某賓館客房軸心受壓柱的設(shè)計(jì)

任務(wù)3:某賓館客房軸心受壓柱的設(shè)計(jì)

①任務(wù)背景：某賓館客房建施圖.詳見(jiàn)附圖②任務(wù)成果：目標(biāo)柱設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)和設(shè)計(jì)詳圖。1.讀取與設(shè)計(jì)有關(guān)的關(guān)鍵信息；2.進(jìn)行柱的內(nèi)力分析；3.柱的構(gòu)造初選3.進(jìn)行軸心受壓柱的承載力計(jì)算；7.繪制軸心受壓柱的結(jié)構(gòu)施工詳圖學(xué)習(xí)目標(biāo)：縱向受力構(gòu)件的內(nèi)力

圖4.1（a）所示在縱向荷載F作用下將產(chǎn)生縱向變形Δl和橫向變形Δb。若用假想平面m-m將桿件截開(kāi)（圖4.1（b）），其截面上與外力F平衡的力N就是桿件的內(nèi)力。顯然，該內(nèi)力是沿桿件軸線作用的，因此，我們將軸向拉（壓）桿的內(nèi)力稱為軸力。軸心受力構(gòu)件的內(nèi)力

拉（壓）桿內(nèi)力的概念

圖4.1軸心受壓構(gòu)件受力圖

截面法求軸力的步驟如下:(1)取脫離體用假想的平面去截某一構(gòu)件，例如圖4.1（a）中m-m截面，從而把構(gòu)件分成兩部分，移去其中一部分，保留部分為研究對(duì)象。(2)列平衡方程在脫離體截開(kāi)的截面上給出軸力（假設(shè)為軸向拉力或軸向壓力），例如圖4.1（b）假定軸力N為壓力，利用平衡方程就可以求得軸力N。截面法求軸力

