第5章-受压构件正截面的性能与设计

第5章

受压构件正截面的性能与设计

轴心受压构件：纵向压力作用线与构件截面形心轴线重合。偏心受压构件：纵向压力作用线与构件截面形心轴线不重合；或既有轴心压力，又有弯矩等作用。

偏心受压分为单向偏心和双向偏心。受压构件：承受轴向压力为主的构件。

典型构件：柱、墙、桁架的受压杆件等。

受压构件往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，将导致整个结构的损坏，甚至倒塌。5.1受压构件的构造要求

一、截面形式及尺寸

轴心受压构件多采用方形截面，偏心受压多采用矩形截面。也可根据要求采用其他形式的截面形状。截面尺寸不宜小于250mm。为了避免长细比太大而过多降低构件承载力，构件长细比≤30。当截面尺寸小于等于800mm时，以50mm为模数；当截面尺寸大于800mm时，以100mm为模数。二、材料

宜采用较高强度等级的混凝土，一般为C25-C40。纵向钢筋不宜采用高强度钢筋，宜采用HRB(F)400、HRB(F)

500级，也可采用HRB(F)335级。箍筋一般采用HPB300和HRB335级。

三、纵向钢筋

1、直径、根数：纵向受力钢筋直径d不宜小于12mm，矩形截面纵筋根数不应少于4根，圆形截面纵筋根数不应少于6根，不宜少于8根。

2、纵筋布置：轴心受压构件的纵向钢筋应沿柱截面周边均匀布置；偏心受压构件纵向钢筋应布置偏心方向的两侧，通常沿柱的短边方向设置。圆形截面纵向钢筋应沿截面周边均匀布置。

3、纵筋间距：当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋净距不应小于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。纵筋中距不应大于300mm，混凝土保护层最小厚度为20mm。

4、配筋率：一侧纵向钢筋的配筋率不应小于0.2%，全部纵筋的配筋率不小于0.6%(0.6%

，

0.55%

），详见附表18。

5、构造纵筋：当柱的截面高度h≥600mm时，在侧面应设置直径为10--16mm的纵向构造钢筋，并相应地设置复合箍筋或拉筋。

四、箍筋箍筋应采用封闭式。箍筋直径不应小于6mm，且不应小于d/4。此处d为纵筋的最大直径。箍筋间距不应大于构件截面短边尺寸及400mm，且不应大于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%，箍筋直径不宜小于8mm，间距不应大于纵向受力钢筋最小直径的10倍，且不应大于200mm。箍筋末端应作成135°的弯钩，或焊成封闭式。

当柱截面短边大于400mm，且各边纵筋配置根数多于3根时，或当柱截面短边不大于400mm，但各边纵筋配置根数多于4根时，应设置复合箍筋。◆对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以避免箍筋受拉时使折角处混凝土破损。

按箍筋的形式不同分为配置普通箍筋柱和配置螺旋箍筋柱。本节主要讲述配置普通箍筋柱的承载力计算。5.2

轴心受压构件正截面承载力计算

钢筋混凝土轴心受压构件的特点可以充分发挥混凝土材料的强度优势理想的轴心受压构件几乎是不存在的,构件存在一定的初始偏心距。轴心受压构件的箍筋配置方式普通箍筋柱螺旋箍筋柱hbss普通箍筋柱Dss螺旋箍筋柱箍筋纵筋

在截面尺寸、配筋、强度相同的条件下，长柱的承载力低于短柱，设计时采用采用降低系数来考虑。lo/i

28，lo/b

8，短柱

一、轴心受压柱的破坏形式lo/d7短柱

长柱

二、正截面受压承载力计算公式

–––稳定系数，反映受压构件的承载力随长细比增大而降低的现象。按表5-1采用。A

–––截面面积；NAsfcfyAsbh三、构造要求1、材料强度等级宜采用高强度混凝土，不宜采用高强度钢筋。2、截面形式及尺寸一般采用方形截面。最小边长不宜小于350mm。3、纵向钢筋纵向钢筋的配筋率ρ´=As´/A不得小于0.5%，不宜大于3%，常用配筋率在0.5%~3%范围内；纵向受力钢筋直径d不应小于12mm，数量不应少于4根，并沿柱截面四周均匀、对称布置；柱中纵筋净距不应小于50mm，中距不应大于300mm，混凝土保护层最小厚度为20mm。1、截面设计：已知：bh，fc,f

y,l0,N,求As四、设计计算方法若截面尺寸未知，可先假设估算出截面尺寸，再用公式计算出。可直接求解：例题5-1、5-2。2、截面复核：

安全；否则，不安全。已知：bh，fc,f

y,l0,As,求Nu当NuN，bhAsNe0偏心受压N,M=Ne0压弯构件偏心距e0=0时，为轴心受压构件；当e0→∞时，即N=0时，为受弯构件；偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压构件和受弯构件之间；建筑结构中的钢筋混凝土柱子绝大多数均为压弯构件。破坏形态与相对偏心距和纵筋数量有很大关系5.3偏心受压构件正截面的受力性能一、破坏形态1、大偏心受压破坏（受拉破坏）偏心矩较大且受拉钢筋配置不太多时发生。破坏形态与适筋受弯构件的破坏形态完全相同：受拉钢筋首先达到屈服，然后是受压钢筋达到屈服，最后由于受压区混凝土压碎而导致构件破坏。构件破坏前有明显预兆，裂缝开展显著，变形急剧增大，其破坏属于塑性破坏。

