《建筑结构》钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算.pptVIP

混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 轴心受力构件正截面承载力 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 结构有构件组成 轴心受力构件 N 偏心受力构件 M N 受弯构件 M V受扭构件 T M V力学 进行结构的内力分析得到构件截面上的作用效应 结构设计的目标 安全可靠 经济适用 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 钢筋混凝土构件的研究思路 对构件进行试验研究 明确构件在各个阶段的受力特征 找出构件的受力规律 按构件的功能确定极限状态 根据极限状态的受力特征 建立结构的计算模型 考虑结构的可靠度建立基本计算公式 并列出公式适用条件 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 本章重点 了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程 掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截面承载力的计算方法 熟悉轴心受力构件的构造要求 图中杆件分别收到什么力作用 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 理想的轴心受力构件不存在 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 纵筋 纵筋 箍筋 N N 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 4 2 1受力过程及破坏特征 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 4 2 1受力过程及破坏特征 建筑结构 第四章 主页 目录 上一章 帮助 下一章 构件从开始受力到破坏的全过程 第一阶段 混凝土开裂前 建筑结构 第四章 建筑结构 第四章 第二阶段 混凝土开裂后 第三阶段 破坏阶段当钢筋应力达到抗拉屈服强度fy时 裂缝开展很大 可认为构件达到了破坏状态 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 4 2 2建筑工程中的轴拉构件 1 计算公式 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 2 构造要求 箍筋直径d 6mm 间距s 200mm 腹杆中s 150mm 纵筋应沿截面周边均匀对称布置 并宜优先采用直径较小的钢筋 不得采用绑扎的搭接接头 纵筋配筋率 且 为混凝土轴心抗拉强度设计值 混凝土结构基本原理 第四章 主页 目录 上一章 帮助 下一章 例3 1 GB50010 某钢筋混凝土屋架下弦 其节间最大轴心拉力设计值N 200kN 截面尺寸b h 150mm 150mm 混凝土强度等级C30 钢筋用HRB335级钢筋 试求由正截面抗拉承载力确定的纵筋数量As 混凝土结构基本原理 第四章 主页 目录 上一章 帮助 下一章 例3 1 GB50010 某钢筋混凝土屋架下弦 其节间最大轴心拉力设计值N 200kN 截面尺寸b h 150mm 150mm 混凝土强度等级C30 钢筋用HRB335级钢筋 试求由正截面抗拉承载力确定的纵筋数量As 解 由参考资料附表3查得HRB335级钢筋fy 300N mm2 代入公式 3 1 N fyAs得选用416 As 804mm2 且 例题3 2 某钢筋混凝土屋架下弦杆 截面尺寸为200mm 160mm 配置4 16HRB335级钢筋 混凝土强度等级为C40 承受轴心拉力设计值为N 240kN 结构重要性系数为1 0 问此构件正截面承载力是否合格 解 1 查表得fy 300N mm2 As 804mm2 ft 1 71N mm2 2 最小配筋率验算45ft fy 45 1 71 300 0 26 0 2 As bh 402 200 160 1 26 0 26 钢筋面积为一侧的 满足最小配筋率要求 例题3 2 某钢筋混凝土屋架下弦杆 截面尺寸为200mm 160mm 配置4 16HRB335级钢筋 混凝土强度等级为C40 承受轴心拉力设计值为N 240kN 结构重要性系数为1 0 问此构件正截面承载力是否合格 解 1 查表得fy 300N mm2 As 804mm2 ft 1 71MPa 2 最小配筋率验算45ft fy 45 1 71 300 0 26 0 2 As bh 402 200 160 1 26 0 26 钢筋面积为一侧的 满足最小配筋率要求 3 正截面承载力验算Nu