对大偏心受压构件受压钢筋出现负值时的探讨.doc

对大偏心受压构件受压钢筋出现负值时的探讨姜 巧 凤%大庆石油化工总厂万隆物业，大庆 &()$#*摘要+根据混凝土结构设计规范，结合工程实例，对钢筋混凝土结构的大偏心受压构件受压钢筋出现负值时的情况进行探讨。通过对工程实例的分析，给设计人员提供了在设计中遇到 类似情况时的处理方法+根据构件的受力情况，充分利用混凝土的抗压强度，合理选择配筋形 式，达到节约钢筋用量，降低工程造价。关键词+ 混凝土结构 , 构件 , 大偏心受压 , 配筋 , 负值中图分类号：-./!01/)$文献标识码：2文章编号：&)&3#4!（!55#）5&355!435(大偏心受压构件非常广泛地应用在工程建设项目设计中。常用的多层框架边柱、单层刚架的边 柱、单层厂房的排架边柱、拱、大量的实体剪力墙 以及管架的边柱等均属于大偏心受压构件。根据混凝土结构设计规范%627 $504*8&44 年局部 修订9%以下简称规范9，并结合工程设计中的实 例，对常见的钢筋混凝土结构的矩形截面大偏心 受压构件之受压钢筋出现负值时的情况进行理论 分析和讨论:&3!;。一是由于钢筋在整个工程造价方 面占有相当大的比例；二是由于钢筋目前在我国 还比较短缺，每年都需花大量的外汇从国外进口。 因此，正确地进行结构计算、受力分析，合理地选 择配筋形式，将会给建设单位减少一部分不必要 的工程投资。所以，针对配置普通纵向受拉、受压 钢筋的大偏心受压构件进行讨论。! 大偏心受压构件受力分析所谓大偏心受压，就是作用于构件截面中的 轴向压力 ?A B8或 # =C D1(E 9。简而言之，在偏心距较大时 的轴向压力作用下，截面在离偏心压力 较近的 一侧受压，而离偏心压力 较远的一侧受拉。它的 主要破坏特征是受拉钢筋首先达到屈服强度，然 后受压钢筋一般也达到屈服强度，最后，由于受压 区混凝土压碎而导致构件破坏。因为大偏心受压 构件 = 较大，即弯矩 F 的影响较为显著，所以 它具有受弯构件配有受压钢筋的适筋梁相类似的受力及变形特点。 公式推导钢筋混凝土结构的大偏心受压构件的受力见 图 &。图 & 大偏心受力时的截面应力情况根据规范第 #1&1&/ 条知：矩形截面大偏心 受压构件的正截面强度计算公式见公式$、%。& IA B J KJ 3A BL K& 8E 53& M !*IA B JL KJ8E 3 KJ*式中 矩形截面宽度；E 截面有效高度；& 混凝土受压区高度8& ! E *；A B 普通钢筋的抗拉强度设计值；A BJ 普通钢筋的抗压强度设计值；$%L ? 受拉区纵向普通钢筋的截面面积；L KJ 受压区纵向普通钢筋的截面面积；N ? 受拉区纵向钢筋合力点至受拉区边 缘的距离；N KJ 受压区纵向钢筋合力点至受压区边 缘的距离；炼 油 与 化 工第 ! 卷2! 相对受压区高度#! $ % & (；钢筋 - B! 的抵抗拉力 9 - B! 所承担的力矩 C !，即：!) 界限相对受压区高度。C ! $9 .- ,.#& 6+ B.0这时 9 .- ,.$9 - ,当 9 .$ 9 时 则有 - ,! $ - ,.(- ,! $- ,.9 . % 9 式#、$基本公式的适用条件为： !* + , 及 $!)& 基本公式#、$中，共有 - , 、- ,.、三个未知)数，由两个基本公式可求得无数组解答，现在取其中最经济合理的解答是使总的配筋量#- , /- ,.0为 最省作为补充条件，同时，应该充分利用受压区混 凝土的强度，可近似取 $! )& ，将此条件代入 式$即得到公式%123。而余下的另一部分弯矩 C *$4 56C !，则由受压区混凝土的抵抗压力 9 :;) 和与它相应的那部 分受拉钢筋 - ,* 的抵抗拉力 9 - ,* 来承担。