第3章 轴心受力构件承载力

1、第3章轴向受力构件的承载力，第1节：受压构件的一般结构，第2节：轴向受力构件正截面承载力的计算，第3节：轴向受力构件正截面承载力的计算，第3.1节：轴向受力构件的一般结构和概述。对于由单一均匀材料制成的构件，当纵向外力N的作用线与构件截面的质心线重合时，称为轴向受力构件，当它们不重合时，称为偏心受力构件。当轴向压力作用于构件截面的质心时，称为轴向压缩分量，当轴向拉力作用于构件截面的质心时，称为轴向拉力分量。工程实例、结构要求和结构设计是结构设计的重要方面。除了承载力极限状态和正常使用极限状态的计算和设计外，还需要进行结构设计。结构设计是指经过长期工程经验验证，在结构计算中未能详细考虑或难以定量

2、计算，以确保结构安全的合理技术措施。普通箍筋柱、普通箍筋轴力柱由混凝土、纵向钢筋和普通横向箍筋组成。与受压混凝土一起，提高构件截面的受压承载力；纵向钢筋的作用，提高构件的变形能力，改善受压破坏的脆性；承受温度变化引起的可能的偏心弯矩、混凝土收缩和拉应力；减少混凝土的徐变变形。防止纵向钢筋弯曲，并在受力后固定纵向钢筋的位置；横向箍筋的作用，改善构件破坏的脆性；当采用密排箍筋时，可以抑制核心混凝土，提高极限变形值；箍筋和纵向钢筋组成一个骨架，以保证骨架的刚度。材料要求，一般采用C20C50强度等级混凝土，对于高层建筑的底层柱，必要时可采用C50以上的高强混凝土。纵向受力钢筋一般采用HRB400级、

3、RRB400级和HRB500级，不应采用高强度钢筋，因为它们与混凝土一起受压时，不能充分发挥其高强度功能。通常，箍筋由高性能混凝土300、高性能混凝土335和高性能混凝土400钢筋制成，也可使用高性能混凝土400钢筋。在截面设计和结构设计中，根据设计要求和荷载条件，通过经验公式、轴压比和工程经验，预先估算确定截面形式和尺寸。L0/b30和l0/h25常用于充分利用材料强度，避免构件长细比过大和承载力过度降低，l0/h一般为15左右。在轴压下，柱截面通常为正方形或矩形，当有特殊要求时，可以是圆形或多边形。柱截面尺寸在800毫米以下，宜取50毫米的倍数；如果大于800毫米，可能是100毫米的倍数，

4、纵向钢筋，纵向钢筋通过计算确定。原则上，轴心受压柱的纵向钢筋应沿构件的受力方向设置，周围均匀对称布置，成对布置，用箍筋固定，并有足够的混凝土保护层厚度。矩形截面的钢筋数量不应少于4根，圆形截面的钢筋数量不应少于8根和6根。纵向钢筋直径d不应小于12毫米，通常在12毫米至32毫米的范围内。规定受压构件的最小配筋率的目的是改善其脆性特征，避免混凝土的突然倒塌，并能承受收缩和温度引起的拉应力，使受压构件具有必要的刚度和抵抗意外偏心的能力。根据混凝土结构设计规范，轴心受压构件中所有钢筋的最小配筋率为0.6%，轴心受拉构件一侧的最小配筋率为0.20%或45ft/fy，取较大值。当混凝土强度等级为C60或

5、以上时，最小配筋率增加0.1。所有长的配筋率由于混凝土的大部分徐变变形无法恢复，钢筋的回弹可能引起混凝土的拉应力甚至开裂，这一机理将在短柱的受力机理中进一步分析；考虑到经济性和施工方便性。钢筋间距和保护层厚度，纵向钢筋净距不应小于50毫米，最大净距不应大于300毫米.对于水平浇筑的预制柱，纵向钢筋的最小净距在上纵向钢筋的水平方向上不得小于30毫米和1.5毫米(d为钢筋的最大直径)，在下纵向钢筋的水平方向上不得小于25毫米和1.5毫米。钢筋和混凝土一起工作，并有粘结和锚固作用；保护层的作用、耐久性要求；防止突然裂缝的出现。混凝土结构的使用环境类别，混凝土保护层的最小厚度c(mm)，注：1。当混凝

