建筑力学与结构 第5版 课件 项目12 设计柱

项目12设计柱建筑力学与结构BuildingMechanicsandStructures任务1受压构件的构造要求CONTENTS目录材料强度要求01确定截面形式和尺寸02纵向受力钢筋03箍筋04教学目标1.培养学生的规范意识、标准意识、质量意识和严谨的工作态度。2.培养学生精益求精的职业操守和法律意识。

1.能够选择柱的材料。2.能估算柱的截面尺寸。3.能处理柱中纵向钢筋的连接。4.能设置复合箍筋。

1.了解材料强度要求。2.理解截面形式和尺寸要求。3.掌握纵向受力钢筋和箍筋的设置要求。知识目标能力目标素质目标PART01材料强度要求1.受压构件计算分类(a)轴心受压

(b)单向偏心受压(c)双向偏心受压受压构件轴心受压构件偏心受压构件单向偏心受压构件双向偏心受压构件2.材料强度要求混凝土：宜采用较高强度等级的混凝土，一般采用C25及以上等级的混凝土。钢筋：不宜选用高强度钢筋，一般采用HRB400和HRB335。PART02确定截面形式和尺寸1.截面形式和尺寸（1）截面形状：正方形、矩形、圆形、环形。（2）截面尺寸：截面尺寸一般应符合

≤25及

≤30

（其中

为柱的计算长度，h和b分别为截面的高度和宽度）

对于方形和矩形截面，其尺寸不宜小于250×250mm。为了便于模板尺寸模数化，柱截面边长在800mm以下者，宜取50mm的倍数；在800mm以上者，取为100mm的倍数。PART03纵向受力钢筋1.布置方式

（1）设置纵向受力钢筋的目的协助混凝土承受压力；承受可能的弯矩，以及混凝土收缩和温度

变形引起的拉应力；防止构件突然的脆性破坏。（2）布置方式轴心受压柱的纵向受力钢筋应沿截面四周均匀对称布置；偏心受压柱的纵向受力钢筋放置在弯矩作用方向的两对边；圆柱中纵向受力钢筋宜沿周边均匀布置。

2.构造要求（3）构造要求：①直径：纵向受力钢筋直径d不宜小于12mm，通常采用12～32mm一般宜采用根数较少，直径较粗的钢筋，以保证骨架的刚度。②根数：方形和矩形截面柱中纵向受力钢筋不少于４根，圆柱中不宜少于8根且不应少于6根。③间距：纵向受力钢筋的净距不应小于50mm，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的中距不宜大于300mm。对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小净距距可按梁的有关规定采用。3.配筋要求

④纵向受力钢筋配筋率：最小配筋率：全截面HPB300、HRB3350.6％

HRB4000.55％

HRB5000.5％

单侧0.2％最大配筋率：全截面不宜超过5％；单侧一般不超过3％，通常在0.5％～2％之间。

⑤偏心受压柱配筋方式：对称配筋、非对称配筋

对称配筋：在柱的弯矩作用方向的两对边对称布置相同的纵向受力钢筋。

非对称配筋：在柱的弯矩作用方向的两对边布置不同的纵向受力钢筋。4.纵向构造钢筋⑥偏心受压柱纵向构造钢筋的设置600mm≤h≤1000时，应设一道直径10~16mm的纵向构造钢筋。1000mm<h≤1500时，应设两道直径10~16mm的纵向构造钢筋。PART04箍筋1.作用分

（1）作用

固定纵向受力钢筋，保证纵向钢筋的位置正确；

承受偏心受压构件由于压弯产生的剪力；

防止纵向钢筋压屈，从而提高柱的承载能力。鲁班奖工程案例中，使用角钢预制的可调节式定位箍来控制柱筋间距

2.构造要求分（2）构造要求

受压构件中的周边箍筋应做成封闭式。箍筋直径不应小于d/4（d为纵向钢筋的最大直径），且不应小于6mm。箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸，且不应大于15d（d为纵向受力钢筋的最小直径）。

在纵筋搭接长度范围内，箍筋的直径不宜小于搭接钢筋直径的0.25倍。箍筋间距，当搭接钢筋为受拉时，不应大于5d（为受力钢筋中最小直径），且不应大于100mm；

当搭接钢筋为受压时，不应大于10d，且不应大于200mm；3.复合箍筋的设置分

(3）复合箍筋的设置

设置条件：当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵向受力钢筋多于3根时，或当柱截面短边尺寸不大于400mm但各边纵向钢筋多于4根时，应设置复合箍筋，以防止中间钢筋被压屈。复合箍筋的直径、间距与前述箍筋相同。3.复合箍筋的设置分复合箍筋的设置数量：设置复合箍筋后，纵向受力钢筋每隔一根都要位于箍筋的转角处。对于截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋箍筋。其原因是，内折角处受拉箍筋的合力向外。

