课件《给排水工程结构》第06章T

1、第六章 钢筋混凝土受压构件 及柱下根底仲恺农业工程学院 刘 岩第六章 钢筋混凝土受压构件及柱下根底61 轴心受压构件62 偏心受压构件63 钢筋混凝土柱下根底设计本章重点掌握轴心受压构件正截面承载力计算公式及其应用，熟悉轴心受压柱的构造要求；判别偏心受压构件的两种破坏形态，矩形截面不对称配筋、对称配筋的计算方法，适用条件及构造要求；柱下单独根底的计算与构造要求。本章难点判别偏心受压构件的两种破坏形态，矩形截面不对称配筋、对称配筋小偏心受压构件的计算方法，适用条件及构造要求；柱下单独根底的计算与构造要求。概 述受压构件分为轴心受压构件和偏心受压构件。轴心受压构件：轴向力作用在构件截面的形心上。偏

2、心受压构件：轴向力不作用在构件截面的形心上有弯矩和轴力共同作用的构件。(a)轴心受压 (b)单向偏心受压第六章 钢筋砼受压构件及柱下根底 实际工程中真正的轴心受压构件是没有的。由于施工的偏差及混凝土的不均匀性和钢筋的不对称性，都将使构件产生初始偏心距，所以即时设计时理论计算是轴心受压构件, 也不一定为轴心受压构件，但对于一些偏心距较小的构件，可按轴心受压构件计算。 受压构件在实际工程中应用比较广泛。说明：第六章 钢筋砼受压构件及柱下根底Highway interchange structure. Spans are all multi-cell reinforced concrete box

3、girders. Being stiff in torsion, these sections can be supported on a single line of columns, as well as on double columns or bents. (Oakland, California) 支承在单独的一排柱上在轴心荷载作用下整个截面的应变根本上是均匀分布的。当外力较小时压缩变形的增加与外力的增长成正比，但外力稍大后，变形增加的速度快于外力增长的速度，配置纵筋数量越少，这个现象越为明显。随着外力的继续增加，柱中开始出现微细裂缝，在临近破坏荷载时，柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋

4、间的纵筋发生压屈，向外凸出，砼被压碎而整个柱破坏。N初始受力61 轴心受压构件一、轴心受压短柱的破坏特征：第六章 受压构件承载力计算二、 长细比的影响：矩形截面轴心受压长柱第六章 钢筋砼受压构件及柱下根底试验说明，各种偶然因素造成的初始偏心距的影响是不可忽略的；加载后初始偏心距将产生附加弯距；长柱最终在弯矩及轴力共同作用下发生破坏。对于长细比很大的长柱，还有可能发生“失稳破坏的现象，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。 试验说明，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。 ?标准?中采用稳定系数表示承载能力的降低程度，即稳定系数 j 与构件的长细比 l0 / b l0 为柱的计算

5、长度， b 为柱截面短边有关。长细比 是 l0 / i 即计算长度与回转半径的比，矩形截面为 l0 / b 越大， j 值越小； l0 / b 8 时， j 。与构件两端支撑条件有关：两端铰支时 l0 = l轴心受压构件实际长度两端固支时 l0 = 0.5 l一端固支一端铰支时 l0 = 0.7 l一端固支一端自由时 l0 = 2 l计算长细比 l0 / b 时，l0 构件计算长度的取值：实际计算时j 值可直接查表6-1 P117第六章 钢筋砼受压构件及柱下根底轴心受压短柱极限承载力为：轴心受压长柱极限承载力：用 稳定系数 j 来反映横向挠度对长柱的影响。三、轴心受压构件承载力计算第六章 钢筋

6、砼受压构件及柱下根底fc 为砼轴心抗压强度设计值；fy 为纵向钢筋抗压强度设计值；A 为混凝土构件截面面积；As 为全部纵向钢筋的截面面积。可得到轴心受压构件承载力计算公式为：为可靠度调整系数是考虑初始偏心的影响，以及为保持与偏心受压构件正截面承载力计算具有相近可靠度 而采取的折减系数。第六章 钢筋砼受压构件及柱下根底当纵向配筋率大于3%时，式中A 应改用A - As。 在工程设计中，一般有截面设计轴压设计值N、构件计算长度 l 0 和材料强度等级，求截面尺寸和配筋和截面复核求承载力Nu，其它两种情况。【6-1】某办公楼门厅的钢筋混凝土柱，承受轴向力设计值N2390kN。柱的计算长度为m，根据

