第5章-受壓構(gòu)件正截面的性能與設計

1、 第5章受壓構(gòu)件正截面的性能與設計受壓構(gòu)件正截面的性能與設計 軸心受壓構(gòu)件：軸心受壓構(gòu)件：縱向壓力作用線與構(gòu)件截面形心軸線重合。縱向壓力作用線與構(gòu)件截面形心軸線重合。偏心受壓構(gòu)件：偏心受壓構(gòu)件：縱向壓力作用線與構(gòu)件截面形心軸線不重合；縱向壓力作用線與構(gòu)件截面形心軸線不重合； 或既有軸心壓力，又有彎矩等作用?；蚣扔休S心壓力，又有彎矩等作用。 偏心受壓分為偏心受壓分為單向偏心單向偏心和和雙向偏心雙向偏心。受壓構(gòu)件：受壓構(gòu)件：承受軸向壓力為主的構(gòu)件。承受軸向壓力為主的構(gòu)件。 典型構(gòu)件：典型構(gòu)件：柱柱、墻墻、桁架的受壓桿件桁架的受壓桿件等。等。(a)軸心受壓 (b)單向偏心受壓 (c)雙向偏心受壓 受

2、壓構(gòu)件往往在結(jié)構(gòu)中具有重要作用，一旦產(chǎn)生破受壓構(gòu)件往往在結(jié)構(gòu)中具有重要作用，一旦產(chǎn)生破壞，將導致整個結(jié)構(gòu)的損壞，甚至倒塌。壞，將導致整個結(jié)構(gòu)的損壞，甚至倒塌。5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求 一、截面形式及尺寸一、截面形式及尺寸 軸心受壓構(gòu)件多采用方形截面，偏心受壓多采用軸心受壓構(gòu)件多采用方形截面，偏心受壓多采用矩形截面。也可根矩形截面。也可根據(jù)要求采用其他形式的截面形狀。據(jù)要求采用其他形式的截面形狀。 截面尺寸不宜小于截面尺寸不宜小于250mm。為了避免長細比太大而過多降低構(gòu)。為了避免長細比太大而過多降低構(gòu)件承載力，件承載力，構(gòu)件長細比構(gòu)件長細比30。當截面尺寸小于等于。當截面尺

3、寸小于等于800mm時，以時，以50mm為為模數(shù)；當截面尺寸大于模數(shù)；當截面尺寸大于800mm時，以時，以100mm為模數(shù)。為模數(shù)。 二、材料二、材料 宜采用較高強度等級的混凝土，一般為宜采用較高強度等級的混凝土，一般為C25-C40。 縱向鋼筋不宜采用高強度鋼筋，宜采用縱向鋼筋不宜采用高強度鋼筋，宜采用HRB(F)400、HRB (F) 500級，級，也可采用也可采用HRB(F)335級。箍筋一般采用級。箍筋一般采用HPB300和和HRB335級。級。 三、縱向鋼筋三、縱向鋼筋 1、直徑、根數(shù)：、直徑、根數(shù)：縱向受力鋼筋直徑縱向受力鋼筋直徑d不宜小于不宜小于12mm，矩形截面縱，矩形截面縱筋

4、根數(shù)不應少于筋根數(shù)不應少于4根，圓形截面縱筋根數(shù)不應少于根，圓形截面縱筋根數(shù)不應少于6根，不宜少于根，不宜少于8根。根。 2、縱筋布置：、縱筋布置：軸心受壓構(gòu)件的縱向鋼筋應沿柱截面周邊軸心受壓構(gòu)件的縱向鋼筋應沿柱截面周邊均勻均勻布置；布置；偏心受壓構(gòu)件縱向鋼筋應布置偏心方向的兩側(cè)，通常沿柱的短邊方向設偏心受壓構(gòu)件縱向鋼筋應布置偏心方向的兩側(cè)，通常沿柱的短邊方向設置。圓形截面縱向鋼筋應沿截面周邊均勻布置。置。圓形截面縱向鋼筋應沿截面周邊均勻布置。 3、縱筋間距：、縱筋間距：當柱為豎向澆筑混凝土時，縱筋凈距不應小于當柱為豎向澆筑混凝土時，縱筋凈距不應小于50mm，對水平澆筑的預制柱，其縱向鋼筋的最

