03 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载算

1、混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章第第 3 章章 轴心受力构件正截面承载力轴心受力构件正截面承载力 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章本章重点本章重点 了解轴心受拉构件和轴心受压构件的了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程；受力全过程； 掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截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；面承载力的计算方法； 熟悉轴心受力构件的构造要求。熟悉轴心受力构件的构造要求。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目

2、目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章理想的轴心受力构理想的轴心受力构件在实际工程中其件在实际工程中其实并不存在。实并不存在。(轴压)轴线nn轴线(轴拉)nn3.1概概 述述框架结构中的柱框架结构中的柱 (columns of frame structure)桩基础桩基础 (pile foundation)压压压拉拉ntntntcrntcrntnt3.2.1 受力过程及破坏特征受力过程及破坏特征3.2轴心受拉构件轴心受拉构件 这阶段末，混凝土拉应变达到极限拉应变，裂缝即将产生。对于不允许开裂的轴心受拉构件应以此作为抗裂验算的依据。第阶段加载到开裂前3.2.1 受力过程及破坏特征受力过程及破

3、坏特征第阶段混凝土开裂后至钢筋屈服前 构件的正常使用阶段，构件的裂缝宽度和变形的验算是以此阶段为依据的。3.2轴心受拉构件轴心受拉构件第iii阶段钢筋屈服到构件破坏 首先钢筋达到屈服，裂缝迅速发展，这时荷载稍稍增加，甚至不增加都会导致截面上的钢筋全部达到屈服（即荷载达到屈服荷载时）。 评判轴心受拉破坏的标准并不是构件拉断，而是钢筋屈服。正截面强度计算是以此阶段为依据的。ntnt结论三个工作阶段：开裂前，线弹性；开裂至钢筋屈服，裂缝三个工作阶段：开裂前，线弹性；开裂至钢筋屈服，裂缝不断发展；钢筋屈服后，不断发展；钢筋屈服后，nt基本不增加基本不增加首根裂缝出现后还会继续出现裂缝，但裂缝增至一定首

4、根裂缝出现后还会继续出现裂缝，但裂缝增至一定数量后便不在增加数量后便不在增加极限承载力取决于钢筋的用量和强度极限承载力取决于钢筋的用量和强度混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.2.2 建筑工程中的轴拉构件建筑工程中的轴拉构件1. 计算公式计算公式 0x3-1syafn n 拉力的组合设计值；拉力的组合设计值；fy 钢筋抗拉强度设计值，钢筋抗拉强度设计值， fy 300 n/mm2 ；as 纵向钢筋面积。纵向钢筋面积。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2. 构造要

5、求构造要求v 箍筋直径箍筋直径 d6mm, 间距间距s 200mm (腹杆中腹杆中 s 150mm)。 v 纵筋应沿截面周边均匀对称布置，并宜优先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。采用直径较小的钢筋。 v 轴拉构件不得采用绑扎的搭接接头。轴拉构件不得采用绑扎的搭接接头。 v 纵筋一侧配筋率纵筋一侧配筋率 ，且，且 。 （ 为混凝土轴心抗拉强度设计值）为混凝土轴心抗拉强度设计值）0.2% yt45ff tf混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.3轴心受压构件轴心受压构件3.3.1 概述概述实际工程结构中，

6、一实际工程结构中，一般把承受轴向压力的般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱按照箍钢筋混凝土柱按照箍筋的作用及配置方式筋的作用及配置方式分为两种：分为两种：普通箍筋柱：普通箍筋柱：配有配有纵向钢筋和普通箍筋纵向钢筋和普通箍筋的柱的柱螺旋箍筋柱：螺旋箍筋柱：配有配有纵向钢筋和螺旋箍筋纵向钢筋和螺旋箍筋的柱的柱混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.3.2 配有普通箍筋的轴心受压构件配有普通箍筋的轴心受压构件短柱（短柱（short columns）是如何形成）是如何形成 的？的？ 我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称为我们通常将柱的截

