第四章受压构件

1、受压构件受压构件 概述概述 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。 第四章第四章 受压构件构造要求受压构件构造要求 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

2、主， 偏心受压柱以矩形为主 第四章第四章 受压构件构造要求受压构件构造要求 截面型式及尺寸要求 截面尺寸：一般应符合: l0/h25 以及 l0 /b30 方形与矩形截面的尺寸 不宜小于250mm250mm 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 第四章第四章 受压构件构造要求受压构件构造要求 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。 第四章第四章 受压构件构造要求受压构件构造要求纵筋的构造纵筋的构造

3、 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。 第四章第四章 受压构件构造要求受压构件构造要求纵筋的构造纵筋的构造 纵筋直径与根数： 直径d不宜小于12mm，通常采用 1232mm，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 第四章第四章 受压构件构造要求受压构件构造要求纵筋的构造纵筋的构造 %100 bh

4、 As 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（ ） 受力类型受力类型最小配筋百分率最小配筋百分率 受压构件受压构件 全部纵向钢筋全部纵向钢筋0.60.6 一侧纵向钢筋一侧纵向钢筋0.20.2 受弯构件、偏心受拉、轴心受拉一侧受弯构件、偏心受拉、轴心受拉一侧 的受拉钢筋的受拉钢筋 45ft/fy ，且不小于，且不小于 0.20.2 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。 第四章第四章 受压构件构造要

5、求受压构件构造要求 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 第四章第四章 受压构件构造要求受压构件构造要求箍筋的构造箍筋的构造 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

6、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。 第四章第四章 受压构件构造要求受压构件构造要求箍筋的构造箍筋的构造 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

7、造钢筋。 第四章第四章 受压构件构造要求受压构件构造要求箍筋的构造箍筋的构造 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1016mm的纵向构造钢筋。 第四章第四章 受压构件构造要求受压构件构造要求箍筋的构造箍筋的构造 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。 第四章第四章 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 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

8、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。 第四章第四章 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 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

9、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。 第四章第四章 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 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，

10、b为矩形截面的短 边尺寸。 第四章第四章 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 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=21050.002=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： 第四章第四章 长柱破坏形态长柱破坏形态 us ul N N (2)长柱的承载能力计算长柱的承载能力计算 实际工程中构件的初始偏心是不可避免的，对实际工程中构件的初始偏心是不可避免的，对 于长柱而言侧向弯曲不能忽略，构件将在压

11、力和弯于长柱而言侧向弯曲不能忽略，构件将在压力和弯 矩的共同作用下，在压应力较大的一侧首先出现纵矩的共同作用下，在压应力较大的一侧首先出现纵 向裂缝，接着混凝土被压碎，纵向钢筋压弯向外凸向裂缝，接着混凝土被压碎，纵向钢筋压弯向外凸 出，由于混凝土柱失去平衡，压应力较小的一侧的出，由于混凝土柱失去平衡，压应力较小的一侧的 混凝土受力状态将迅速发生变化，由受压变为受拉，混凝土受力状态将迅速发生变化，由受压变为受拉， 构件破坏。长柱的承载能力比短柱低，构件破坏。长柱的承载能力比短柱低， 规范规范引入了稳定系数引入了稳定系数 来表示长柱承载能来表示长柱承载能 力的降低程度。力的降低程度。 第四章第四章

12、 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 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： 第四章第四章 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 2 0 )8/(002. 01 1 bl 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 按 规范表7.3.1采用。 设计中全部受压钢筋的配筋率不应超过5%，一般为0

13、.52%，但 也不应小于0.6%，同一侧配筋不应小于0.2% 长细比l 0/b越大，值越小 l0/b8 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 2 3d b ib12 圆形截面 任意截面 （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。 第四章第四章 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 1、基本公式 )(9 . 0 sycu AfAfNN 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

14、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=AAs 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 第四章第四章 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。 轴压构件承载力计算轴压构件承载力计算 第四章第四章 轴压构件承载力计算轴压构件承载力计算普通箍筋柱普通箍筋柱 0.9 () cy N A ff 截面设计 ： 已知：构件截面尺寸bh，轴向力 设计值N，构件的计算长度l0，材料强度 等级fc fy 求：纵筋截面面积As 计算步

15、骤：详见上图轴心受压构件截面设计步骤 若构件截面尺寸bh为未知， 则可先根据构造要求假定柱截 面尺寸bh，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bh： 第四章第四章 轴压构件承载力计算轴压构件承载力计算普通箍筋柱普通箍筋柱 截面复核 : 已知：柱截面尺寸bh，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 普

16、通箍筋柱截面设计步骤普通箍筋柱截面设计步骤 按照荷载组合计算轴心压力设计值按照荷载组合计算轴心压力设计值 拟定截面尺寸，可根据工程经验及经济配筋率来确定拟定截面尺寸，可根据工程经验及经济配筋率来确定 确定确定l0及及 计算计算As 9 . 0 9 . 0 y c S f AfN A 验算最小配筋率验算最小配筋率 %6 . 0 min bh As 第四章第四章 (4)截面复核步骤截面复核步骤 确定确定 求承载力求承载力Nu 比较比较N及及Nu AfAfN csyu 9 . 0 u NN 安全安全 第四章第四章 例题例题5-1 某无侧移多层现浇框架结构的第二层中柱，承受轴心压力某无侧移多层现浇框架