5、小凈距應按梁的規(guī)定取值。縱筋對水平澆筑的預制柱，其縱向鋼筋的最小凈距應按梁的規(guī)定取值?？v筋中距不應大于中距不應大于300mm，混凝土保護層最小厚度為，混凝土保護層最小厚度為20mm。 4、配筋率：、配筋率：一側(cè)縱向鋼筋的配筋率不應小于一側(cè)縱向鋼筋的配筋率不應小于0.2%，全部縱，全部縱筋的配筋率不小于筋的配筋率不小于0.6% (0.6% ， 0.55% ），詳見附表），詳見附表18。 5、構(gòu)造縱筋：、構(gòu)造縱筋：當柱的截面高度當柱的截面高度h600mm時，在側(cè)面應設置時，在側(cè)面應設置直徑為直徑為10-16mm的縱向構(gòu)造鋼筋，并相應地設置復合箍筋或拉筋。的縱向構(gòu)造鋼筋，并相應地設置復合箍筋或拉筋。

6、600 四、箍筋四、箍筋 箍筋應采用箍筋應采用封閉封閉式。式。 箍筋直徑不應小于箍筋直徑不應小于6mm，且不應小于，且不應小于d/4。此處。此處d為縱筋的最為縱筋的最大直徑。大直徑。 箍筋箍筋間距間距不應大于構(gòu)件截面短邊尺寸及不應大于構(gòu)件截面短邊尺寸及400mm，且不應大于，且不應大于15d。此處。此處d為縱筋的最小直徑。為縱筋的最小直徑。 當柱中全部縱筋的配筋率超過當柱中全部縱筋的配筋率超過3%，箍筋直徑不宜小于，箍筋直徑不宜小于8mm，間距不應大于縱向受力鋼筋最小直徑的間距不應大于縱向受力鋼筋最小直徑的10倍，且不應大于倍，且不應大于200mm。箍筋末端應作成箍筋末端應作成135的彎鉤，或

7、焊成封閉式。的彎鉤，或焊成封閉式。 當柱截面短邊大于當柱截面短邊大于400mm，且各邊縱筋配置根數(shù)多于，且各邊縱筋配置根數(shù)多于3根時，或當根時，或當柱截面短邊不大于柱截面短邊不大于400mm，但各邊縱筋配置根數(shù)多于，但各邊縱筋配置根數(shù)多于4根時，應設置根時，應設置復合箍筋。復合箍筋。復雜截面的箍筋形式對截面形狀復雜的柱，不得采用具有內(nèi)折角的箍筋，以避對截面形狀復雜的柱，不得采用具有內(nèi)折角的箍筋，以避免箍筋受拉時使折角處混凝土破損。免箍筋受拉時使折角處混凝土破損。 按箍筋的形式按箍筋的形式不同分為配置不同分為配置普通普通箍筋柱箍筋柱和和配置螺旋配置螺旋箍筋柱箍筋柱 。 本節(jié)主要講述本節(jié)主要講述配

8、置配置普通箍筋柱普通箍筋柱的的承載力計算。承載力計算。5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算n 鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件的特點鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件的特點p可以充分發(fā)揮混凝土材料的強度優(yōu)勢可以充分發(fā)揮混凝土材料的強度優(yōu)勢p理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的, ,構(gòu)件存在一定構(gòu)件存在一定的初始偏心距。的初始偏心距。p軸心受壓構(gòu)件的箍筋配置方式軸心受壓構(gòu)件的箍筋配置方式n普通箍筋柱普通箍筋柱n螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱h hb bs ss s普通箍筋柱普通箍筋柱DDs ss s螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱箍筋箍筋縱筋縱筋 在截面尺寸、配筋、強度相同的條件下，

9、在截面尺寸、配筋、強度相同的條件下，長柱的承載力低于長柱的承載力低于短柱，短柱，設計時采用采用降低系數(shù)設計時采用采用降低系數(shù) 來考慮。來考慮。lo/i 28 ， lo/b 8，短柱短柱 一、軸心受壓柱的破壞形式一、軸心受壓柱的破壞形式lo/d 7短柱短柱 長長柱柱 二、二、 正截面受壓承載力計算公式正截面受壓承載力計算公式 穩(wěn)定系數(shù)，反映受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，反映受壓構(gòu)件的承載力隨長細比增大而降低的承載力隨長細比增大而降低的的現(xiàn)象。現(xiàn)象。按表按表5-1采用。采用。A 截面面積截面面積；NAsfcf y Asbh)(9 . 0sycuAfAfNN三、三、 構(gòu)造要求構(gòu)造要求1、材料強度等級、材料強度等

