建筑结构电子教案四.ppt

0绪论1建筑结构计算基本原则2建筑结构材料3钢筋混凝土受弯构件4钢筋混凝土纵向受力构件5钢筋混凝土受扭构件6预应力混凝土构件7钢筋混凝土楼屋盖 钢筋混凝土结构ReinforcedConcreteStructure 4 0概述 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 根据受力的方向是指向截面 还是离开截面 可分为纵向受压构件和纵向受拉构件 根据力的作用线与截面轴线的位置关系 可分为轴心受力构件和偏心受力构件 其中 偏心受力构件 又可以分为单向偏心和双向偏心 4 1受压构件构造要求 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 材料强度 混凝土规范 规定受压钢筋的最大抗压强度为400N mm2 混凝土 一般柱中采用C25及以上等级 对于高层建筑的底层柱可采用更高强度等级的混凝土 例如采用C40或以上 纵向钢筋 一般采用HRB400和HRB335级热轧钢筋 截面型式及尺寸要求 截面形状 正方形 矩形 圆形 环形 轴心受压柱以方形为主 偏心受压柱以矩形为主 4 1受压构件构造要求 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 截面型式及尺寸要求 截面尺寸 一般应符合 l0 h 25以及l0 b 30 方形与矩形截面的尺寸不宜小于250mm 250mm 柱截面边长在800mm以下者 宜取50mm的倍数 在800mm以上者 取为100mm的倍数 4 1受压构件构造要求 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 配筋构造 1 纵向受力钢筋 作用 一协助混凝土承受压力 以减小构件尺寸 二承受可能的弯矩 以及混凝土收缩和温度变形引起的拉应力 三防止构件突然的脆性破坏 4 1受压构件构造要求 纵筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 布置方式 1 纵向受力钢筋 轴心受压柱的纵向受力钢筋应沿截面四周均匀对称布置 偏心受压柱的纵向受力钢筋放置在弯矩作用方向的两对边 圆柱中纵向受力钢筋宜沿周边均匀布置 4 1受压构件构造要求 纵筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 纵筋直径与根数 直径d不宜小于12mm 通常采用12 32mm 一般宜采用根数较少 直径较粗的钢筋 以保证骨架的刚度 方形和矩形截面柱中纵向受力钢筋不少于 根 圆柱中不宜少于8根且不应少于6根 纵向受力钢筋的净 50mm 中距 300mm 1 纵向受力钢筋 4 1受压构件构造要求 纵筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 纵筋的配筋率 钢筋混凝土结构构件中纵向受力钢筋的最小配筋率 受压钢筋的配筋率一般不超过3 通常在0 5 2 之间 偏心受压构件纵筋的配筋方式 对称配筋 在柱的弯矩作用方向的两对边对称布置相同的纵向受力钢筋 非对称配筋 在柱的弯矩作用方向的两对边布置不同的纵向受力钢筋 4 1受压构件构造要求 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 配筋构造 作用 保证纵向钢筋的位置正确 防止纵向钢筋压屈 从而提高柱的承载能力 2 箍筋 4 1受压构件构造要求 箍筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 受压构件中的箍筋 应做成封闭式 箍筋直径不应小于d 4 d为纵向钢筋的最大直径 且不应小于6mm 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为纵向受力钢筋的最小直径 柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3 时 箍筋直径不应小于8mm 间距不应大于10d d为纵向受力钢筋的最小直径 且不应大于200mm 末端做成135 弯钩 平直段长度 10d 在纵筋搭接长度范围内 箍筋的直径不宜小于搭接钢筋直径的0 25倍 搭接钢筋受拉时 箍筋间距S不应大于5d 且不应大于100mm 搭接钢筋受压时 箍筋间距S不应大于10d 且不应大于200mm 当搭接受压钢筋直径大于25mm时 应在搭接接头两个端面外50mm范围内各设置2根箍筋 4 1受压构件构造要求 箍筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵向受力钢筋多于3根时 或当柱截面短边尺寸不大于400mm但各边纵向钢筋多于4根时 应设置复合箍筋 以防止中间钢筋被压屈 