6、土强度等级不大于C25时，表中保护层厚度应增加5mm；2.钢筋混凝土基础应设置混凝土垫层，基础中钢筋的混凝土保护层厚度应从垫层顶面开始计算，不应小于40毫米。箍筋和纵向钢筋组成钢筋骨架，便于纵向钢筋的定位。同时，还可以减少受压纵向钢筋的支撑长度，增强钢骨架的稳定性。箍筋应封闭，其作用是承受大的横向剪力构件，箍筋能与混凝土剪力配合，提高构件的抗剪强度。箍筋对核心混凝土有一定的约束作用。因此，改变了核心部位混凝土的应力状态，提高了混凝土的强度和延性。箍筋间距越小，约束效果越明显。箍筋直径不应小于d/4，且不应小于6mm(d为纵向钢筋的最大直径)。箍筋间距不应大于400mm，构件截面的短边尺寸不应大

7、于15d(d为纵向钢筋的最小直径)。当柱内所有纵筋配筋率超过3%时，箍筋直径不应小于8mm，间距不应大于10d(d为纵筋最小直径)，不应大于200mm。箍筋端部应做成135个弯钩，弯钩端部的直段长度不应小于箍筋直径的10倍；箍筋也可以焊接成一个闭环。当柱截面短边尺寸大于400mm且每边有3根以上纵向钢筋时，或当柱截面短边尺寸小于400mm但每边有4根以上纵向钢筋时，应设置复合箍筋。螺旋箍筋柱、螺旋箍筋轴向受力柱由混凝土、纵向钢筋和横向钢筋组成，横向钢筋采用螺旋或焊接环向钢筋。在采用螺旋或焊接环间接配筋的柱中，如果计算中考虑间接配筋的作用，间接配筋的间距不应大于80mm和dcor/5(核心截面直

8、径由间接配筋的内表面决定)，且不应小于40mm；间接钢筋的直径不得小于d/4和6mm，d为纵向钢筋的最大直径。间接钢筋的直径根据柱的箍筋构造要求采用。纵向钢筋通常沿截面周边均匀分布，一般为68根，常用纵向钢筋的配筋率为0.82.5%。32、轴心受压构件正截面受压承载力、柱类别不同，由于受压柱长度不同，柱的破坏行为也不同，混凝土结构设计规范根据长细比(计算长度l0与短边B或截面回转半径I之比)，将柱分为长柱和短柱。根据规范，当长细比满足以下条件时，柱为短柱：矩形截面L0/B8；圆形截面l0/D7；任何截面l0/i28，否则，柱的长细比较大，极限承载力为当混凝土的压应力达到峰值应变时，外荷载不再增

9、加，压缩变形继续增加，纵向裂缝继续发展，箍筋之间的纵向钢筋向外弯曲，混凝土被压碎，整个构件被破坏。峰值应力下的压缩应变通常在0.00250.0035之间。最大压缩应变安全地取为0.002。受压纵向钢筋的屈服强度约为s=Ess=2001030.002=400N牛顿/平方毫米。对于fy400Mpa兆帕钢筋，纵向钢筋不会屈服。在轴心受压短柱中，无论纵筋是否屈服，构件的极限破坏模式都是由混凝土压碎来控制的，这是计算轴心受压构件极限强度的基础。如果构件在连续荷载期间突然卸载，混凝土只能恢复其全部压缩变形的弹性部分，但其大部分蠕变变形不能恢复，而钢筋将能够恢复其全部压缩变形。在这种情况下，钢筋受压，混凝土

10、受拉。有可能使混凝土中的应力达到抗拉强度并立即断裂。规范规定柱的所有纵向压杆的配筋率不应大于5.0。加载后，初始偏心导致额外的弯矩，进而导致横向偏转，这增加了载荷的偏心；随着荷载的增加，附加弯矩和侧向挠度将增加。破坏时，首先出现在凹面一侧的纵向裂缝，然后混凝土被压碎，纵向钢筋被屈曲向外凸出；混凝土中垂直于纵轴的凸面出现横向裂缝，横向挠度急剧增大，导致柱破坏。试验表明，在其他条件相同的情况下，长柱的破坏荷载低于短柱。长细比越大，各种偶然因素引起的初始偏心越大，附加弯矩和相应的侧向挠度越大，承载力下降越多。对于长细比大的细长柱，也可能发生失稳和破坏。在长期荷载作用下，由于混凝土的徐变，侧向挠度会增