10、級 宜采用高強度混凝土，不宜采用高強度鋼筋。宜采用高強度混凝土，不宜采用高強度鋼筋。2、截面形式及尺寸、截面形式及尺寸 一般采用方形截面。最小邊長不宜小于一般采用方形截面。最小邊長不宜小于350mm。3、縱向鋼筋、縱向鋼筋 縱向鋼筋的配筋率縱向鋼筋的配筋率 = As /A不得小于不得小于0.5%，不宜大于，不宜大于3%，常用配筋率在常用配筋率在0.5%3%范圍內(nèi)；范圍內(nèi)； 縱向受力鋼筋直徑縱向受力鋼筋直徑d不應小于不應小于12mm，數(shù)量不應少于，數(shù)量不應少于4根，根，并沿柱截面四周并沿柱截面四周均勻、對稱均勻、對稱布置；柱中縱筋凈距不應小于布置；柱中縱筋凈距不應小于50mm，中距不應大于中距不

11、應大于300mm，混凝土保護層最小厚度為，混凝土保護層最小厚度為20mm。1、 截面設計：截面設計：ycs)9 . 0(fAfNA已知：已知：b h，fc, f y, l0, N, 求求A s四、四、 設計計算方法設計計算方法若截面尺寸未知，可先假設若截面尺寸未知，可先假設 估算出截面尺寸，再用公式計算出估算出截面尺寸，再用公式計算出 。1.0,1% 2%sA可直接求解：可直接求解：例題例題5-1、5-2。2、 截面復核：截面復核： 安全；否則，不安全。安全；否則，不安全。已知：已知：b h，fc, f y, l0, A s, 求求Nu當當Nu N，)(9 . 0syAfAfNcub bhA

12、As ssA N Ne e0 0偏偏心心受受壓壓N N, , M=NM=Ne e0 0壓壓彎彎構(gòu)構(gòu)件件p偏心距偏心距e e0 0= =0 0時，為時，為軸心受軸心受壓壓構(gòu)件；構(gòu)件；p當當e e0 0時，即時，即N N= =0 0時，為時，為受彎受彎構(gòu)件；構(gòu)件；p偏心受壓構(gòu)件的受力性能偏心受壓構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)界于和破壞形態(tài)界于軸心受壓軸心受壓構(gòu)件和構(gòu)件和受彎受彎構(gòu)件之間；構(gòu)件之間；p建筑結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土柱子絕大多數(shù)均為壓彎構(gòu)柱子絕大多數(shù)均為壓彎構(gòu)件。件。p破壞形態(tài)與相對偏心距和破壞形態(tài)與相對偏心距和縱筋數(shù)量有很大關系縱筋數(shù)量有很大關系5.3 5.3 偏心受壓構(gòu)件正

13、截面的受力性能偏心受壓構(gòu)件正截面的受力性能一、一、 破壞形態(tài)破壞形態(tài) 1 1、大偏心受壓破壞（受拉破壞）、大偏心受壓破壞（受拉破壞） 偏心矩較大且受拉鋼筋配置不太多時發(fā)生。偏心矩較大且受拉鋼筋配置不太多時發(fā)生。 破壞形態(tài)與適筋受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)完全相同：破壞形態(tài)與適筋受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)完全相同：受拉鋼筋首受拉鋼筋首先達到屈服，然后是受壓鋼筋達到屈服，最后由于受壓區(qū)混凝土先達到屈服，然后是受壓鋼筋達到屈服，最后由于受壓區(qū)混凝土壓碎而導致構(gòu)件破壞壓碎而導致構(gòu)件破壞。構(gòu)件破壞前有明顯預兆，裂縫開展顯著，構(gòu)件破壞前有明顯預兆，裂縫開展顯著，變形急劇增大，其破壞屬于變形急劇增大，其破壞屬于塑性破壞塑性破