(3)畫(huà)軸力圖應(yīng)用上述原理就可以求得任一橫截面上的軸力值。假定與桿件軸線平行的軸為x軸，其上各點(diǎn)表示桿件橫截面對(duì)應(yīng)位置；另一垂直方向?yàn)閥軸，y坐標(biāo)大小表示對(duì)應(yīng)截面的軸力N，按一定比例繪成的圖形叫軸力圖?！纠?.1】已知矩形截面軸壓柱的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.2（a）所示，其截面尺寸為b×h，柱高H，材料重度為γ，柱頂承受集中荷載F，求各截面的內(nèi)力并繪出軸力圖。【解】（1）取脫離體用假想平面距柱頂x處截開(kāi)，取上部分為脫離體(圖4.2（b）)。柱子自重FW（x）=γbhx，對(duì)應(yīng)截面的軸力為N（x），假定為壓力（箭頭指向截面）。（2）列平衡方程由∑Fx=0得：-N（x）＋FW（x）＋F=0N（x）=FW（x）＋F=γbhx＋F（0≤x≤H）當(dāng)x=0時(shí)，NB=F；當(dāng)x=H時(shí)，NA=F＋γbhH。本題計(jì)算結(jié)果N（x）為正，與圖中標(biāo)注方向一致，所以N（x）為壓力。（3）繪軸力圖繪軸力圖時(shí)，符號(hào)規(guī)定：拉力為正；壓力為負(fù)。軸力方程是x的一元一次方程，所以繪出NA、NB其連線即為該柱軸力圖，如圖4.2所示。本題中若不考慮桿件自重，則軸力N（x）=F，即各截面軸力相等，軸力圖略。圖4.2軸心受壓構(gòu)件圖4.2軸軸心受受壓構(gòu)件鋼筋混凝土土受壓構(gòu)件件鋼筋混凝土土受壓構(gòu)件件分為軸心受壓構(gòu)構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)構(gòu)件，它們?cè)诠すI(yè)及民用用建筑中應(yīng)應(yīng)用十分廣廣泛。軸心受壓柱柱最常見(jiàn)的的形式是配配有縱筋和和一般的橫橫向箍筋，，稱為普通箍筋柱柱。箍筋是構(gòu)構(gòu)造鋼筋，，這種柱破破壞時(shí)，混混凝土處于于單向受壓壓狀態(tài)。當(dāng)柱承受荷荷載較大時(shí)時(shí)，增加截截面尺寸受受到限制時(shí)時(shí)，普通箍箍筋柱又不不能滿足承承載力要求求時(shí)，橫向向箍筋也可可以采用螺螺旋筋或焊焊接環(huán)筋，，這種柱稱稱為螺旋箍筋柱柱。螺旋箍筋是是受力鋼筋筋，這種柱柱破壞時(shí)由由于螺旋箍箍筋的套箍箍作用，使使得核心混混凝土（螺螺旋筋或焊焊接環(huán)筋所所包圍的混混凝土）處處于三向受受壓狀態(tài)，，從而間接接提高柱子子的承載力力。所以螺螺旋箍筋也也稱間接鋼筋筋，螺旋箍箍筋柱也也稱間接箍筋筋柱。螺旋箍箍筋柱常常用的截截面形式式為圓形形或多邊邊形?；炷烈艘瞬捎肅20、、C25、C30或更更高強(qiáng)度度等級(jí)。。鋼筋宜宜用HRB335、HRB400或或RRB400級(jí)。為為了減小小截面尺尺寸，節(jié)節(jié)省鋼材材，宜選選用強(qiáng)度度等級(jí)高高的混凝凝土，而而鋼筋不不宜選用用高強(qiáng)度度等級(jí)的的，其原原因是受受壓鋼筋筋與混凝凝土共同同工作，，鋼筋應(yīng)應(yīng)變受到到混凝土土極限壓壓應(yīng)變的的限制，，而混凝凝土極限限壓應(yīng)變變很小，，所以鋼鋼筋的受受壓強(qiáng)度度不能充充分利用用?！痘旎炷烈?guī)規(guī)范》規(guī)規(guī)定受壓壓鋼筋的的最大抗抗壓強(qiáng)度度為400N/mm2。構(gòu)造要求求材料要求求軸壓柱常常見(jiàn)截面面形式有有正方形、、矩形、、圓形及及多邊形形。矩形截面面尺寸不不宜小于于250mm××250mm。。為了避避免柱長(zhǎng)長(zhǎng)細(xì)比過(guò)過(guò)大，承承載力降降低過(guò)多多，常取取l0/b≤30，l0/h≤25，b、h分分別表示示截面的的短邊和和長(zhǎng)邊，，l0表示柱子子的計(jì)算算長(zhǎng)度，，它與柱柱子兩端端的約束束能力大大小有關(guān)關(guān)。截面形式式及尺寸寸（1）縱筋及箍箍筋構(gòu)造造（見(jiàn)表4.2））（2）縱向鋼筋筋的接頭頭受力鋼筋筋接頭宜宜設(shè)置在在受力較較小處，，多層柱柱一般設(shè)設(shè)在每層層樓面處處。當(dāng)采采用綁扎扎接頭時(shí)時(shí)，將下下層柱縱縱筋伸出出樓面一一定長(zhǎng)度度并與上上層柱縱縱筋搭接接。