混凝土结构设计原理

轴心受力构件轴心受力构件主要内容：了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程；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；熟悉轴心受力构件的构造要求。重点：轴心受压构件承载力计算轴心受力构件轴心受压构件承载力计算1轴心受压构件的实际应用

多高层建筑中的框架柱，单层工业厂房中屋架的上弦杆，桥梁结构中的桥墩，拱、桩等均属于受压构件。利用混凝土构件承受以轴向压力为主的内力，可以充分发挥混凝土材料的强度优势，因而在工程结构中混凝土受压构件应用比较普遍。建筑实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的，这是因为：

通常施工制造的误差、荷载作用位置的不确定性、混凝土质量的不均匀性等，使得上述构件存在一定的初始偏心距。轴心受力构件轴心受压构件承载力计算框架结构中的柱(ColumnsofFrameStructure)轴心受压轴心受力构件轴心受压构件承载力计算屋架结构中的上弦杆(TopChordofRoofTrussStructure)轴心受拉轴心受力构件轴心受压构件承载力计算桩基础(PileFoundation)轴心受压轴心受拉构件受力过程及破坏特征一建筑工程中的轴拉构件1计算公式－1N——拉力的组合设计值；fy

——

钢筋抗拉强度设计值，

fy

300N/mm2

；As

——纵向钢筋面积。某钢筋混凝土屋架下弦的拉力设计值N=700KN，采用HRB335级钢筋配筋。试求所需纵向受力钢筋面积，并为其选用钢筋。【解】2.构造要求箍筋直径d≥6mm,间距s≤200mm(腹杆中s≤150mm)。

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。

不得采用绑扎的搭接接头。

纵筋一侧配筋率，且。（为混凝土轴心抗拉强度设计值）轴心受力构件轴心受压构件承载力计算二轴心受压构件

实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱按照箍筋的作用及配置方式分为两种：

普通箍筋柱（TiedColumns）配有纵向钢筋和普通箍筋的柱

螺旋箍筋柱（SpiralColumns）配有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱纵筋的作用：

提高承载力，减小截面尺寸提高混凝土的变形能力抵抗构件的偶然偏心减小混凝土的收缩与徐轴心受力构件轴心受压构件承载力计算普通钢箍柱TiedColumns螺旋钢箍柱SpiralColumns2/2轴心受力构件轴心受压构件承载力计算1短柱与长柱

短柱（ShortColumns）是如何形成的？我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称为短柱。在实际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地下车库的柱子，以及楼梯间处的柱都容易形成短柱。窗间墙的短柱轴心受力构件轴心受压构件承载力计算

受压短柱的破坏过程

在开始加载时，混凝土和钢筋都处于弹性工作阶段，钢筋和混凝土的应力基本上按弹性模量的比值来分配。

随着荷载的增加，混凝土应力的增加愈来愈慢，而钢筋的应力基本上与其应变成正比增加，柱子变形增加的速度就快于外荷增加的速度。随着荷载的继续增加，柱中开始出现微小的纵向裂缝。应力轴力混凝土的应力增长钢筋应力增长轴心受压构件轴心受压构件承载力计算

在临近破坏荷载时，柱身出现很多明显的纵向裂缝，混凝土保护层剥落，箍筋间的纵筋被压曲向外鼓出，混凝土压碎。

柱子发生破坏时，混凝土的应变达到其抗压极限应变，而钢筋的应力一般小于其屈服强度。轴心受力构件轴心受压构件承载力计算

什么是长柱（SlenderColumns）我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为长柱。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。轴心受力构件轴心受压构件承载力计算

轴心受压长柱的破坏过程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。构件破坏时，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，最后将凸边的混凝土拉断。《混凝土结构设计规范》采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度。轴心受压长柱稳定系数φ

主要与柱的长细比l0/b有关，稳定系数的定义如下：轴心受压构件承载力计算l0/bl0/dl0/iφl0/bl0/dl0/iφ≤8≤728≤1.030261040.52108.5350.9832281110.481210.5420.953429.51180.441412480.9236311250.41614550.8738331320.361815.5620.814034.51390.322017690.754236.51460.292219760.744381530.262421830.6546401600.232622.5900.64841.51670.212824970.5650431740.19《规范》给出的稳定系数与长细比的关系轴心受力构件轴心受压构件承载力计算2普通箍筋柱受压承载力的计算

计算简图fcf’yA’sNf’yA’sA’s

计算公式轴心受力构件

例题1某无侧移多层现浇框架结构的第二层中柱，承受轴心压力设计值，柱的计算长度，混凝土强度等级为（），用HRB400级钢筋配筋（），环境类别为一类。试设计该截面。

解（1）假定则由公式可求得采用正方形截面，则取

（2）计算及则由表查得。（3）求选用4根直径是18mm的三级钢筋，。故计算中取是可行的(如果所得则在计算值时，应扣除值，重新计算)。符合最小配筋率的要求。轴心受压构件承载力计算

核心区混凝土三轴受压状态的产生3轴心受压螺旋式箍筋柱正截面承载力计算fyAss1

dcorfyAss1S轴心受力构件轴心受压构件承载力计算f——为被约束后混凝土的轴心抗压强度;β——为系数。混凝土受到的径向压应力值的计算方法螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式轴心受力构件轴心受拉构件承载力计算《混凝土结构设计规范》有关螺旋箍的规定：

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50%。

对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。

螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋A‘s

面积的25%

螺旋箍筋的间距s不应大于80mm及dcor/5，也不应小于40mm。轴心受力构件例题3某大楼底层门厅内现浇钢筋混凝土柱，承受轴心压力设计值计算长度根据建筑设计要求，柱的截面为圆形,直径混凝土强度等级为C30()纵筋采用HRB400级钢筋（），箍筋采用HRB335级钢筋（），试确定柱的配筋。解（１）判别是否可采用螺旋箍筋柱（可设计成螺旋箍筋柱）（２）求假定则选用10直径是20mm三级钢筋，

（３）求混凝土保护层厚度为30mm，则由公式可得（４）确定螺旋箍筋直径和间距假定螺旋箍筋直径，则单根螺旋箍筋截面面积由公式可得取（满足构造要求）。（５）复核混凝土保护层是否过早脱落

轴心受拉构件承载力计算工程实际中的轴心受拉构件包括桁架式屋架的受拉杆、拱的拉杆以及水池的池壁等。轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过程分为三个阶段：从加载到砼受拉开裂前，为弹性阶段；砼开裂后到钢筋即将屈服，为第二阶段；受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服，为第三阶段，此时混凝土裂缝开展很大，可以认为构件达到了破坏状态。破坏特征：轴心受拉构件破坏时，混凝土不承受拉力，全部拉力由钢筋来承受。轴心受拉破坏时混凝土裂缝贯通，纵向拉钢筋达到其受拉屈服强度，正截面承载力公式如下：

——纵向钢筋抗拉强度设计值；N