14、壞。 N的偏心距較大，且的偏心距較大，且As不太多。不太多。與適筋受彎構(gòu)件相似與適筋受彎構(gòu)件相似.大偏心受壓破壞大偏心受壓破壞（受拉破壞）（受拉破壞）cuNf yAs fyAs NN(a)(b)e0 2 2、小偏心受壓破壞（受壓破壞）、小偏心受壓破壞（受壓破壞） 偏心距較小，或者偏心距較大但受拉鋼筋配置過多。偏心距較小，或者偏心距較大但受拉鋼筋配置過多。 破壞時混凝土被壓碎，受壓鋼筋屈服，破壞時混凝土被壓碎，受壓鋼筋屈服，離縱向壓力較遠離縱向壓力較遠一側(cè)的鋼筋無論是受壓還是受拉，均沒有達到屈服。一側(cè)的鋼筋無論是受壓還是受拉，均沒有達到屈服。 構(gòu)件破壞前沒有明顯預兆，屬于構(gòu)件破壞前沒有明顯預兆，

15、屬于脆性破壞脆性破壞。 Nf yAs f yAs NNNsAs sAs cmax2cmax1cu(a)(c)(b)eiei小偏心受壓破壞（小偏心受壓破壞（受壓破壞）受壓破壞）受拉破壞受拉破壞 受壓破壞受壓破壞相同之處：相同之處：截面的最終破壞都是受截面的最終破壞都是受壓區(qū)邊緣混凝土被壓碎，受壓鋼筋屈壓區(qū)邊緣混凝土被壓碎，受壓鋼筋屈服服.不同之處：不同之處：截面破壞的起因不同，截面破壞的起因不同，受拉破壞是受拉鋼筋先屈服而后受壓受拉破壞是受拉鋼筋先屈服而后受壓混凝土被壓碎；受壓破壞是截面的受混凝土被壓碎；受壓破壞是截面的受壓部分先發(fā)生破壞。壓部分先發(fā)生破壞。界限破壞：界限破壞：在受拉鋼筋應力達到

16、屈在受拉鋼筋應力達到屈服強度的同時，受壓區(qū)混凝土被壓碎。服強度的同時，受壓區(qū)混凝土被壓碎。二、二、 大小偏心受壓破壞的界限大小偏心受壓破壞的界限)(0hxbb大偏心受壓大偏心受壓)(0hxbb小小偏心受壓偏心受壓)(0hxbb界限破壞界限破壞 大、小偏心受壓破壞的界限，可采用受彎構(gòu)件正截面中大、小偏心受壓破壞的界限，可采用受彎構(gòu)件正截面中的超筋與適筋的界限予以劃分。的超筋與適筋的界限予以劃分。 由于施工誤差、計算偏差及材料的不均勻等原因，實際工由于施工誤差、計算偏差及材料的不均勻等原因，實際工程中不存在理想的軸心受壓構(gòu)件。為考慮這些因素的不利影響，程中不存在理想的軸心受壓構(gòu)件。為考慮這些因素的

17、不利影響，引入引入附加偏心距附加偏心距ea。在正截面壓彎承載力計算中，偏心距取理在正截面壓彎承載力計算中，偏心距取理論偏心距論偏心距e0=M/N與附加偏心距與附加偏心距ea之和，稱為之和，稱為初始偏心距初始偏心距ei。aieee0 規(guī)范規(guī)范規(guī)定，附加偏心距規(guī)定，附加偏心距ea取取20mm與與h/30 兩者中的較兩者中的較大值，大值，此處此處h是指偏心方向的截面尺寸。是指偏心方向的截面尺寸。三、三、 附加偏心距附加偏心距NMe 0mmhea2030原始偏心矩：原始偏心矩：附加偏心矩：附加偏心矩：初始偏心矩：初始偏心矩：a0ieee柱：在壓力作用下產(chǎn)柱：在壓力作用下產(chǎn)生縱向彎曲生縱向彎曲短柱短柱中

18、長柱中長柱細長柱細長柱 材料破壞材料破壞 失穩(wěn)破壞失穩(wěn)破壞 N0N1N2N0eiN1eiN2eiN1af1N2af2BCADE短柱(材料破壞)中長柱(材料破壞)細長柱(失穩(wěn)破壞)NM0四、偏心受壓構(gòu)件的縱向彎曲影響四、偏心受壓構(gòu)件的縱向彎曲影響五、構(gòu)件截面承載力計算中二階效應的考慮桿件撓曲二階效應桿件撓曲二階效應 n 二階效應二階效應pP Pd 效應效應 對無側(cè)移的框架結(jié)構(gòu)，二階效應對無側(cè)移的框架結(jié)構(gòu)，二階效應是指軸向壓力在產(chǎn)生了撓曲變形的柱段中引起是指軸向壓力在產(chǎn)生了撓曲變形的柱段中引起的附加內(nèi)力；的附加內(nèi)力；pP P 效應效應 對于有側(cè)移的框架結(jié)構(gòu)，二階效應對于有側(cè)移的框架結(jié)構(gòu)，二階效應主