11、大，长柱的承载力会进一步降低。长期荷载占总荷载越多，其承载力下降越多。稳定系数，规范用稳定系数来表示长柱承载力的折减，即长柱承载力与短柱承载力之比，正截面承载力计算，根据结构设计原则，n为正截面轴向压力的设计值，Nu为正截面承载力的设计值，n相当于荷载效应组合s，由内力计算， Nu相当于截面的抗力r，在考虑了长柱承载力的降低和可靠度的调整因素后，轴压柱的正截面承载力、截面设计计算步骤、1。 轴向压力设计值n、材料强度设计值(即fc、fy)、构件长度和支承条件(或l0已知)是已知的，2。假设总和，设N=Nu，用公式得到截面面积，3，用公式得到纵向受压钢筋面积。截面设计中应注意的问题，(2)检查是

12、否满足最小配筋率、单面最小配筋率和不大于最大配筋率的要求；(3)计算高度受构件支撑条件的影响；(4)实际加固面积与计算加固面积的误差控制在5%左右，是合理的。截面审查、截面尺寸、材料强度设计值、构件长度和支撑条件(或l0)都是已知的，如上所述，寻找Nu，并检查它们是否满足。螺旋箍筋柱在轴压下的承载力使核心混凝土受到三维压缩，限制了混凝土的侧向膨胀，从而提高了柱的抗压强度和变形能力。素混凝土柱；普通箍筋柱；c螺旋箍筋柱。当荷载增加产生螺旋箍筋时，螺旋箍筋对核心混凝土约束作用开始减弱，柱开始破坏，破坏时柱的变形达到，以确保间接钢筋外的混凝土保护层在正常使用阶段不会过早剥落。小于1.5倍、1)当使用

13、l0/b12时，由于长细比大，螺旋箍筋可能因纵向弯曲而无法工作；在下列任何情况下，不考虑间接强化的影响。2)如果由于混凝土保护层的退出而引起的构件承载力的降低大于由于核心混凝土强度的增加而引起的构件承载力的增加，即小于3)当间接钢筋的换算截面面积As0小于纵向钢筋总截面面积的25%时，可以认为间接钢筋太少，箍筋的作用不明显。3.3、轴向受拉构件正截面承载力的计算，第一阶段在开裂前加载，在该阶段结束时，混凝土的拉应变达到极限拉应变，裂缝即将发生。对于不允许开裂的轴向受拉构件，这应作为检查抗裂性的基础。在第一个构件的正常使用阶段，构件的裂缝宽度和变形的计算基于该阶段。在第一阶段，混凝土开裂后，钢筋

14、屈服前，钢筋屈服于构件损伤。首先，钢筋屈服，裂纹迅速发展。此时，载荷略微增加，即使不增加，也会导致横截面上的所有钢筋屈服(即，当载荷达到屈服载荷Ny时)。判断轴向拉伸破坏的标准不是构件断裂，而是钢材屈服。正截面强度的计算基于此阶段。轴向受拉构件和轴向受拉构件正截面承载力的计算是基于构件第一阶段的受力情况，所有拉力均由纵向钢筋承担，构件达到极限承载力。根据结构要求，轴心受压构件所有纵向钢筋的配筋率不应小于0.5%，当混凝土强度等级为C50或以上时，不应小于0.6%。同时，一侧钢筋的配筋率不得小于0.2%。轴压构件所有纵筋的配筋率和各构件一侧压杆的配筋率应根据构件的总截面面积计算。轴向受拉构件一侧受拉钢筋的配筋率应根据构件的整个横截面面积计算。构件的纵向总配筋率不应超过5%。构件的纵向总配筋率不应超过5%。对于配有普通箍筋的轴心受压构件，配筋设置应符合：(1)纵向钢筋直径不小于12毫米，净距不小于50毫米，不大于350毫米。对于水平浇筑的预制构件，应根据受弯构件的相关规定，采用纵向钢筋的最小净距。2)箍筋应封闭，直径不小于纵向钢筋的1/4，不小于8毫米。3)箍筋间距不应大于纵向受力钢筋直径或构件短边尺寸的15倍(圆形截面直径的0.8倍)，且不应大于400 mm。当纵向钢筋截面