17、结构的第二层中柱，承受轴心压力 N=1840KN，楼层高，楼层高H=5.4m，混凝土等级为，混凝土等级为C30（fc=14.3N/mm2）,用用 HRB400级钢筋配筋（级钢筋配筋（ fy=360N/mm2 ）,是设计该截面。是设计该截面。 解：解： 初步确定截面尺寸初步确定截面尺寸 按工程经验假定受压钢筋配筋率按工程经验假定受压钢筋配筋率为为0.8%，先不考虑稳定系数的影响，先不考虑稳定系数的影响， 按普通箍筋柱正截面承载能力计算公式确定截面尺寸。按普通箍筋柱正截面承载能力计算公式确定截面尺寸。 23 10119 3 .14008. 03600 . 19 . 0 1840000 9 . 0

18、9 . 09 . 0 mm ff N A ffAAfAfN cy cycsy 将截面设计成正方形将截面设计成正方形,则有：则有：b h 1190000.5345（mm ） 取：取： b h 350mm 第四章第四章 计算计算 l0 1.25H=1.255.4=6.75（m） l0b 6.75 0.35=19.3,查表得：查表得： 0.776 计算计算AS 2 2452 360776. 09 . 0 3503503 .14776. 09 . 01840000 9 . 0 9 . 0 mm f AfN A y c S 验算最小配筋率验算最小配筋率 %2 350350 2513 A AS 配筋符合要

19、求配筋符合要求 选配选配8 20钢筋（钢筋（2513mm2） 8 20 第四章第四章 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。 轴压构件承载力计算 螺旋箍筋柱简介 第四

20、章第四章 5.1.2螺旋箍筋柱和焊接环式箍筋柱的配筋计算螺旋箍筋柱和焊接环式箍筋柱的配筋计算 （1）破坏特征）破坏特征 由于混凝土受压柱在轴向压力的作用下，将产生与轴向压由于混凝土受压柱在轴向压力的作用下，将产生与轴向压 力方向平行的垂直裂缝并最后导致破坏。横向变形产生的拉力力方向平行的垂直裂缝并最后导致破坏。横向变形产生的拉力 是其破坏的原因，当采用混凝土螺旋箍筋柱后，箍筋的径向约是其破坏的原因，当采用混凝土螺旋箍筋柱后，箍筋的径向约 束作用，使箍筋束作用，使箍筋 所包围的混凝土核心区域受到了径向压应力的所包围的混凝土核心区域受到了径向压应力的 作用，其在三向压应力的作用下工作，从而提高了柱

21、的承载能作用，其在三向压应力的作用下工作，从而提高了柱的承载能 力。破坏时箍筋的拉应力达到屈服，混凝土被压碎。力。破坏时箍筋的拉应力达到屈服，混凝土被压碎。 （2）正截面承载能力计算）正截面承载能力计算 规范规范采用如下表达式：采用如下表达式： ssoysycorcu AafAfAfNN29 . 0 第四章第四章 式中：式中：Acor构件的核心面积，构件的核心面积， Acor=d2cor4 dcor构件核心直径，算至箍筋内皮，见图构件核心直径，算至箍筋内皮，见图5-5 ASSO螺旋式或焊接环式单根间接钢筋换算截面积螺旋式或焊接环式单根间接钢筋换算截面积 dcorAcor 图图5-5 s Ad

22、A sscor sso 1 5-5 ASS1单根箍筋面积单根箍筋面积 间接钢筋对混凝土的约束折减系数，间接钢筋对混凝土的约束折减系数， C50以下取以下取1.0，C80取取0.85，其间线性内差。，其间线性内差。 第四章第四章 （3）应用应注意的问题）应用应注意的问题 螺旋箍筋柱的承载能力不得大于普通箍筋柱承载能力的螺旋箍筋柱的承载能力不得大于普通箍筋柱承载能力的1.5倍；倍； 如遇下列情况之一，不考虑螺旋箍筋的影响，按普通箍筋柱如遇下列情况之一，不考虑螺旋箍筋的影响，按普通箍筋柱 计算承载力计算承载力 当当l0/d 12,因细长比太大，螺旋箍筋对混凝土的约束作用难因细长比太大，螺旋箍筋对混凝土的约束作用难 以发挥；以发挥； 按螺旋箍筋柱算得的承载力比按普通箍筋柱算得的还低；按螺旋箍筋柱算得的承载力比按普通箍筋柱算得的还低； 当间接钢筋的换算面积当间接钢筋的换算面积ASSO小于全部纵筋面积的小于全部纵筋面积的25%， 螺旋箍筋或焊接环式箍筋间距不应大于螺旋箍筋或焊接环式箍筋间距不应大于dcor/5及及80mm,也不宜也不宜 小于小于40mm，纵筋根数不宜少于，纵筋根数不宜少于8根，沿