混凝土结构设计原理ch6.1轴心受力分解

本章要点第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算（StrengthofReinforcedConcreteAxiallyLoadedMembers)了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程；

驾驭轴心受拉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。

了解建筑工程轴心受力构件与马路桥涵轴心受力构件计算方法的相同与不同之处。6.1概述◆轴心受拉构件——纵向拉力作用线与构件截面形心线重合的构件;◆轴心受压构件——纵向压力作用线与构件截面形心线重合的构件轴心受拉在实际结构中，志向的轴心受拉构件是不存在的。由于施工制造误差、荷载位置的偏差、混凝土不匀整性等缘由，往往存在确定的初始偏心距轴心受压在实际结构中，志向的轴心受压构件是不存在的。由于施工制造误差、荷载位置的偏差、混凝土不匀整性等缘由，往往存在确定的初始偏心距以恒载为主的等跨多层房屋内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算框架结构中的柱(ColumnsofFrameStructure)工程实例cAAs6.2.1受力过程及破坏特征6.1钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算（StrengthofReinforcedConcrete

AxialTensileMember）NN1、第一阶段：加载起先到混凝土开裂2、其次阶段：混凝土开裂到钢筋屈服3、第三阶段：钢筋屈服到构件破坏6.2.2建筑工程中钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算1.计算公式…3-1N——拉力的组合设计值；fy

——

钢筋抗拉强度设计值；As

——全部纵向钢筋面积。2.构造要求（DetailingRequirements)箍筋直径d≥6mm,间距s≤200mm。

纵筋应沿截面周边匀整对称布置，并宜优先接受直径较小的钢筋。钢筋连接有绑扎连接、焊接连接、螺栓连接、套筒挤压连接等多种方式。轴拉构件不得接受绑扎的搭接接头。纵筋一侧配筋率，且。（为混凝土轴心抗拉强度设计值）6.3钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算（StrengthofReinforcedConcreteAxialCompressiveMembers）6.3.1概述实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱依据箍筋的作用及配置方式分为两种：一般箍筋柱（TiedColumns）有纵向钢筋和一般箍筋的柱螺旋箍筋柱（SpiralColumns)有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱普通钢箍柱TiedColumns螺旋钢箍柱SpiralColumns纵筋的作用：①提高承载力，减小截面尺寸②提高混凝土的变形实力③抗拒构件的偶然偏心④减小混凝土的收缩与徐变横向箍筋的作用：①防止纵向钢筋受力后压屈②改善构件破坏脆性③当接受密排箍筋时还能约束核芯内混凝土，提高其极限应变值④固定纵向钢筋位置,与纵筋形成骨架，保证骨架刚度。6.3.2配有一般箍筋的轴心受压构件1.受力分析及破坏特征短柱与长柱

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简洁形成短柱。l0/i≤28

(l0

为柱计算长度，

i为回转半径。)

矩形截面柱，

l0/b≤8

受压短柱的破坏过程在起先加载时，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支配。随着荷载的增加，混凝土出现塑形变形，钢筋的应力比混凝土应力增加更快，产生内力重分布。随着荷载的接着增加，柱中起先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在接近破坏荷载时，柱身出现很多明显的纵向裂缝，混凝土疼惜层剥落，箍筋间的纵筋被压屈向外鼓出，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（0.0021），钢筋的应力最大可达到420MP，一般钢筋可屈服。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分在于：由于偏心所产生的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必需考虑。

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，横向挠度快速发展，构件失去平衡，最终将凸边的混凝土拉断。《混凝土结构设计规范》接受稳定系数来表示长柱承载力的降低程度。2.建筑工程配有一般箍筋的轴压构件计算…3-3计算简图fcf’yA’sNf’yA’sA’s——

全部纵向受压钢筋面积；——

构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于0.03时，A采用

；——为了保持与偏心受压构件正截面承载力计算具有相近的可靠度而引进的系数。j

——稳定系数；——钢筋抗压强度设计值；——

混凝土轴心抗压强度设计值；3.桥涵工程中配有一般箍筋的轴压柱承载力…3-4——稳定系数；——纵向受压钢筋抗压强度设计值。4.构造要求材料：混凝土宜高一些C25-C40，钢筋宜用HRB400级,HRB500。截面：b≥250mm,l0/b≤30。纵筋：d≥12mm,圆柱中根数≥6，

≤

5％(一般1%-2%)；最小配筋率（一侧和全部）满足规范要求。

300mm≥

@≥50mm,c≥20mm。

小结：截面设计计算步骤已知轴心压力设计值N、材料强度设计值（fc、fy），构件长度和支撑状况（或l0已知），求配筋面积。1、假定和令由公式，得截面面积，2、由上公式

得纵向受压筋截面面积截面设计应留意的问题1、配筋率应以构件全截面面积为分母计算求得；2、检查是否满足全截面最小配筋率和单侧最小配筋率及最大配筋率的要求；3、计算高度受支撑条件的影响；4、实际配筋面积与计算配筋面积的误差限制在5%左右较为合理。截面复核已知轴心压力设计值N、材料强度设计值（fc、fy），构件长度和支撑情况（或l0已知），配筋面积已知，求是否满足。

箍筋：封闭式d≥6mm,≥d纵（最大）

/4；

s≤400mm及短边尺寸,≤15d纵（最小）。6.3.3配有螺旋箍筋的轴心受压构件1.受力分析及破坏特征螺旋箍筋对混凝土变形产生约束，使其承载力提高。

箍筋：当纵向配筋率大于3%，d≥8mm,s≤200mm,≤10d纵（最小）

；

箍筋：当柱短边尺寸大于400mm且各边纵筋大于3根或短边尺寸不大于400mm但纵筋多于4根时，接受复合箍筋；Nc素混凝土柱一般钢筋混凝土柱螺旋箍筋钢筋混凝土柱荷载不大时螺旋箍柱和一般箍柱的性能几乎相同疼惜层剥落使柱的承载力降低螺旋箍筋的约束使柱的承载力提高标距NcNc2.配有螺旋式箍筋或焊接环式间接钢筋的轴心受压构件正截面抗压承载力计算方法核心区混凝土三轴受压状态的产生3-5

dcorfyAss1S3-6dcorrfyAss1fyAss1fy——箍筋抗拉强度设计值Acor——混凝土核心截面面积Asso——箍筋的换算截面面积Ass1——螺旋箍筋的截面面积dcor——核心混凝土直径S——螺旋箍筋的间距螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式代入3—6有3-73-83-93-10——间接钢筋对混凝土约束的折减系数，接受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，则会在远未达到极限承载力之前疼惜层产生剥落，从而影响正常运用。《规范》规定：●按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按一般箍筋柱受压承载力的50%。◆对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不是全部受压，螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。《规范》规定：●对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。◆螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距s有关，为保证有确定约束效果，《规范》规定：●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dcor/5，且不大于80mm，同时为便利施工，s也不应小于40mm。例题：螺旋箍筋柱设计某大厅底层门厅现浇钢筋混凝土柱，承受轴心压力设计值N=1500KN，从基础顶面至二层楼面的高度为5.7m，依据建筑设计要求，柱的截面为圆形，直径为350mm。混凝土强度等级为C30（fc=14.3N/mm2），纵筋接受HRB400（fy’=360N/mm2)，箍筋接受HRB335级钢筋（fy=300N/m