法，与前面讲述的受构件计算方法组成了混凝土构件的基本设计方法。掌握和了解纵向受力构件的力学性能、破坏特征和计算方法，对深入了解建筑结构的受力特性和设计有十分重要的意义。对于混凝土构件来说，承受与构件轴线相平行的力，即