THANKS感谢聆听项目12设计柱建筑力学与结构BuildingMechanicsandStructures任务2设计轴心受压柱CONTENTS目录轴心受压柱的受力特点和破坏形态01轴心受压构件的基本计算公式02轴心受压构件的设计03教学目标1.培养通过力学思想和方法分析问题和解决问题的能力。2.培养学生工匠精神、爱国主义精神、职业荣誉感。

1.能设计轴心受压柱。

1.理解轴向受压柱的工作机理。2.掌握轴心受压柱承载力计算公式。知识目标能力目标素质目标PART01

轴心受压柱的受力特点和破坏形态1.轴心受压柱的破坏特征

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

28lo/b

8短柱

lo/i

>28长柱PART02轴心受压构件

的计算公式1.轴心受压构件的承载力计算

–––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。2.稳定系数PART03轴心受压构件的设计1.截面设计分已知：b

h，fc,f

y,l0,N,求A

s

由公式

知，仅有一个公式需求解三个未知量

、A和

，无确定解，故必须增加或假设一些已知条件。一般可以先假定

，配筋率～（一般取1%），然后代入公式估算出构件截面面积A，根据A来选定实际的构件截面尺寸。再由长细比查表12-2确定稳定系数，代入公式求实际的

，最后验算是否满足配筋率的要求。2.截面复核分已知：b

h，fc,f

y,l0,A

s,求Nu

已知构件截面尺寸b×h及纵向受压钢筋的面积

，材料强度设计值

、

，构件的计算长度

。求柱所能承担的轴心压力设计值。

截面复核比较简单，只需将有关数据代入公式

，

即能求出柱所能承担的轴心压力设计值。THANKS感谢聆听项目12设计柱建筑力学与结构BuildingMechanicsandStructures任务3设计偏心受压柱CONTENTS目录N-M相关曲线02长细比对承载力的影响03计算中的两个问题04偏心受压承载力计算05偏心受压构件的受力性能01对称配筋承载力计算06教学目标1.培养学生的规范意识、标准意识、质量意识和严谨的工作态度。2.培养学生精益求精的职业操守和法律意识。

1.能判断偏心受压构件。2.能验算偏心受压柱的承载力。

1.了解偏心受压柱的工作机理。2.了解偏心受压柱承载力计算公式。知识目标能力目标素质目标PART01偏心受压构件的受力性能1.受拉破坏

当轴向压力偏心距较大，且受拉钢筋配置不太多时，构件发生受拉破坏。在这种情况下，构件受轴向压力N后，离N较远一侧的截面受拉，另一侧截面受压，如图12-15（a）。当N增加到一定程度，首先在受拉区出现横向裂缝，随着荷载的增加，裂缝不断发展和加宽，裂缝截面处的拉应力全部由钢筋承担。荷载继续加大，受拉钢筋首先达到屈服，并形成一条明显的主裂缝，随后主裂缝明显加宽并向受压一侧延伸，受压区高度迅速减小。最后，受压区边缘出现纵向裂缝，受压区混凝土被压碎而导致构件破坏。此时，受压钢筋一般也能屈服，如图12-15（b）。2.受压破坏

当构件的轴向压力的偏心距较小，或偏心距较大且配置的受拉钢筋过多时，就发生受压破坏。当偏心距较大，但纵筋的配筋率很高时，虽然同样是部分截面受拉，但受拉区裂缝出现后，受拉钢筋应力增长缓慢。破坏是由于受压区混凝土到达其抗压强度被压碎，破坏时受压钢筋到达屈服，而受拉一侧钢筋应力未达到其屈服强度，破坏形态与超筋梁相似，如图(a)。

当偏心距较小，加荷后整个截面全部受压或大部分受压，如图(b)。3.两类偏心受压破坏的界限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。PART02N-M相关曲线N-M相关曲线

对于给定截面、配筋及材料强度相同但偏心距e0不同的偏心受压构件，进行试验得到破坏时每个构件所承受的不同轴向力和弯矩。图12-17所示，到达承载能力极限状态时，截面承受的内力设计值N、M并不是独立的，而是相关的。轴向力与弯矩对于构件的作用效应存在着叠加和制约的关系。PART03

