03鋼筋混凝土軸心受力構件正截面承載力計算

1、混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 3 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章第第 3 章章 軸心受力構件正截面承載力軸心受力構件正截面承載力 混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 3 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章本章重點本章重點 了解軸心受拉構件和軸心受壓構件的了解軸心受拉構件和軸心受壓構件的受力全過程；受力全過程； 掌握軸心受拉構件和軸心受壓構件正截掌握軸心受拉構件和軸心受壓構件正截 面承載力的計算方法；面承載力的計算方法； 熟悉軸心受力構件的構造要求。熟悉軸心受力構件的構造要求?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第 3 章主主 頁頁目

2、目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章理想的軸心受力構理想的軸心受力構件在實際工程中其件在實際工程中其實并不存在。實并不存在。(軸壓)軸線nn軸線(軸拉)nn3.1概概 述述框架結構中的柱框架結構中的柱 (columns of frame structure)樁基礎樁基礎 (pile foundation)壓壓壓拉拉ntntntcrntcrntnt3.2.1 受力過程及破壞特征受力過程及破壞特征3.2軸心受拉構件軸心受拉構件 這階段末，混凝土拉應變達到極限拉應變，裂縫即將產生。對于不允許開裂的軸心受拉構件應以此作為抗裂驗算的依據。第階段加載到開裂前3.2.1 受力過程及破壞特征受力過程及破

3、壞特征第階段混凝土開裂后至鋼筋屈服前 構件的正常使用階段，構件的裂縫寬度和變形的驗算是以此階段為依據的。3.2軸心受拉構件軸心受拉構件第iii階段鋼筋屈服到構件破壞 首先鋼筋達到屈服，裂縫迅速發(fā)展，這時荷載稍稍增加，甚至不增加都會導致截面上的鋼筋全部達到屈服（即荷載達到屈服荷載時）。 評判軸心受拉破壞的標準并不是構件拉斷，而是鋼筋屈服。正截面強度計算是以此階段為依據的。ntnt結論三個工作階段：開裂前，線彈性；開裂至鋼筋屈服，裂縫三個工作階段：開裂前，線彈性；開裂至鋼筋屈服，裂縫不斷發(fā)展；鋼筋屈服后，不斷發(fā)展；鋼筋屈服后，nt基本不增加基本不增加首根裂縫出現后還會繼續(xù)出現裂縫，但裂縫增至一定首

4、根裂縫出現后還會繼續(xù)出現裂縫，但裂縫增至一定數量后便不在增加數量后便不在增加極限承載力取決于鋼筋的用量和強度極限承載力取決于鋼筋的用量和強度混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 3 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章3.2.2 建筑工程中的軸拉構件建筑工程中的軸拉構件1. 計算公式計算公式 0x3-1syafn n 拉力的組合設計值；拉力的組合設計值；fy 鋼筋抗拉強度設計值，鋼筋抗拉強度設計值， fy 300 n/mm2 ；as 縱向鋼筋面積?？v向鋼筋面積?；炷两Y構設計原理混凝土結構設計原理第 3 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章2. 構造要

5、求構造要求v 箍筋直徑箍筋直徑 d6mm, 間距間距s 200mm (腹桿中腹桿中 s 150mm)。 v 縱筋應沿截面周邊均勻對稱布置，并宜優(yōu)先縱筋應沿截面周邊均勻對稱布置，并宜優(yōu)先 采用直徑較小的鋼筋。采用直徑較小的鋼筋。 v 軸拉構件不得采用綁扎的搭接接頭。軸拉構件不得采用綁扎的搭接接頭。 v 縱筋一側配筋率縱筋一側配筋率 ，且，且 。 （ 為混凝土軸心抗拉強度設計值）為混凝土軸心抗拉強度設計值）0.2% yt45ff tf混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 3 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章3.3軸心受壓構件軸心受壓構件3.3.1 概述概述實際工程結構中，