此时， 则可利用受弯构件单筋截面中计算受拉钢筋的方法来计算 - ,*，即首先求系数 + ,$C * % # 9 :;)& D 0，查*- ,.$14 56! )7!68! )09 :;)& 3 % 9 .# & 6+ ,.0规范附表 2 根据系数 + , 查得相应的 * ,，于是：*0 % 9 .# & 6+ ,.0- ,* $C * % #9 /& % *6+ ,最后，根据图 * 及平衡条件即可求得总的受拉钢筋面积 -, 的计算公式：求得 - , 后代入式#整理得公式。- , $79 :;)& ! ) 64 /9 .- ,.0 % 9- , $ - ,!/- ,* 64 % 9 ,在实际工程设计中，根据构造上或刚度、稳定等方面的要求，有的构件的截面尺寸往往都选择 得比较大，因此，按公式%进行计算时，经常会出 现 - ,.$负值的情况。根据多年的设计工作经验，可 作解释和计算。- ,.$负值，说明受压区的混凝土的 抗压强度已经有一定的富余，不需要再设置受压 钢筋。但是，根据规范第 ?8!8! 条规定，混凝土 构件中纵向受力钢筋的配筋百分率，不应小于规 范表 ?8!8! 规定的最小配筋百分率，即受压区按 构造要求配置不应小于 8* )& 的受压钢筋。这 样，原来就不需要受压钢筋而现在却配置了，所 以，受压区的混凝土将不再需要发挥其全部作用。 换言之，受压区的高度 也要随着发生变化。因 此，按 $!)& 的前提推导出来的公式%、均不 能应用，而应由基本公式#、$直接进行计算。方法一A根据规范第 ?8!8! 条规定，按构造 要求设置受压钢筋的情况下，计算时应该考虑受压钢筋的影响，即 - ,.$ 8* )& ，从基本公式#、值得注意的是，式,与双筋梁的相应公式不完全相同，反映了两者受力特点#偏压与受弯0的不 同，即反映了纵向压力 4 的影响。图 * - ,. 大偏心受压时的截面应力分布! 工程实例1例 !3 已知某一根钢筋混凝土柱，承受设计轴 向压力 4 $?2 E4，设计弯矩 C $*FF8* E4;，柱计 算长度 G $F * ;，) $H ;，& $? ;，采用 I* 混凝土79 :;$! 4 % ;*，9 :$! 4 % ;* 0，钢筋为- 级79 $2! 4 % ;*，9 0 求偏心距 5 ：5 $C % 4$HH ;J82& $!?K8;所以，不考虑附加偏距 5 + 影响，于是 5 $ 5 $ HH ;0计算偏心增大系数 & ： 由于 G % & $F * % ?$!*L! 根据规范H8!8* 条规定，取 . * $!8 由于 . !$89 :- % 4 $!8KJ!8根据规范H8!8* 条规定，取 . ! $!8 求得 &$中正好求解出 - , 及 。方法二A根据规范第 ?8!8! 条规定，在 - ,.$8* )& 已知的情况下，也可以较简便地利用双 筋受弯截面的查系数表的方法进行计算。若把纵 向力 4 移到受拉钢筋 - , 的形心位置，则相应的 力矩 4 5 就可以由以下两部分组成的抵抗弯矩来 承担A见图 *。从图 * 看出，第一部分是由已知的受压钢筋- ,. 的抵抗压力 9 A% A F%G )! ,-/ . !?G . !J K8C3 . J LF)/ # AF31! %$&$ ( )* #+, - . / +01)2 + . /%*4*5!-3 判别大小偏心：! ,- %#674$ 889+45/ :%*;64：, %! ,- ?/ . !# A% B;54* 883! * !-除上述情况外，设计时应根据具体情况，对可采用或可不采用对称配筋的构件，应优先考虑采 用不对称配筋，尽量减少钢筋用量。例 !1已知条件同例 *，采用对称配筋，求 A% A F 。