同一構(gòu)件件相鄰縱縱向受力力鋼筋接接頭位置置宜相互互錯(cuò)開(kāi)，，當(dāng)柱每每側(cè)縱筋筋根數(shù)不不超過(guò)4根時(shí)，，可允許許在同一一綁扎接接頭連接接區(qū)段內(nèi)內(nèi)搭接，，如圖4.9(a)；配筋構(gòu)造造縱筋每邊邊根數(shù)為為5～8根時(shí)，，應(yīng)在兩兩個(gè)綁扎扎接頭連連接區(qū)段段內(nèi)搭接接，如圖4.9(b)；縱筋每邊邊根數(shù)為為9～12根時(shí)時(shí)，應(yīng)在在三個(gè)綁綁扎接頭頭連接區(qū)區(qū)段內(nèi)搭搭接，如圖4.9(c)。當(dāng)上下柱柱截面尺尺寸不同同時(shí)，可可在梁高高范圍內(nèi)內(nèi)將下柱柱的縱筋筋彎折一一斜角，，然后伸伸入上層層柱，如圖4.9(d)，或采用用附加短短筋與上上層柱縱縱筋搭接接，如圖4.9(e)。圖4.9柱柱縱筋接接頭構(gòu)造造對(duì)于粗短短柱，初初偏心對(duì)對(duì)柱子的的承載力力影響不不大，破破壞時(shí)只只產(chǎn)生壓壓縮變形形，其承承載力取取決于構(gòu)構(gòu)件的截截面尺寸寸和材料料強(qiáng)度。。對(duì)于長(zhǎng)長(zhǎng)柱，由由于初偏偏心影響響，破壞壞時(shí)既有有壓縮變變形又有有縱向彎彎曲變形形，導(dǎo)致致偏心距距增大，，產(chǎn)生附附加彎矩矩，降低低構(gòu)件承承載力。。通常將柱柱子長(zhǎng)細(xì)細(xì)比滿足足下列要要求的受受壓構(gòu)件件稱為軸軸心受壓壓短柱，，否則則為軸心心受壓長(zhǎng)長(zhǎng)柱：矩矩形截面面l0/b≤8（b為為截面的的短邊尺尺寸）；；圓形形l0/d≤7（d為為圓形截截面的直直徑）。。鋼筋混凝凝土軸心心受壓構(gòu)構(gòu)件承載載力計(jì)算算試驗(yàn)表明明，對(duì)于于配筋合合適、鋼鋼筋為中中等強(qiáng)度度的短柱柱，在軸軸向壓力力作用下下，整個(gè)個(gè)截面應(yīng)應(yīng)變基本本呈均勻勻分布。。當(dāng)荷載較較小時(shí)，，材料處處于彈性性狀態(tài)，，整個(gè)截截面應(yīng)力力、應(yīng)變變呈均勻勻分布；；隨著荷荷載的增增加，混混凝土非非彈性變變形發(fā)展展，混凝凝土先進(jìn)進(jìn)入彈塑塑性狀態(tài)態(tài)，但由由于混凝凝土的彈彈性模量量小于鋼鋼筋的彈彈性模量量，使得得鋼筋的的應(yīng)力比比混凝土土應(yīng)力大大得多，，即σs=εsEs>σc′=εcEc，但鋼筋筋仍處于于彈性狀狀態(tài)；隨隨著荷載載繼續(xù)增增加，鋼鋼筋達(dá)到到屈服強(qiáng)強(qiáng)度；鋼筋混凝凝土軸心心受壓柱柱的破壞壞特征破壞時(shí)，，混凝土土達(dá)到極極限壓應(yīng)應(yīng)變?chǔ)與u=0.002,而鋼筋筋仍處于于屈服階階段，縱縱筋向外外突出，，構(gòu)件因因混凝土土壓碎而而破壞。。破壞時(shí)，，鋼筋的的最大壓壓應(yīng)力σσs=εsEs=400N/mm2,對(duì)于HPB235、、HRB335、HRB400、RRB400鋼鋼筋能達(dá)達(dá)到屈服服強(qiáng)度，，而對(duì)于于屈服強(qiáng)強(qiáng)度超過(guò)過(guò)400N/mm2的鋼筋，，其抗壓壓強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值只只能取400N/mm2。長(zhǎng)柱的破破壞形式式有兩種種：長(zhǎng)細(xì)比較較大時(shí)，，破壞是是由于壓壓縮變形形和彎曲曲變形過(guò)過(guò)大，導(dǎo)導(dǎo)致材料料強(qiáng)度不不足而破破壞，屬屬于材料料破壞；；長(zhǎng)細(xì)比比很大時(shí)時(shí)，主要要是縱向向彎曲過(guò)過(guò)大，而而導(dǎo)致材材料未達(dá)達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)強(qiáng)度之之前而失失穩(wěn)破壞壞?！痘旎炷烈?guī)規(guī)范》采采用鋼筋筋混凝土土軸壓構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)穩(wěn)定系數(shù)數(shù)來(lái)反映映長(zhǎng)細(xì)比比對(duì)長(zhǎng)柱柱承載力力的影響響（見(jiàn)表表4.3）。