7、面尺寸与柱长之比较小的柱，称为短柱短柱。在实。在实际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地下车库的柱子，以及楼梯际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地下车库的柱子，以及楼梯间处的柱都容易形成短柱。间处的柱都容易形成短柱。 窗间墙的短柱窗间墙的短柱 由各种偶然因素造成初始偏心距和附加弯矩，但很小，可略由各种偶然因素造成初始偏心距和附加弯矩，但很小，可略去。去。在轴向压力的作用下，整个截面上的应力、应变基本上是在轴向压力的作用下，整个截面上的应力、应变基本上是均匀分布的。均匀分布的。 如图所示：如图所示：ncss极限破坏状态时截面的应力分析极限破坏状态时截面的应力分析:混凝土 混凝土达到极限压应变，被压碎，

8、混凝土达到极限压应变，被压碎， =0.002钢筋2/4002/002. 0310200mmnmmnsses当采用当采用 的一般钢筋时的一般钢筋时，钢筋首先屈服，钢筋首先屈服，最后，混凝土达到极限压应变，构件破坏，钢筋抗拉最后，混凝土达到极限压应变，构件破坏，钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度都能得到充分利用；强度和混凝土抗压强度都能得到充分利用；当采用当采用 的高强钢筋时的高强钢筋时，则纵筋不屈服，则纵筋不屈服mpayf400mpayf400当混凝土应变达到极限压应变时，受压纵筋强度约为：当混凝土应变达到极限压应变时，受压纵筋强度约为：什么是长柱（什么是长柱（slender columns） 我们通

9、常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为长柱。长柱。在实在实际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。轴心受压长柱际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。轴心受压长柱与短柱的主要受力区别在于：由于偏心所产生的附加弯矩和失稳与短柱的主要受力区别在于：由于偏心所产生的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必须考虑。破坏在长柱计算中必须考虑。 轴心受压长柱的破坏过程轴心受压长柱的破坏过程n 由于初始偏心距的存在，构件受荷后产生附由于初始偏心距的存在，构件受荷后产生附加弯矩，伴之发生横向挠度。加弯矩，伴之发生横向挠度。n 构件破坏时，首先在靠近凹边出现大致平行构件破

10、坏时，首先在靠近凹边出现大致平行于纵轴方向的纵向裂缝，同时在凸边出现水平于纵轴方向的纵向裂缝，同时在凸边出现水平的横向裂缝，随后受压区混凝土被压溃，纵筋的横向裂缝，随后受压区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，横向挠度迅速发展，构件失去平衡，向外鼓出，横向挠度迅速发展，构件失去平衡，最后将凸边的混凝土拉断。最后将凸边的混凝土拉断。n 试验表明，长柱的破坏荷载低于其他条件相试验表明，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载，长细比越大，各种偶然因同的短柱破坏荷载，长细比越大，各种偶然因素造成的初始偏心距将越大，产生的附加弯矩素造成的初始偏心距将越大，产生的附加弯矩 和相应的侧向挠度也越大，承载能力降

11、低越多。和相应的侧向挠度也越大，承载能力降低越多。对于长细比很大的细长柱，还可能发生失对于长细比很大的细长柱，还可能发生失 稳破稳破坏现象。坏现象。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范采用稳定系采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度。数来表示长柱承载力的降低程度。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2. 建筑工程配有普通箍筋的轴压构件计算建筑工程配有普通箍筋的轴压构件计算3-3)(9 . 0afafncsy 稳定系数；稳定系数； 钢筋抗压强度设计值；钢筋抗压强度设计值；yf 混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；c

12、f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；全部纵向受压钢筋面积；saa 构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于scaaa0.03时，时，a采用采用 ； 为了保持与偏心受压构件正截面承载为了保持与偏心受压构件正截面承载力计算力计算9 . 0具有相近的可靠度而引进的系数。具有相近的可靠度而引进的系数。 材料强度等级材料强度等级 ：为了减小柱截面尺寸，节省钢材，宜采用较高强度等为了减小柱截面尺寸，节省钢材，宜采用较高强度等 级的混凝土，一般采用级的混凝土，一般采用c20c40强度等级混凝土；对强度