复合箍筋的直径 间距与前述箍筋相同 复合箍筋 偏压柱h 600mm时 应设置10 16mm的纵向构造钢筋 4 1受压构件构造要求 箍筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 受压构件复合菱形箍筋 受压构件复合井字箍筋 偏压柱h 600mm时 应设置10 16mm的纵向构造钢筋 4 1受压构件构造要求 箍筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 对于截面形状复杂的构件 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 4 1受压构件构造要求 箍筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 柱钢筋图 4 1受压构件构造要求 箍筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 绑扎连接 4 1受压构件构造要求 箍筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 电渣压力焊 4 1受压构件构造要求 箍筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 箍筋加密 4 1受压构件构造要求 箍筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 机械连接 4 1受压构件构造要求 箍筋的构造 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 机械连接 4 2轴心受压构件承载力计算 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 配置纵筋和普通箍筋的柱 称为普通箍筋柱 配置纵筋和螺旋筋或焊接环筋的柱 称为螺旋箍筋柱或间接箍筋柱 螺旋筋或焊接环筋的套箍作用可约束核心混凝土的横向变形 使核心混凝土处于三向受压状态 从而间接地提高混凝土的纵向抗压强度 普通箍筋柱中 箍筋是构造钢筋 螺旋箍筋柱中 箍筋既是构造钢筋又是受力钢筋 4 2轴心受压构件承载力计算 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 轴心受压构件的破坏特征 1 轴心受压短柱 随着荷载的增大 构件变形迅速增大 此时混凝土塑性变形增加 弹性模量降低 应力增加缓慢 而钢筋应力的增加则越来越快 临近破坏时 柱子表面出现纵向裂缝 箍筋之间的纵筋压屈外凸 混凝土被压碎崩裂而破坏 破坏时混凝土的应力达到棱柱体抗压强度fc 按照长细比l b的大小 轴心受压柱可分为短柱和长柱两类 对方形和矩形柱 当l b 8时属于短柱 否则为长柱 其中l 为柱的计算长度 b为矩形截面的短边尺寸 4 2轴心受压构件承载力计算 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 当短柱破坏时 混凝土达到极限压应变 0 002 相应的纵向钢筋应力值 Es 2 105 0 002 400N mm2 因此 当纵筋为高强度钢筋时 构件破坏时纵筋可能达不到屈服强度 显然 在受压构件内配置高强度的钢筋不能充分发挥其作用 是不经济的 轴心受压构件的破坏特征 4 2轴心受压构件承载力计算 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 2 轴心受压长柱 破坏时首先在凹边出现纵向裂缝 接着混凝土压碎 纵筋压弯外凸 侧向挠度急速发展 最终柱子失去平衡 凸边混凝土拉裂而破坏 长细比较大时 可能发生 失稳破坏 轴心受压构件的破坏特征 4 2轴心受压构件承载力计算 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 长短柱的承载力 在同等条件下 即截面相同 配筋相同 材料相同 长柱受压承载能力低于短柱受压承载能力 混凝土设计规范 采用稳定系数 来表示长柱承载力的降低程度 长细比l0 b越大 值越小 l0 b 8为短柱l0 b 8为长柱 式中l0 柱的计算长度 b 矩形截面的短边尺寸 d为截面直径 i为截面最小回转半径 构件的计算长度l0与构件两端支承情况有关 4 2轴心受压构件承载力计算 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 1 基本公式 式中系数0 9 是考虑到初始偏心的影响 以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性 引入的承载力折减系数 Nu 轴向压力承载力设计值N 轴向压力设计值fc 