长细比对偏心受压构件承载力的影响长细比对偏心受压构件承载力的影响

在截面和初始偏心距相同的情况下，长柱、短柱、细长柱侧向挠度的大小不同，影响程度会有很大差别，将产生不同的破坏类型，如图。

对于短柱，属于材料破坏。因此，对于短柱，可以忽略侧向挠度的影响。

对于长柱，侧向挠度与附加偏心距相比已不能忽略，长柱是在侧向挠度引起的附加弯矩作用下发生的材料破坏。PART04

偏心受压构件正截面受压承载力计算中的两个问题1.附加偏心距

由于混凝土的非均匀性及施工偏差等原因，实际偏心受压构件轴向力的偏心距有可能增大或减小，即使轴心受压构件也不存在。显然，偏心距的增加会使截面的偏心弯矩增大，考虑这种不利影响，现取式中：——实际的初始偏心距；——轴向力的偏心距，——附加偏心距，《混凝土结构设计规范》规定附加偏心距取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30两者中的较大值。

2.弯矩增大系数

对于短柱，可以忽略侧向挠度的影响。故《混凝土结构设计规范》规定：对于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的要求，可不考虑该方向构件自身挠曲产生的附加弯矩影响；当不满足下式时，需按截面的两个主轴方向分别考虑构件自身挠曲产生的附加弯矩影响。

对于长柱、细长柱在设计中应考虑附加挠度对弯矩增大的影响，故引入偏心距调节系数和弯矩增大系数来表示柱端附加弯矩。《混凝土结构设计规范》规定：除排架结构柱以外的偏心受压构件，在其偏心方向上考虑构件自身挠曲影响（附加弯矩）的弯矩设计值取为：PART05

矩形截面偏心

受压构件正截面受压承载力计算公式1.矩形截面大偏心受压构件正截面受压承载力计算公式2.矩形截面小偏心受压构件正截面受压承载力计算公式PART06

对称配筋矩形

截面偏心受压构件正截面受压承载力计算对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算分对称配筋：

对称配筋构造简单，施工方便，尤其适用于构件在承受不同荷载时可能产生不同符号弯矩的情况，是偏心受压柱最常用的配筋形式。但对称配筋用钢量大，不经济。偏心受压构件正截面承载力计算的基本假定与受弯构件相同根据基本假定可画出偏心受压构件的应力图，进而得出正截面承载力计算公式。对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算分–––大偏心受压（1）大小偏心受压的判别–––小偏心受压根据已知条件，求纵向受力钢筋面积对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算分当x≤xb时当x>xb时—受拉破坏(大偏心受压)—受压破坏(小偏心受压)THANKS感谢聆听项目12设计柱建筑力学与结构BuildingMechanicsandStructures任务4柱的施工图绘制CONTENTS目录列表注写方式01截面注写方式02教学目标1.培养学生的规范意识、标准意识、质量意识和严谨的工作态度。2.培养学生精益求精的职业操守和法律意识。

1.能熟练识读柱的平法施工图。

1.掌握柱的平法施工图绘制规则。知识目标能力目标素质目标PART01列表注写方式1.柱的分类1.柱的分类框架柱转换柱芯柱2.柱的列表注写方式

柱平法施工图是在柱平面布置图上，采用列表注写方式或截面注写方式表达柱的尺寸、配筋信息等内容。列表注写方式

柱的列表注写方式是指在柱平面布置图上，对所有的柱编号，然后在同一编号的柱中选择一个截面标注几何参数代号，在柱表中注写柱号、柱段起止标高、几何尺寸及配筋的具体数值，并配以各种柱截面形状及其箍筋类型图。2.柱的列表注写方式柱编号起止标高截面尺寸纵筋箍筋2.柱的列表注写方式类型代号和序号柱编号2.柱的列表注写方式

各段柱的起止标高自柱的根部往上变截面或截面未变但配筋改变为界分段注写。起止标高

如图中所示，KZ1从-4.530到59.070的标高范围内，截面尺寸和配筋都发生了变化，因此将它的标高分为4段，每一段分别注写截面尺寸和配筋。2.柱的列表注写方式截面尺寸需标注总尺寸及每根柱在X方向和Y方向与轴线的相互关系。截面尺寸截面尺寸b×h及与轴线关系的几何参数b1、b2和h1、h2的具体数值。矩形柱b=b1+b2，h=h1+h22.柱的列表注写方式注写纵筋时，需