6、一實際工程結構中，一般把承受軸向壓力的般把承受軸向壓力的鋼筋混凝土柱按照箍鋼筋混凝土柱按照箍筋的作用及配置方式筋的作用及配置方式分為兩種：分為兩種：普通箍筋柱：普通箍筋柱：配有配有縱向鋼筋和普通箍筋縱向鋼筋和普通箍筋的柱的柱螺旋箍筋柱：螺旋箍筋柱：配有配有縱向鋼筋和螺旋箍筋縱向鋼筋和螺旋箍筋的柱的柱混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 3 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章3.3.2 配有普通箍筋的軸心受壓構件配有普通箍筋的軸心受壓構件短柱（短柱（short columns）是如何形成）是如何形成 的？的？ 我們通常將柱的截面尺寸與柱長之比較小的柱，稱為我們通常將柱的截

7、面尺寸與柱長之比較小的柱，稱為短柱短柱。在實。在實際結構中，帶窗間墻的柱、高層建筑地下車庫的柱子，以及樓梯際結構中，帶窗間墻的柱、高層建筑地下車庫的柱子，以及樓梯間處的柱都容易形成短柱。間處的柱都容易形成短柱。 窗間墻的短柱窗間墻的短柱 由各種偶然因素造成初始偏心距和附加彎矩，但很小，可略由各種偶然因素造成初始偏心距和附加彎矩，但很小，可略去。去。在軸向壓力的作用下，整個截面上的應力、應變基本上是在軸向壓力的作用下，整個截面上的應力、應變基本上是均勻分布的。均勻分布的。 如圖所示：如圖所示：ncss極限破壞狀態(tài)時截面的應力分析極限破壞狀態(tài)時截面的應力分析:混凝土 混凝土達到極限壓應變，被壓碎，

8、混凝土達到極限壓應變，被壓碎， =0.002鋼筋2/4002/002. 0310200mmnmmnsses當采用當采用 的一般鋼筋時的一般鋼筋時，鋼筋首先屈服，鋼筋首先屈服，最后，混凝土達到極限壓應變，構件破壞，鋼筋抗拉最后，混凝土達到極限壓應變，構件破壞，鋼筋抗拉強度和混凝土抗壓強度都能得到充分利用；強度和混凝土抗壓強度都能得到充分利用；當采用當采用 的高強鋼筋時的高強鋼筋時，則縱筋不屈服，則縱筋不屈服mpayf400mpayf400當混凝土應變達到極限壓應變時，受壓縱筋強度約為：當混凝土應變達到極限壓應變時，受壓縱筋強度約為：什么是長柱（什么是長柱（slender columns） 我們通

9、常將截面尺寸與柱長之比較大的柱定義為我們通常將截面尺寸與柱長之比較大的柱定義為長柱。長柱。在實在實際結構中，一般的框架柱、門廳柱等都屬于長柱。軸心受壓長柱際結構中，一般的框架柱、門廳柱等都屬于長柱。軸心受壓長柱與短柱的主要受力區(qū)別在于：由于偏心所產生的附加彎矩和失穩(wěn)與短柱的主要受力區(qū)別在于：由于偏心所產生的附加彎矩和失穩(wěn)破壞在長柱計算中必須考慮。破壞在長柱計算中必須考慮。 軸心受壓長柱的破壞過程軸心受壓長柱的破壞過程n 由于初始偏心距的存在，構件受荷后產生附由于初始偏心距的存在，構件受荷后產生附加彎矩，伴之發(fā)生橫向撓度。加彎矩，伴之發(fā)生橫向撓度。n 構件破壞時，首先在靠近凹邊出現大致平行構件破