fyAs 300 804 10 3 241 2kN 0N 240kN合格 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 例 已知一普通杆件截面尺寸b h 200mm 250mm 恒荷标准值产生的轴心拉力Ngk 185KN 活荷载标准值产生的轴心拉力Nqk 70KN 结构重要性系数r0 1 1 构件环境类别以内 混凝土强度等级C30 钢筋类别HRB335 试计算纵向受力钢筋截面面积 并选择钢筋 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 例 已知一普通杆件截面尺寸b h 200mm 250mm 恒荷标准值产生的轴心拉力Ngk 185KN 活荷载标准值产生的轴心拉力Nqk 70KN 结构重要性系数r0 1 1 构件环境类别以内 混凝土强度等级C30 钢筋类别HRB335 试计算纵向受力钢筋截面面积 并选择钢筋 1 计算轴向拉力N由永久荷载控制时 N 1 35 185 1 4 1 0 7 70 318 35KN由可变荷载控制时 N 1 2 185 1 4 1 70 320KN 所以 选N 320KN r0N 1 1 320 352KN 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 查表可得HPB335级钢筋 fy 300N mm2C30混凝土强度等级 ft 1 43N mm2 由于 所以 r0N Nu fyAs 得 钢筋截面面积As 352000 300 1173 33 因为 1173 33 107 25 所以 此构件截面面积取As 1173 33 详附表1 选用4B20 Max 0 2 45ft fy 200 250 107 25 混凝土结构基本原理 第四章 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 混凝土结构基本原理 工业和民用建筑中的单层厂房和多层框架柱 偏心受压构件 拱和屋架上弦杆 及水塔 烟囱的筒壁等属于偏心受压构件 偏心受压构件 6轴心受压构件的受力性能 1 轴心受压构件的受力性能 矩形截面轴心受压短柱 a 应力分析 a 纵向钢筋与混凝土共同受压 b 压应变沿构件长度上基本上呈均匀分布 c 当N 时 弹性工作阶段 d N 进入塑性阶段 e N 薄弱区出现微细裂缝 裂缝延伸与发展 f 达到极限荷载时 裂缝发展为较宽的纵向裂缝 外层混凝土剥落 核心混凝土压碎 6轴心受压构件的受力性能 b 破坏特征 a 柱四周出现明显的纵向裂缝 箍筋间的纵筋发生压屈向外凸出 混凝土被压碎而整个柱破坏 b 钢筋的压应变在 0 0025 0 0035 之间 一般中等强度的钢筋均能达到屈服 计算时 以构件的压应变等于0 002为控制条件 6轴心受压构件的受力性能 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算1 轴心受压构件的受力性能BehaviorofAxialCompressiveMember c 承载能力计算公式 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 4 3 1概述 普通箍筋柱 螺旋箍或焊接环箍柱 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 普通箍筋柱 螺旋箍或焊接环箍 轴心受压构件的配筋方式有两种 普通钢箍柱 和 螺旋钢箍柱 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 1 普通钢箍柱 配有纵筋和一般箍筋 截面多为矩形 纵筋对称布置 沿柱高设普通箍筋 构件主要承载力由砼提供 2 螺旋钢箍柱 焊环柱 配有纵筋和螺旋箍筋 纵筋沿周边均匀对称布置 箍筋的形状为圆形 且间距较密 柱截面多为圆形和多边形 承载力高 延性好 箍筋的作用 纵筋的作用 混凝土结构基本原理 3 箍筋的作用 与纵筋共同形成钢筋骨架 约束纵筋 防止纵筋的侧向压曲 改善混凝土的脆性破坏性质 4 纵筋的作用 协助混凝土受压 可减小构件截面尺寸 承担可能存在的弯矩作用 减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响 实验表明 收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝土向钢筋转移 从而使钢筋压应力不断增长 压应力的增长幅度随配筋率的减小而增大 如果不给配筋率规定一个下限 钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准 混凝土结构基本原理 普通箍筋 混凝土结构基本原理 螺旋箍筋 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 4 3 