13、等级混凝土；对 于高层建筑的底层柱，心要时可采用于高层建筑的底层柱，心要时可采用c50以上以上的高强的高强 度度 混凝土。混凝土。：纵向受力钢筋纵向受力钢筋一般采用一般采用hrb400级、级、hrb335级和级和 rrb400级，不宜采用高强度钢筋。级，不宜采用高强度钢筋。 箍筋箍筋一般采用一般采用hpb235级、级、hrb335级钢筋，也可采用级钢筋，也可采用 hrb400级钢筋。级钢筋。受压构件的一般构造受压构件的一般构造 截面形式及尺寸截面形式及尺寸 ： 轴心受压：轴心受压：正方形或边长接近的矩形、圆形、多边形正方形或边长接近的矩形、圆形、多边形：宜同时满足以下四个条件宜同时满足以下四个

14、条件;250250mmmm 根据经济配筋率（根据经济配筋率（0.8%2%)选择合适的截面尺寸；选择合适的截面尺寸； 截面尺寸宜符合模数：截面尺寸宜符合模数：800mm以下宜取以下宜取50mm的倍数；的倍数；800mm 以上者可取以上者可取100mm的倍数。的倍数。长细比一般取长细比一般取15左右，不宜大于左右，不宜大于30 ：宜较粗，宜较粗，不宜小于不宜小于12mm，通常在，通常在1232mm范围内选用。范围内选用。 ：沿截面周边均匀对称布置，要成双配置沿截面周边均匀对称布置，要成双配置。矩形矩形截面的截面的 钢筋根数钢筋根数不应不应少于少于4根，根，圆形圆形截面的钢筋根数截面的钢筋根数不宜不

15、宜少少 于于8根，根，不应不应小于小于6根。根。 纵向受力钢筋纵向受力钢筋 ：钢筋净距钢筋净距不应小于不应小于50mm钢筋中距钢筋中距不不应大于应大于300mm或或200mm（抗震地区）（抗震地区）：v 箍筋：封闭式箍筋：封闭式 d6mm , d纵纵 /4； s400mm , 15d纵纵 。 （每边（每边4 4根）根） （每边多于（每边多于4 4根）根） （每边（每边3 3根）根） （每边多于（每边多于3 3根）根）混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.3.3 配有螺旋箍筋的轴心受压构件配有螺旋箍筋的轴心受压构件1. 受力分析及

16、破坏特征受力分析及破坏特征第四章 轴心受力构件4.2 轴心受压构件的承载力计算混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度214cf第四章 轴心受力构件4.2 轴心受压构件的承载力计算2 fyass1 fyass12sdcors(a)(b)(c)第四章 轴心受力构件4.2 轴心受压构件的承载力计算2 fyass1 fyass12sdcors(a)(b)(c)122ssycorafsdcorssydsaf122corssycdsaff118达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）sycoruafan1corcorssysycor

17、cadsafafaf18214cf第四章 轴心受力构件4.2 轴心受压构件的承载力计算2 fyass1 fyass12sdcors(a)(b)(c)01sssscorasadsadasscorss1002ssysycorcuafafafnsycoruafan1corcorssysycorcadsafafaf18达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）214cf第四章 轴心受力构件4.2 轴心受压构件的承载力计算2 fyass1 fyass12sdcors(a)(b)(c)01sssscorasadsadasscorss1002ssysycorcuafafaf

18、n)2(9 . 00ssysycorcuafafafnn间接钢筋对混凝土约束的折减系数间接钢筋对混凝土约束的折减系数 ，当，当fcu,k50n/mm2时，取时，取 = 1.0；当；当fcu,k=80n/mm2时，取时，取 =0.85，其间直线插值。，其间直线插值。第四章 轴心受力构件4.2 轴心受压构件的承载力计算采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。如螺旋箍筋配置过多，极限承载力提高过大，则会在远未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。达到极限承载力之前保护层产生剥落，从而影响正常使用。 规范规范规定，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