解：-3 判断大小偏心受压情况, %G . J K8C %*#54*7 88Q$ C/ %5B45; 88所以，为大偏心受压构件。-3 计算配筋 由于 , 9!D AF 所以 A% A F%G )! ,-/ . !?G . !J K8C3 . J LF)/ # AF31%* 5# 88!各选用 *%!?!%! ) A% A F%* B#4! 88! 3不对称配筋与对称配筋面积比较见表 *。表 * 例 *、例 ! 配筋面积比较根据 $ C % +4 AF%)G ,HD I8DEJ K8C/ + 3 . J LF) / +HD IF3%负值!此时，应按规范第 ;4*4* A*% AF +4! M C/ % # A*% AF% #;* 88! 3由于 AF 已知，应按式&、(求 I：N *% J LF AFO / D IF3 %B4B#! 5 PG48N ! % G ,N * %# A F . 88 A . 88 A F ? A . 88!例 *例 !#;* B#4!* !;* B#4!* B*B! *#74#系数 D A %N ! . J K8C/ !从表 * 看出，不对称配筋时钢筋用量经济，对称配筋时钢筋用量大，不经济，对称配筋时钢筋用 量增加约 )! *#74#* B*B3 . * B*BR* M%!S$ MT浪 费工程投资。! 结论在工程项目设计中，根据具体情况慎重确定 配筋形式，首先必须满足规范的要求，其次应根 据构件的受力情况，充分利用受压区混凝土强度 及受压钢筋的强度，避免造成不必要的浪费，达到 节约钢筋用量，降低工程造价的目的。% 4!77 5查规范附表 5 得：) A %47! A!%N ! . ) AJ L/ %! 7* 88! A% A*? A! %* !5 88!选用 #%! ) A%* ! AF% A 。此外，在某些 外形完全对称的装配式柱，安装时易发生错误或 设计成对称配筋时钢筋用量比设计成不对称配筋 时钢筋用量增加不大于 AF% A 。大偏心 受压构件对称配筋时的适用条件同不对称配筋时 的适用条件。用 J L A %J LF AF 代入式*得式+。参考文献U*1混凝土结构设计规范OVWX$+H763N14北京：中国建筑工业 出版社，$676!1 施岚青 T 张玉祥4混凝土结构设计规范学习指导N14北京：地震 出版社，$66$51 庄崖屏 T 江见鲸4钢筋混凝土基本构件设计N14北京：地震出版 社，$66+收稿日期：!+5H$H! A 合力中心取矩，并将式+代入，O下转第 5I1=# 5 J*+ K+.#&# 58 L#.?1+4 9+.1#58 M3&D=1+ M%ND 4 F*+ O+.#%3+#3, 4$-52$% 61728.2$ 9$%42:%ZV2F0(/(+ 9-1:*;-3/;) =)(1? 2F0(/(? 4/( ZBWW P !V 2F0(/(+ R)-;1:/; E;*)_ 2F0(/(+? 4?#)3.2) U- :-.*(. 6*: -.J I-:/(+ 03+- (0 *61-( 3-;(/;) .-) 0/.I)-0 *6 =:*=J)-(- =F3= :- ()JK-0 (0 .1F0/-0? 61-:1- /3=:*G-3-(1 L/1 I-:/(+ .1:F;1F:- (0 *(- J-: *6 :F(/(+? /1 /(0/;1-. 11 1- /3=:*G-3-(1 /. =:*=-: (0 -66-;1/G-VP+= B&34#O =:*=J)-(- =F3=P 0/.I)-0 .-)P ()J./. *6 1- :-.*(.!（上接第 AZ 页）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