10、壞時，首先在靠近凹邊出現大致平行于縱軸方向的縱向裂縫，同時在凸邊出現水平于縱軸方向的縱向裂縫，同時在凸邊出現水平的橫向裂縫，隨后受壓區(qū)混凝土被壓潰，縱筋的橫向裂縫，隨后受壓區(qū)混凝土被壓潰，縱筋向外鼓出，橫向撓度迅速發(fā)展，構件失去平衡，向外鼓出，橫向撓度迅速發(fā)展，構件失去平衡，最后將凸邊的混凝土拉斷。最后將凸邊的混凝土拉斷。n 試驗表明，長柱的破壞荷載低于其他條件相試驗表明，長柱的破壞荷載低于其他條件相同的短柱破壞荷載，長細比越大，各種偶然因同的短柱破壞荷載，長細比越大，各種偶然因素造成的初始偏心距將越大，產生的附加彎矩素造成的初始偏心距將越大，產生的附加彎矩 和相應的側向撓度也越大，承載能力降

11、低越多。和相應的側向撓度也越大，承載能力降低越多。對于長細比很大的細長柱，還可能發(fā)生失對于長細比很大的細長柱，還可能發(fā)生失 穩(wěn)破穩(wěn)破壞現象。壞現象?；炷两Y構設計規(guī)范混凝土結構設計規(guī)范采用穩(wěn)定系采用穩(wěn)定系數來表示長柱承載力的降低程度。數來表示長柱承載力的降低程度。 混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 3 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章2. 建筑工程配有普通箍筋的軸壓構件計算建筑工程配有普通箍筋的軸壓構件計算3-3)(9 . 0afafncsy 穩(wěn)定系數；穩(wěn)定系數； 鋼筋抗壓強度設計值；鋼筋抗壓強度設計值；yf 混凝土軸心抗壓強度設計值；混凝土軸心抗壓強度設計值；c

12、f當現澆鋼筋混凝土軸壓構件截面長邊或直徑小于300mm時，混凝土強度設計值應乘以系數0.8。 全部縱向受壓鋼筋面積；全部縱向受壓鋼筋面積；saa 構件截面面積，當縱向鋼筋配筋率大于構件截面面積，當縱向鋼筋配筋率大于scaaa0.03時，時，a采用采用 ； 為了保持與偏心受壓構件正截面承載為了保持與偏心受壓構件正截面承載力計算力計算9 . 0具有相近的可靠度而引進的系數。具有相近的可靠度而引進的系數。 材料強度等級材料強度等級 ：為了減小柱截面尺寸，節(jié)省鋼材，宜采用較高強度等為了減小柱截面尺寸，節(jié)省鋼材，宜采用較高強度等 級的混凝土，一般采用級的混凝土，一般采用c20c40強度等級混凝土；對強度

13、等級混凝土；對 于高層建筑的底層柱，心要時可采用于高層建筑的底層柱，心要時可采用c50以上以上的高強的高強 度度 混凝土。混凝土。：縱向受力鋼筋縱向受力鋼筋一般采用一般采用hrb400級、級、hrb335級和級和 rrb400級，不宜采用高強度鋼筋。級，不宜采用高強度鋼筋。 箍筋箍筋一般采用一般采用hpb235級、級、hrb335級鋼筋，也可采用級鋼筋，也可采用 hrb400級鋼筋。級鋼筋。受壓構件的一般構造受壓構件的一般構造 截面形式及尺寸截面形式及尺寸 ： 軸心受壓：軸心受壓：正方形或邊長接近的矩形、圓形、多邊形正方形或邊長接近的矩形、圓形、多邊形：宜同時滿足以下四個條件宜同時滿足以下四個

14、條件;250250mmmm 根據經濟配筋率（根據經濟配筋率（0.8%2%)選擇合適的截面尺寸；選擇合適的截面尺寸； 截面尺寸宜符合模數：截面尺寸宜符合模數：800mm以下宜取以下宜取50mm的倍數；的倍數；800mm 以上者可取以上者可取100mm的倍數。的倍數。長細比一般取長細比一般取15左右，不宜大于左右，不宜大于30 ：宜較粗，宜較粗，不宜小于不宜小于12mm，通常在，通常在1232mm范圍內選用。范圍內選用。 ：沿截面周邊均勻對稱布置，要成雙配置沿截面周邊均勻對稱布置，要成雙配置。矩形矩形截面的截面的 鋼筋根數鋼筋根數不應不應少于少于4根，根，圓形圓形截面的鋼筋根數截面的鋼筋根數不宜不