2配有普通箍筋的轴心受压构件 1 受力分析及破坏特征 短柱 混凝土压碎 钢筋压屈 长柱 构件压屈 l0 i 28 l0为柱计算长度 i为回转半径 矩形截面柱 l0 b 8 混凝土结构基本原理 第四章 主页 目录 上一章 帮助 下一章 长 短柱的划分 轴心受压柱可分为短柱和长柱两类 当柱子的长细比满足以下要求是可认为是短柱 否则为长柱 短柱 l0 b 8l0 构件计算长度 规范 7 3 1b 矩形截面短边 l0 d 7d 圆形截面直径 l0 i 28i 截面的最小回转半径 短柱的极限承载力取决于构件的横截面和材料强度 长柱在荷载作用下会产生侧向变形 柱的极限承载能力将受此侧向变形所产生的附加弯矩影响而降低 混凝土结构基本原理 第四章 混凝土结构基本原理 第四章 破坏特征 破坏时 柱身出现竖向平行裂缝 砼保护层脱落 箍筋间的纵筋被压曲向外鼓出 砼被压碎 6轴心受压构件的受力性能 矩形截面轴心受压长柱 长细比的定义 a 长短柱的判别 a 矩形截面柱 l0 b 8 b 圆形截面柱 l0 d 7 c 任意截面柱 l0 i 28 属于短柱 否则属于长柱 实验研究 当长细比较大时 在初期侧向挠度与轴力成比例增长 当压力达到破坏压力的60 70 时 挠度增长的速度加快 最终在N M的作用下破坏 b 破坏形式 轴心受压长柱不可避免地存在偏心 因而 实际上轴心受压长柱是在N M Ny 附加弯矩 共同作用下工作 会引起侧向的附加挠度 从而加大了原始偏心距 其承载力将比同条件下的短柱要低 规范采用稳定系数来表示承载力降低的程度 6轴心受压构件的受力性能 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 混凝土结构基本原理 第四章 6轴心受压构件的受力性能 c 稳定系数 符号 它主要与构件的长细比 有关 d 构件的计算长度 l0 a 两端铰支承时 l0 l b 一端铰支承 一端固定时 l0 0 7l c 两端固定时 l0 0 5l d 一端自由 一端固定时 l0 2l构件的计算长度与支撑情况有关 规范规定用下列方法来确定 1 刚性屋盖单层排架柱 露天吊车柱和栈桥柱按表7 2确定 6轴心受压构件的受力性能 2 对一般多层房屋的框架柱 梁柱为刚接的各层柱段 按下列方法确定 现浇楼盖 底层柱段 l0 1 0H其余各层柱段 l0 1 25H装配式楼盖 底层柱段 l0 1 25H其余各层柱段 l0 1 5H对底层柱为从基础顶面到一层楼面的高度 对其余各层柱为上下两层楼盖顶面之间的高度 6轴心受压构件的受力性能 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 2 建筑工程配有普通箍筋的轴压构件计算 j 稳定系数 钢筋抗压强度设计值 混凝土轴心抗压强度设计值 当现浇钢筋混凝土轴压构件截面长边或直径小于300mm时 混凝土强度设计值应乘以系数0 8 全部纵向受压钢筋面积 混凝土结构基本原理 第四章 正截面承载力计算 1 基本公式的建立 折减系数0 9是考虑初始偏心的影响 以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性 当 时 A用An A AS 代替 查稳定系数时 当受压构件两个方向的支承约束情况不同时 一律按最小值确定 第六章受压构件 受压构件的一般应用和基本构造要求 1 材料强度等级混凝土的强度等级一般采用C30 C50 但对于多层和高层建筑 其底层柱必要时可采用更高的混凝土强度等级 必要时可以采用强度等级更高的混凝土 钢筋的强度一般采用HRB335级 HRB400级和RRB400级 箍筋一般采用HPB300级 HRB335级钢筋 也可采用HRB400级钢筋 2 截面形式及尺寸截面形式 1 原则 a 受力合理 b 模板制作方便 2 轴心受压构件 a 正方形 b 边长接近的矩形 c 圆形 d 多边形 3 偏心受压构件 a 矩形b 形 第六章受压构件 6 1轴心受压构件的承载力计算 截面尺寸圆形柱的直径一般不宜小于350mm 直径在600mm以下时 宜取50mm的倍数 直径在600mm以上时 宜取100mm的倍数 方形柱的截面尺寸一般不宜小于250mm 250mm 矩形截面柱截面尺寸宜满足l0 b 30 l0 h 25 l0 d 25 当截面尺寸在800mm以下时 取50mm的倍数 在800mm以上时 取100mm的倍数 I形截面要求翼缘厚度不宜小于120mm 腹板厚度不宜小于100mm 3 纵向钢筋纵向受力钢筋的作用与混凝土共同承担由外荷载引起的内力 防止构件发生突然断裂 直径d不宜小于12mm 一般在12 32mm 第六章受压构件 6 1轴心受压构件的承载力计算 矩形截面中不得少于4根 圆形截面中不宜少于8根 并不应少于6根 当矩形截面偏心受压构件的截面高度h 600mm时 为防止构件因混凝土收缩和温度变化产生裂缝 应沿长边设置直径为10mm 16mm的纵向构造钢筋 且间距不应超过500mm 并相应地配置复合箍筋或拉筋 