7、建筑设计的要求，柱截面400400mm。混凝土的强度等级为C30，纵筋为HRB335，箍筋为热轧HPB235级钢筋。试确定该柱钢筋用量。【解】1计算稳定系数计算例题截面设计第六章 钢筋砼受压构件及柱下根底选用4 22， As 1520mm2 。2 22400箍筋2 20400选用2 20+2 22， As 1388mm2 。第六章 钢筋砼受压构件及柱下根底2求纵筋As考虑配筋率3%的可能性配筋率= As/A =1388/160000= 0.87% 0.6%所以配筋应为：3配筋率验算1 22400箍筋4001 201 201 22第六章 钢筋砼受压构件及柱下根底2 20+2 22， As 138

8、8mm2 。受压构件的配筋构造要求截面形状和尺寸 通常采用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。 桥墩、桩和公共建筑中的柱主要采用圆形截面。 柱的截面尺寸不宜过小，不宜小于250*250。一般应控制在l0/b30及l0/h25h为柱长边尺寸。 当柱截面的边长在800mm以下时，一般以50mm为模数，边长在800mm以上时，以100mm为模数。 I形截面，翼缘厚度不宜小于120mm ，腹板厚度不宜小于100mm。四、构造要求第六章 钢筋砼受压构件及柱下根底材料强度 混凝土：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C2

9、5C40，在高层建筑中，C50C60级混凝土也经常使用。钢筋：纵向受力钢筋通常采用HRB335级(级)和HRB400级(级)钢筋，不宜采用高强钢筋。箍筋一般采用HPB235级(I级)和HRB335级(级)钢筋。受压构件的配筋构造要求 纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲作用。同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用垂直于弯矩作用平面，以及收缩和温度变化产生的拉应力，对受压构件的最小配筋率应有所限制。 ?标准?规定，轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.6%；同时一侧受压钢筋的配筋率不应小于0.2%，受拉

10、钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。另一方面，考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量，全部纵筋配筋率不宜超过5%。全部纵向钢筋的配筋率按r =(As+As)/A 计算，一侧受压钢筋的配筋率按 r =As/A计算，其中A为构件全截面面积。纵向钢筋受压构件的配筋构造要求 为使钢筋骨架具有必要的刚度，柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于12mm，且选配钢筋时宜根数少而粗可以减小钢筋在施工阶段的纵向弯曲，节省箍筋用量，但对矩形截面根数不得少于4根，圆形截面根数不应少于6根，且应沿周边均匀布置。 纵向钢筋的保护层厚度要求见P29表1-7、1-8，且不小于钢筋直径d。 当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净距不小

11、于50mm； 对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小净距应按梁的规定取值。 偏心受压柱中，垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋及轴心受压柱中各边的纵向受力钢筋，其中距不宜大于300mm。第六章 受压构件承载力计算受压构件的配筋构造要求箍 筋 柱中箍筋的主要作用是固定纵向钢筋位置和防止纵筋被压屈服 受压构件中箍筋应采用封闭式，其直径不应小于d/4，且不小于6mm，此处d为纵筋的最大直径。 箍筋间距不应大于400mm，也不应大于截面短边尺寸；箍筋间距不应大于15d，此处d为纵筋的最小直径。 当柱中全部纵筋的配筋率超过3%，箍筋直径不应小于8mm，且箍筋末端应应作成135的弯钩，弯钩末端平直段长度