N的偏心距较大，且As不太多。与适筋受弯构件相似.大偏心受压破坏（受拉破坏）cuNfyAs

fyAs

NN(a)(b)e02、小偏心受压破坏（受压破坏）偏心距较小，或者偏心距较大但受拉钢筋配置过多。破坏时混凝土被压碎，受压钢筋屈服，离纵向压力较远一侧的钢筋无论是受压还是受拉，均没有达到屈服。

构件破坏前没有明显预兆，属于脆性破坏。NfyAs

fyAs

NNNsAs

sAs

cmax2cmax1cu(a)(c)(b)eiei小偏心受压破坏（受压破坏）相同之处：截面的最终破坏都是受压区边缘混凝土被压碎，受压钢筋屈服.不同之处：截面破坏的起因不同，受拉破坏是受拉钢筋先屈服而后受压混凝土被压碎；受压破坏是截面的受压部分先发生破坏。界限破坏：在受拉钢筋应力达到屈服强度的同时，受压区混凝土被压碎。二、大小偏心受压破坏的界限大偏心受压小偏心受压界限破坏

大、小偏心受压破坏的界限，可采用受弯构件正截面中的超筋与适筋的界限予以划分。

由于施工误差、计算偏差及材料的不均匀等原因，实际工程中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，引入附加偏心距ea。在正截面压弯承载力计算中，偏心距取理论偏心距e0=M/N与附加偏心距ea之和，称为初始偏心距ei。《规范》规定，附加偏心距ea取20mm与h/30两者中的较大值，此处h是指偏心方向的截面尺寸。三、附加偏心距原始偏心矩：附加偏心矩：初始偏心矩：柱：在压力作用下产生纵向弯曲短柱中长柱细长柱–––材料破坏–––失稳破坏

N0N1N2N0eiN1eiN2eiN1af1N2af2BCADE短柱(材料破坏)中长柱(材料破坏)细长柱(失稳破坏)NM0四、偏心受压构件的纵向弯曲影响结构侧移二阶效应（P-D

效应）

◆由重力在产生了侧移的结构中形成的整体二阶效应，也称“重力二阶效应”（由结构分析解决）。结构侧移二阶效应五、构件截面承载力计算中二阶效应的考虑

杆件挠曲二阶效应(p-d效应)

由轴压力在杆件自身挠曲后引起的局部二阶效应。通常效应起控制作用仅在少数偏压构件中形成，反弯点不在柱高范围内的较细长偏心压杆则有可能属于这类情况。杆件挠曲二阶效应

二阶效应P－d

效应对无侧移的框架结构，二阶效应是指轴向压力在产生了挠曲变形的柱段中引起的附加内力；P－Δ效应对于有侧移的框架结构，二阶效应主要是指竖向荷载在产生了侧移的框架中引起的附加内力。Neil0Nxy

《规范》对二阶效应的分析方法P－Δ效应

计算机计算“考虑几何非线性的弹性有限元法”手算“层增大系数法”或“整体增大系数法”

效应法●弯矩作用平面内截面对称的偏心受压构件，当同一主轴方向的杆端弯矩比M1/M2不大于0.9且设计轴压比不大于0.9时，若构件的长细比满足下式要求时，可不考虑轴向压力在该方向挠曲杆件中产生的附加弯矩影响；否则应按截面的两个主轴方向分别考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的附加弯矩影响。M1、M2—分别为偏心受压构件两端截面按结构分析确定的对同一主轴的组合弯矩设计值，绝对值较大端为M2

，绝对值较小端为M1

，当构件按单曲率弯曲时，取正值，否则取负值

l

c—构件的计算长度，可近似取偏心受压构件相应主轴方向上下支撑点之间的距离；

i—偏心方向的截面回转半径。●考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的二阶效应后控制截面弯矩设计值应按下列公式计算：Cm—构件端截面偏心距调节系数，当小于0.7时取0.7；hns—弯矩增大系数；当Cmhns小于1.0时，取Cmhns

=1.0;对剪力墙类构件，可取Cmhns

=1.0。N—与弯矩设计值M2相应的轴向压力设计值；

5.4

矩形截非对称配筋偏心受压构件正截面承载力计算当

大偏心受压构件计算简图基本公式Asbhash0NueifyAsxea1fc适用条件的处理方法

小偏心受压构件计算简图ss值的确定Asbhash0NueissAsxea1fc基本公式

小偏心受压构件反向受压破坏时的计算Asbhash0Nuei=e0-eafc《混凝土规范》对反向受压的规定对采用非对称配筋的小偏心受压构件，当轴向压力设计值N>fcbh时,为防止As发生受压破坏，

As应满足上式要求;按反向受压破坏计算时，取初始偏心距ei=e0-ea。

大、小偏心受压破坏的设计判别当ei>0.3h0时，可能为大偏压，也可能为小偏压，可先按大偏压设计当ei≤0.3h0

时，为小偏压，按小偏心受压设计

判别式的来源

C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80HRB3350.3580.3370.3220.3120.3040.2990.2950.2970.2990.3020.3050.3090.313HRB400RRB4000.4040.3770.3580.3450.3350.3290.3230.3250.3260.3280.3310.3340.337对称配筋：5.5

矩形截面对称配筋偏心受压构件正截面承载力计算一、大偏心受压：适用条件:当二.、小偏心受压离纵向力较远一侧的钢筋没有达到屈服，应力为对偏心受压构件，还要按轴心受压构件进行垂直于弯矩作用平面的承载力验算。–––大偏心受压1、大小偏心受压的判别三、设计计算–––小偏心受压求纵向受力钢筋面积（一）截面设计2、大偏心受压例5-9、5-10。验算最小