为便于浇筑混凝土 纵向钢筋的净间距不应小于50mm 对水平放置浇筑的预制受压构件 其纵向钢筋的间距要求与梁相同 偏心受压构件中 垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋以及轴心受压构件中各边的纵向受力钢筋中距不宜大于300mm 并不应大于350mm 混凝土结构基本原理 第四章 普通箍筋柱承载力公式运用 1 截面设计 A s 步骤 1 预选截面和材料 2 查表求稳定系数 3 计算钢筋面积 4 选配钢筋并满足构造 也可以假定 改求截面尺寸 2 截面复核 g0Nd Nu 步骤 1 检查构造 2 查表求稳定系数 3 代入公式验算 混凝土结构基本原理 第四章 6轴心受压构件的受力性能 基本公式的应用 截面设计 求As 混凝土结构基本原理 第四章 截面复核 Y N 安全 不安全 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 例3 3某轴心受压柱 轴力设计值 计算长度为 混凝土C25 纵筋采用HRB400级钢筋 环境类别为一类 试求柱截面尺寸 并配置受力钢筋 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 例3 3某轴心受压柱 轴力设计值 计算长度为 混凝土C25 纵筋采用HRB400级钢筋 环境类别为一类 试求柱截面尺寸 并配置受力钢筋 解 初步估算截面尺寸 由附表1 2查的C25混凝土的 由附表2 3查的 HRB400钢筋的 取由式 3 3 可得若采用方柱 取 查表3 1 得 由式 3 3 可求得 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 选配816 规范规定 受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率百分率为0 6 当采用HRB400级钢筋配筋时可减少0 1 即为0 5 因此配筋合适 混凝土结构基本原理 第四章 例3 4某多层现浇框架结构房屋 底层中间柱按轴心受压构件计算 该柱以承受恒荷载为主 安全等级为二级 轴力设计值N 3200N 从基础顶面到一楼楼盖顶面高度H 5 6m 混凝土C30 纵筋采用HRB400级钢筋 试求柱截面尺寸 及纵筋面积 例3 5 某多层房屋的钢筋混凝土框架底层中间柱 按轴心受压构件设计 该柱以承受恒载为主 安全等级为二级 轴向力设计值N 2400kN 柱高H 6 5m 该柱一端固定 一端为不动铰接 混凝土等级为C30 纵筋用HRB335级钢筋 求方柱截面尺寸及纵向钢筋 例3 5 某多层房屋的钢筋混凝土框架底层中间柱 按轴心受压构件设计 该柱以承受恒载为主 安全等级为二级 轴向力设计值N 2400kN 柱高H 6 5m 该柱一端固定 一端为不动铰接 混凝土等级为C30 纵筋用HRB335级钢筋 求方柱截面尺寸及纵向钢筋 解 1 初步估算截面尺寸安全等级为二级 0 1 0 设 0 01 1 0 则 正方形载面的边长 取 2 计算配筋 查表4 1得 0 959 故 纵筋选用8B18 A s 2036mm2 箍筋采用A6 250 验算 应按实际配筋 3 配筋率验算 单侧配筋 总配筋 钢筋面积应查表 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 箍筋 封闭式d 6mm d纵 4 s 400mm 15d纵 每边4根 每边多于4根 每边3根 每边多于3根 3 3 3配有螺旋箍筋的轴心受压构件 1 受力分析及破坏特征 保护层剥落 螺旋箍筋对混凝土变形产生约束 使其承载力提高 混凝土结构基本原理 第四章 普通箍筋与螺旋箍筋对比 普通箍筋柱的破坏属于脆性破坏 与普通箍筋柱相比 螺旋钢箍柱最大的优点在于提高了破坏时的延性 属于塑性破坏 延性破坏 一般也能提高承载能力 混凝土结构基本原理 第四章 延性的作用和意义 结构破坏有显著预兆 不至于突然破坏 对超静定结构 延性可使结构内力重分布 提高结构的柔性和充分利用材料的强度 增加结构的可靠性 以塑性变形能 吸收地震等输入能量减小地震等偶然作用下的动力作用效应 能更好地应对偶然作用 不均匀沉降等状况 配有螺旋筋柱的受力分析1 配筋形式 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 规范从提高安全度考虑 采用下式设计 间接钢筋的强度 构件的核心截面面积 单根间接钢筋的截面面积 间接钢筋的间距 间接钢筋对混凝土约束的折减系数 C50时 C80时期间线性内插法确定 间接钢筋的换算面积 3 9 计算公式及适用条件 下列情况按普通箍筋柱计算 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 构造要求 间接钢筋的换算截面面积Asso应大于纵向钢筋全部截面面积的25 按式 9 算得的承载力应大于按式 3 算得的承载力 