12、不应小于10箍筋直径，或焊成封闭式；此时，箍筋间距不应大于10倍纵筋最小直径，也不应大于200mm。 当柱截面短边大于400mm，且各边纵筋配置根数超过多于3根时，或当柱截面短边未大于400mm，但各边纵筋配置根数超过多于4根时，应设置复合箍筋。在纵向钢筋的搭接长度范围内，箍筋的间距应加密，不应大于10d，且不应大于200mm，此处d为搭接纵筋的最小直径。受压构件的配筋构造要求箍筋复合箍筋复合箍筋拉筋内折角不应采用内折角不应采用复杂截面的箍筋形式 对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以防止箍筋受拉时使折角处混凝土破损。62 偏心受压构件-正截面承载力计算一、偏心受压构件的破坏形态M=

13、N e0AssAM=N e0NAssANAssAM=N e0NAssA=ANe0ssA63 钢筋混凝土柱下根底设计常见根底形式：独立柱根底柱下单独根底、扩展根底、条形根底；筏板式根底：犹如，倒置的楼盖、倒置的 无梁楼盖；桩根底:一、柱下独立根底的形式按受力形式,柱下独立根底有： 轴心和偏心受压两种. 按施工方法, 柱下独立根底可分为： 预制和现浇两种。 为减少现浇混凝土量, 节约模板,加快施工进度,可采用半装配的板肋根底,即将杯口和肋板预制,在现场与底板浇筑成整体. 柱下单独根底的设计 柱下单独根底的设计的主要内容为：A、按地基承载力确定根底地面尺寸;B、按受冲切承载力确定根底高度和变阶处的高

14、度;C、按根底受弯承载力计算底板配筋、构造处理和绘制施工图等。一确定根底底面尺寸根底底面尺寸是根据地基承载力和地基变形条件确定的。假定：根底是绝对刚性且地基土反力为线形分布的。 轴心受压柱下单独根底轴心受压时， 假定根底底面的压力为均匀分布，设计时应满足下式要求。设计时对于平安等级为一级的建筑物及特殊情况下的二极建筑物，除了根据上述地基承载力确定根底底面尺寸以外，还需要确定地基变形验算。 偏心受压柱下单独根底当偏心荷载作用下根底底面 ahNkMkVkPkminPkmaxNbothNkMkVkPkminPkmaxNbotPkmaxPkmaxe0e0=a/6当偏心荷载作用下根底底面 全截面受压时：

15、ahNkMkVkPkminPkmaxNbot当偏心荷载作用下根底底面 全截面受压时：ahNkMkVkPkminPkmaxNbote0e0a/6时当偏心荷载作用下根底底面 s=3chNkMkVkPkminPkmaxNbote0e0a/6时c二确定根底高度根底高度应满足两个要求，构造要求、满足柱与根底交接处混凝土抗冲切承载力的要求。设计时，一般是根据构造要求先假定根底高度，然后验算， 如果不满足，那么要增大高度重新验算，直至满足。当根底底面落在 线以内时， 可不验算。ahNkMkVkPkminPkmaxNbote0a三计算根底底板的配筋hNkMkVk11bacbc22Pn,maxPn,minP1a

16、三计算根底底板的配筋hNkMkVk11bacbc22Pn,maxPn,minP1a三计算根底底板的配筋hNkMkVk11bacbc22Pn,maxPn,minP1柱下单独根底的构造要求形状：轴心受压根底一般采用正方形; 偏心受压根底的底面应采用矩形，长、短边长 的比值在不宜超过。材料：根底的混凝土不应低于C20；垫层多采用素C10砼，厚度一般采用100。垫层面积比根底底面积大 通常每端伸出根底边100； 底板受力钢筋一般采用一级和二级钢筋，其最小直径不宜小于8，间距不宜大于200，其他尺寸：锥形根底的边缘高度不宜小于300 阶形根底的每阶高度300500； 有垫层的根底，钢筋净保护层厚不应小于

17、40mm,无垫层的根底，钢筋净保护层厚不应小于70mm；根底底板的边长大于3m，沿此方向的钢筋长度可减少10%，但应该交错配置。对于现浇柱根底，如与柱不同时浇注，其插筋的根数与直径应与柱内纵向钢筋相同，插筋的锚固及与柱的纵向受力钢筋的搭接长度，应符合规定。 实验课程墙下条形扩展根底设计轴心受压时， 假定根底底面的压力为均匀分布，设计时应满足下式要求。设计时对于平安等级为一级的建筑物及特殊情况下的二极建筑物，一确定根底宽度二确定根底高度 条形根底与独立柱根底同根底高度应满足两个要求，构造要求、满足柱与根底交接处混凝土抗冲切承载力的要求。设计时，一般是根据构造要求先假定根底高度，然后验算， 如果不