混凝土的轴心抗压强度设计值A 构件截面面积 当配筋率大于3 时 A应改为Ac A As fy 纵向钢筋的抗压强度设计值As 全部纵向钢筋的截面面积 普通箍筋柱的正截面承截力计算 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 柱的计算长度l0取值 注 表中H对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度 对其余各层柱为上下两层楼盖顶面之间的高度 4 2轴压构件承载力计算 4 2轴压构件承载力计算 普通箍筋柱 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 截面设计 已知 构件截面尺寸b h 轴向力设计值N 构件的计算长度l0 材料强度等级fcfy 求 纵筋截面面积As 计算步骤 详见上图轴心受压构件截面设计步骤 若构件截面尺寸b h为未知 则可先根据构造要求假定柱截面尺寸b h 然后按上述步骤计算As 纵向钢筋配筋率宜在0 5 2 之间 若配筋率 过大或过小 则应调整b h 重新计算As 也可先假定 和 的值 常可假定 1 1 由下式计算出构件截面面积 进而得出b h 4 2轴压构件承载力计算 普通箍筋柱 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 截面复核 已知 柱截面尺寸b h 计算长度l0 纵筋数量As 以及级别fy 混凝土强度等级fc求 柱的受压承载力Nu 或已知轴向力设计值 判断是否安全 计算步骤 详见右图轴心受压构件截面复核步骤 例4 2 1 已知某多层现浇钢筋混凝土框架结构 首层中柱按轴心受压构件计算 该柱安全等级为二级 轴向压力设计值N 1400kN 计算长度l0 5m 纵向钢筋采用HRB335级 混凝土强度等级为C30 求该柱截面尺寸及纵筋截面面积 解 fc 14 3N mm2 fy 300N mm2 1 0 1 初步确定柱截面尺寸 设 1 1 则 89916 5mm2 选用方形截面 则b h 299 8mm 取用h 300mm 2 计算稳定系数 l0 b 5000 300 16 7 0 869 3 计算钢筋截面面积As 1677mm2 4 验算配筋率 1 86 0 6 且 3 满足最小配筋率要求 且勿需重算 纵筋选用425 As 1964mm2 箍筋配置 8 300 如图4 2 7 解 查表得 300N mm2 fc 11 9N mm2 1256mm2 1 确定稳定系数 l0 b 4500 300 15 0 911 2 验算配筋率 3 确定柱截面承载力 0 9 0 911 11 9 300 300 300 1256 1187 05 103N 1187 05kN N 800kN 此柱截面安全 1 螺旋箍筋柱的受力特点 螺旋箍筋柱的箍筋既是构造钢筋又是受力钢筋 由于螺旋筋或焊接环筋的套箍作用可约束核心混凝土 螺旋筋或焊接环筋所包围的混凝土 的横向变形 使得核心混凝土处于三向受压状态 从而间接地提高混凝土的纵向抗压强度 2 螺旋箍筋的构造 螺旋箍筋柱的截面形状一般为圆形或正八边形 箍筋为螺旋环或焊接圆环 间距不应大于80mm及0 2dcor dcor为构件核心直径 即螺旋箍筋内皮直径 且不宜小于40mm 间接钢筋的直径应符合柱中箍筋直径的规定 4 2轴压构件承载力计算 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 螺旋箍筋柱简介 4 3偏心受压构件承载力计算 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 1 偏心受压构件破坏特征 当e0很小时 接近轴压构件当e0较大时 接近受弯构件 按偏心距和配筋的不同 偏压构件可分为受拉破坏和受压破坏 当偏心距e0较大 且受拉钢筋不太多时 发生受拉破坏 当偏心距e0较小 或偏心距e0虽然较大 但受拉钢筋配置过多时 均发生受压破坏 4 3偏心受压构件承载力计算 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 受拉破坏 大偏心受压破坏 破坏特征 加载后首先在受拉区出现横向裂缝 裂缝不断发展 裂缝处的拉力转由钢筋承担 受拉钢筋首先达到屈服 并形成一条明显的主裂缝 主裂缝延伸 受压区高度减小 最后受压区出现纵向裂缝 混凝土被压碎导致构件破坏 类似于 正截面破坏中的适筋梁 属于 延性破坏 4 3偏心受压构件承载力计算 第四章钢筋混凝土纵向受力构件 受压破坏 小偏心受压破坏 破坏特征 加荷后全截面受压或大部分受压 离力近侧混凝土压应力较高 离力远侧压应力较小甚至受拉 随着荷载增加 近侧混凝土出现纵向裂缝被压碎 受压钢筋屈服 远侧钢筋可能受压 也可能受拉 但都未屈服 属于 脆性破坏 类似于 正截面