但不应超过其1 5倍 l0 d 12 当遇到上述任意一种情况不满足要求时 不应计入间接钢筋的影响 而应按式3 3进行计算 6 1轴心受压构件的承载力计算 如螺旋箍筋配置过多 极限承载力提高过大 则会在远未达到极限承载力之前保护层产生剥落 从而影响正常使用 规范 规定 按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的50 对长细比过大柱 由于纵向弯曲变形较大 截面不是全部受压 螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥 规范 规定 螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距s有关 为保证有一定约束效果 规范 规定 螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋A s面积的25 螺旋箍筋的间距s不应大于0 2dcor 且不大于80mm 同时为方便施工 s也不应小于40mm 混凝土结构基本原理 第四章 螺旋箍筋轴压构件构造措施 按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的50 如螺旋箍筋配置过多 极限承载力提高过大 则会在远未达到极限承载力之前保护层产生剥落 从而影响正常使用 混凝土结构基本原理 第四章 螺旋箍筋轴压构件构造措施 对长细比l0 d 12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用 对长细比过大柱 由于纵向弯曲变形较大 截面不是全部受压 螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥 混凝土结构基本原理 第四章 螺旋箍筋轴压构件构造措施 螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋A s面积的25 螺旋箍筋的间距S不应大于dcor 5 且不大于80mm 也不应小于40mm 螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距s等有关 为保证有一定约束效果 必须有限制 混凝土结构基本原理 第四章 螺旋箍筋轴压构件构造措施 按螺旋箍筋柱计算的承载力小于按普通箍筋柱的则承载力取后者 如果截面较小 螺旋箍筋较少可能就会出现这种情况 此时虽然承载力按普通的计算 但构件的变形能力还是较强 6 1轴心受压构件的承载力计算 计算程序 配置普通箍筋计算配筋率 配筋率是否过大 5 Y N 按配置普通箍筋配置柱中钢筋 计算dcor Acor 假定一个配筋率 计算As 计算Asso 假定螺旋箍筋直径 计算螺旋箍筋面积 计算螺旋箍筋间距 并判断是否满足构造要求 检验保护层是否过早脱落 与按普通配箍计算的承载力的1 5倍比较 判断长细比 例题3 5 已知圆形截面轴心受压柱 直径d 400mm 柱高3m 两端固结 采用C25混凝土 沿周围均匀布置6根直径16mm的HRB335纵向钢筋 箍筋采用HRB335 直径为10mm 其形状为螺旋形 间距为s 200mm 纵筋至截面边缘的混凝土保护层厚度为c 30mm 求 柱能承受的最大轴力设计值 例题3 5 已知圆形截面轴心受压柱 直径d 400mm 柱高3m 两端固结 采用C25混凝土 沿周围均匀布置6根直径16mm的HRB335纵向钢筋 箍筋采用HRB335 直径为10mm 其形状为螺旋形 间距为s 200mm 纵筋至截面边缘的混凝土保护层厚度为c 30mm 求 柱能承受的最大轴力设计值 解 构件截面面积 构件计算长度 取 1 因s 200mm 80mm 不能考虑螺旋箍筋的作用 按普通箍筋柱计算 续解 用A还是Ac 混凝土结构基本原理 第四章 习题 某建筑门厅现浇的圆形钢筋混凝土柱直径为400mm 承受轴向压力设计值N 3500KN 从基础顶面到一层楼盖顶面的距离H 4 2m 混凝土强度等级为C30 柱中纵向钢筋及箍筋均采用HRB400级钢筋 采用螺旋箍筋配筋形式 试设计该柱配筋 混凝土结构基本原理 第四章 混凝土结构基本原理 第四章 混凝土结构基本原理 第四章 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 例3 6 某多层框架结构 框架按无侧移结构考虑 底层门厅为圆形截面 直径d 500mm 按轴心受压柱设计 轴向力设计值N 3900kN 计算长度 混凝土强度等级C30 纵向钢筋采用HRB400 螺旋箍筋采用 R 335 环境类别为一类 试求柱配筋 混凝土结构基本原理 主页 目录 上一章 帮助 下一章 例3 6 某多层框架结构 框架按无侧移结构考虑 底层门厅为圆形截面 直径d 500mm 按轴心受压柱设计 轴向力设计值N 3900kN 计算长度 混凝土强度等级C30 纵向钢筋采用HRB4