18、满足，那么要增大高度重新验算，直至满足。当根底底面落在 线以内时， 可不验算。ahNkPj构造要求：梯形截面根底的边缘高度，一般不小于200mm。根底高度小于等于250mm时，可做成等厚板。根底砼强度不应低于C20。根底下的垫层厚度一般为100mm，每边伸出根底50-100mm，垫层砼强度为C15。底板受力钢筋10mm，间距100-200mm。混凝土保护层厚度40mm/70mm。墙下钢筋砼条形根底纵向分布筋 8mm，间距300mm.ahNkPj受力钢筋分布筋预制根底的杯口形式和柱的插入深度当为双柱，可采用双杯口，也可采用单杯口形式。预制柱插入根底杯口的深度应满足要求，同时还应该满足柱纵向钢筋锚

19、固长度的要求和柱吊装时稳定的要求。 柱截面长边 杯底厚度 杯壁厚度 尺寸h(mm) (mm) (mm) h500 150 150200500h800 200 200800 h1000 200 300 1000h1500 250 350 1500h2000 300 400根底的杯底厚度和杯壁厚度 表13-11无短柱根底杯口的配筋构造当柱为轴心或小偏心受压且或大偏心受压且t/ h20.75, 杯壁可不配筋； 当柱为轴心或小偏心受压且0.5 t/h2bb故该根底高度满足受冲切承载力要求4根底底板配筋计算 沿根底长边方向，对柱边截面处的弯矩M1按式1322计算变阶处截面的弯矩为变阶处有效高度 ，那么沿

20、根底短方向的计算与上相仿，但按轴心受压考虑，此处从略。根底施工图如下图。故根底长方向应按As配筋，现配置 1610 ，根底施工图 (一)下一个返回根底施工图(二)图1370b返回小 结一、轴心受压构件 二、偏心受压构件破坏、计算、构造要求大偏心受压破坏小偏心受压破坏附加偏心距ea：e0为相对偏心距。偏心距：偏心距增大系数：1考虑偏心距对截面曲率影响的修正系数； 2考虑构件长细比对截面曲率影响的修正系数；l0h=1530时,按上式计算l0h15，2 = 1 六、主惯性轴和主惯性矩主轴 主惯性矩主形心轴 主形心惯性矩七、平面图形几何性质的几何意义 1. 静矩：图形的形心相对于指定坐标轴之间距离的远

21、近程度；2. 极惯性矩：图形面积相对于指定坐标原点之间分布的集中 或分散程度；3. 惯性矩：图形面积相对于指定坐标轴间分布的集中或分散 程度；4. 惯性积：图形面积相对于指定的一对正交坐标轴之间分布的集中或分散程度。 fyAsNeh e i N轴向力设计值； e轴向力作用点至受拉钢筋As合力点之间的距离 轴向力作用点至受拉钢筋As合力点之间的距离偏心受压构件的计算公式 s受拉钢筋应力；As受拉钢筋面积； As受压钢筋面积；b宽度； x 受压区高度；fy受压钢筋屈服强度 ；对于大偏心受压：公式适用条件：对于小偏心受压：小偏心受压构件中钢筋的应力s混凝土强度等级C50时，1。大小偏心分界限 b即x bh0属于大偏心破坏形态 b即x bh0属于小偏心破坏形态但与钢筋面积有关，设计时无法根据上述条件判断。界限破坏时:= b，由平衡条件得 fyAsNb代入并整理得： 由上式知，配筋率越小，e0b越小，随钢筋强度降低而降低，随混凝土强度等级提高而降低，当配筋率取最小值时， e0b取得最小值，假设实际偏心距比该最小值还小，必然为小偏心受压，将最小配筋率及常用的钢筋和混凝土强度代入上式得到e0b大