鋼筋混凝凝土軸心心受壓柱柱正截面面承載力力計(jì)算公公式為：：N≤Nu=0.9φ（fcA+fy′As′）（4.1）式（4.1）的的適用條條件為0.6%≤ρ′′=As′/A≤≤3%。。當(dāng)ρ′′>3%時(shí)，公公式中的的A用A-As′代替替，但ρρmax不能超過(guò)過(guò)5%。。鋼筋混凝凝土軸心心受壓柱柱正截面面承載力力計(jì)算公公式及適適用條件件（1）截面設(shè)計(jì)計(jì)已知軸向向壓力設(shè)設(shè)計(jì)值N，材料料強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值fy′及fc，構(gòu)件的的計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度l0、截面尺尺寸b××h。求求縱向受受壓鋼筋筋的截面面面積As′。計(jì)算步驟驟如下：：①求穩(wěn)定系系數(shù)φ由l0/b或l0/d查表表4.3。②求As′假設(shè)ρ′′<3%，由式式（4.1）得得：公式的應(yīng)應(yīng)用③驗(yàn)算適用用條件若0.6%≤ρρ′=As′/A≤≤3%，，此時(shí)As′就是所所需的截截面面積積。若計(jì)算結(jié)結(jié)果為3%<ρρ′=As′/A≤≤5%時(shí)時(shí)，則按按下式重重新計(jì)算算As′：④選配鋼筋筋?！纠?.4】某軸心受受壓柱截截面尺寸寸b×h=350mm×350mm，計(jì)算算長(zhǎng)度l0=7000mm，混凝凝土強(qiáng)度度等級(jí)為為C20（fc=9.6N/mm2），鋼筋筋為HRB335級(jí)（（fy′=300N/mm2），若該該柱承受受軸向壓壓力設(shè)計(jì)計(jì)值N=1500kN，求所所需縱向向受壓鋼鋼筋的截截面面積積?！窘狻浚?）求軸心受受壓構(gòu)件件穩(wěn)定系系數(shù)φ由l0/b=7000/350=20>8，查表表4.3得φ=0.75。（2）求As′As′=3487mm2（3）驗(yàn)算適用用條件ρ′=As′/A=2.8%>0.6%，并且且小于3%，與與假設(shè)一一致。選用4ΦΦ25+4Φ22（As′=3484mm2，，誤差小小于5%，可以以），配配筋見(jiàn)圖4.10。（2）截面復(fù)核核已知截面面尺寸b×h，，縱向受受壓鋼筋筋的截面面面積As′，鋼筋筋和混凝凝土的強(qiáng)強(qiáng)度等級(jí)級(jí)，柱子子的計(jì)算算高度l0，作用在在柱子上上的軸向向壓力設(shè)設(shè)計(jì)值N，試驗(yàn)驗(yàn)算柱子子正截面面承載力力是否滿滿足要求求。①計(jì)算柱子子承受的的最大軸軸向壓力力設(shè)計(jì)值值Nu若ρ′=As′/bh≥0.6%，，并且≤≤3%，，Nu=0.9φ（fcA+fy′As′）；若ρ′=As′/bh>3%而ρ′′≤5%，Nu=0.9φ［fc（A-As′）+fy′As′］。②判斷承載載力是否否滿足要要求若N≤Nu，柱柱子正截截面承載載力滿足足要求；；否則，，柱子正正截面承承載力不不滿足要要求?！纠?.5】某軸心受受壓柱截截面尺寸寸b×h=400mm××400mm，，計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度l0=4000mm，混凝凝土C20（fc=9.6N/mm2），鋼筋筋4Φ20（As′=1256mm2，，fy′=300N/mm2），若該該柱承受受軸向壓壓力設(shè)計(jì)計(jì)值N=1650kN，試驗(yàn)驗(yàn)算柱子子正截面面承載力力是否滿滿足要求求?！窘狻浚?）計(jì)算柱子子承受的的最大軸軸向壓力力設(shè)計(jì)值值Nuρ′=As′/A=0.78%＞＞0.6%并且且≤3%，l0/b=4000/400=10，由由表4.3查得得φ=0.98。Nu=0.9φ（fcA+fy′As′）=1711kN（2）判斷承載載力是否否滿足要要求N=1650kN＜Nu=1711kN所以柱子子正截面面承載力力滿足要要求。圖4.10例例4.4圖列表注寫(xiě)寫(xiě)方式，是指在在柱的平平面布置置圖上分分別在同同一編號(hào)號(hào)的柱中中選擇一一個(gè)（或或幾個(gè)））截面標(biāo)標(biāo)注幾何何參數(shù)代代號(hào)，然然后在柱柱表中注注寫(xiě)柱號(hào)號(hào)、柱段段起止標(biāo)標(biāo)高、幾幾何尺