15、宜少少 于于8根，根，不應不應小于小于6根。根。 縱向受力鋼筋縱向受力鋼筋 ：鋼筋凈距鋼筋凈距不應小于不應小于50mm鋼筋中距鋼筋中距不不應大于應大于300mm或或200mm（抗震地區(qū)）（抗震地區(qū)）：v 箍筋：封閉式箍筋：封閉式 d6mm , d縱縱 /4； s400mm , 15d縱縱 。 （每邊（每邊4 4根）根） （每邊多于（每邊多于4 4根）根） （每邊（每邊3 3根）根） （每邊多于（每邊多于3 3根）根）混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理第 3 章主主 頁頁目目 錄錄上一章上一章幫幫 助助下一章下一章3.3.3 配有螺旋箍筋的軸心受壓構件配有螺旋箍筋的軸心受壓構件1. 受力分析及

16、破壞特征受力分析及破壞特征第四章 軸心受力構件4.2 軸心受壓構件的承載力計算混凝土圓柱體三向受壓狀態(tài)的縱向抗壓強度混凝土圓柱體三向受壓狀態(tài)的縱向抗壓強度214cf第四章 軸心受力構件4.2 軸心受壓構件的承載力計算2 fyass1 fyass12sdcors(a)(b)(c)第四章 軸心受力構件4.2 軸心受壓構件的承載力計算2 fyass1 fyass12sdcors(a)(b)(c)122ssycorafsdcorssydsaf122corssycdsaff118達到極限狀態(tài)時（保護層已剝落，不考慮）達到極限狀態(tài)時（保護層已剝落，不考慮）sycoruafan1corcorssysycor

17、cadsafafaf18214cf第四章 軸心受力構件4.2 軸心受壓構件的承載力計算2 fyass1 fyass12sdcors(a)(b)(c)01sssscorasadsadasscorss1002ssysycorcuafafafnsycoruafan1corcorssysycorcadsafafaf18達到極限狀態(tài)時（保護層已剝落，不考慮）達到極限狀態(tài)時（保護層已剝落，不考慮）214cf第四章 軸心受力構件4.2 軸心受壓構件的承載力計算2 fyass1 fyass12sdcors(a)(b)(c)01sssscorasadsadasscorss1002ssysycorcuafafaf

18、n)2(9 . 00ssysycorcuafafafnn間接鋼筋對混凝土約束的折減系數間接鋼筋對混凝土約束的折減系數 ，當，當fcu,k50n/mm2時，取時，取 = 1.0；當；當fcu,k=80n/mm2時，取時，取 =0.85，其間直線插值。，其間直線插值。第四章 軸心受力構件4.2 軸心受壓構件的承載力計算采用螺旋箍筋可有效提高柱的軸心受壓承載力。采用螺旋箍筋可有效提高柱的軸心受壓承載力。如螺旋箍筋配置過多，極限承載力提高過大，則會在遠未如螺旋箍筋配置過多，極限承載力提高過大，則會在遠未達到極限承載力之前保護層產生剝落，從而影響正常使用。達到極限承載力之前保護層產生剝落，從而影響正常使用。 規(guī)范規(guī)范規(guī)定，規(guī)定， 按螺旋箍筋計算的承載力不應大于按普通箍筋柱受壓承載按螺旋箍筋計算的承載力不應大于按普通箍筋柱受壓承載力的力的50%。對長細比過大柱，由于縱向彎曲變形較大，截面不是全部對長細比過大柱，由于縱向彎曲變形較大，截面不是全部受壓，螺旋箍筋的約束作