19、要是指豎向荷載在產(chǎn)生了側(cè)移的框架中引起主要是指豎向荷載在產(chǎn)生了側(cè)移的框架中引起的附加內(nèi)力。的附加內(nèi)力。Neil0Nxyn 規(guī)范規(guī)范對對二階效應二階效應的分析方法的分析方法pP效應效應 p 效應效應 法法PmnsC。、c12 / 34-12( /)liMM mns2MCM1m20.70.3MCM2cnsc2a0111300(/)/lMNehh cc0.5f AN5.4 矩形截矩形截非非對稱配筋對稱配筋偏心受壓構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件 正截面承載力計算正截面承載力計算當當n 大偏心受壓構(gòu)件大偏心受壓構(gòu)件p計算簡圖計算簡圖p基本公式基本公式A As ssA b bhassa h h0 0N Nu ueif

20、fy yA As sysf A x xee a a1 1f fc cu1 cysys0YNNf bxf Af Aa u1 c0ys0s0s()2MAxNeN ef bx hf A haa u1c0ysys2u1cs0ys0sNNf bhf Af ANeN efbhf A haaaa p適用條件適用條件sb0s0b2, 2/axhahp 的處理方的處理方法法s2xauys0s()NeN ef A han 小偏心受壓構(gòu)件小偏心受壓構(gòu)件p計算簡圖計算簡圖p s s 值的確定值的確定1ysyyb1fffAssA bhassa h0NueisAsysf A xee a1fcp基本公式基本公式u1 cys

21、ss0YNNf bxf AAa u1 c0ys0s0s()2MAxNeN ef bx hf A haa u1 csss0s0()()2MAsxNeN ef bxaA haau1c0ysss2u1c0ys0s2su1c0ss0s0(1)()2()()2NNf bhf AANeN ef bhf A haaNeN ef bhA hahaaa n 小偏心受壓構(gòu)件小偏心受壓構(gòu)件p反向受壓破壞時的計算反向受壓破壞時的計算AssA bhassa h0Nuei= e0-eassA e fcysf A uc0ys0s()()2hNeN ef bh hf A has0a()2heaeep混凝土規(guī)范混凝土規(guī)范對反向

22、受壓的規(guī)定對反向受壓的規(guī)定n對采用非對稱配筋的小偏心受壓對采用非對稱配筋的小偏心受壓構(gòu)件，當軸向壓力設計值構(gòu)件，當軸向壓力設計值 NfNfc cbhbh時時, ,為防止為防止 As 發(fā)生受壓破發(fā)生受壓破壞，壞， As應滿足上式要求應滿足上式要求;n按反向受壓破壞計算時，取初始按反向受壓破壞計算時，取初始偏心距偏心距 ei= e0-ea。n 大、小偏心受壓破壞的設計判別大、小偏心受壓破壞的設計判別p當當 ei0.3h0 時，可能為大偏壓，也可能為小偏壓，可先按大偏壓設計時，可能為大偏壓，也可能為小偏壓，可先按大偏壓設計p當當 ei0.3h0 時時，為小偏壓，按小偏心受壓設計，為小偏壓，按小偏心受

23、壓設計n 判別式的來源判別式的來源u1c0 bysys2us1csb0ys0sb()2aaa iNf bhf Af AhNafbhf A haeyssb1cb0s00yy0b1c1c(1)112ifafhahhffhfefaaaayssbmin1c0s00yy0bminmin1cicb m1n()(1)112aaaaifafhahhffhffeysssbmin0b0b1 c00min11(1)(12)aaifaahhfhheyyffminmin0.002minmin C20C20C25C25C30C30C35C35C40C40C45C45C50C50C55C55C60C60C65C65C70C

24、70C75C75C80C80HRB33HRB335 50.3580.3580.330.337 70.320.322 20.310.312 20.300.304 40.290.299 90.290.295 50.290.297 70.290.299 90.300.302 20.300.305 50.300.309 90.310.313 3HRB40HRB400 0RRB40RRB400 00.4040.4040.370.377 70.350.358 80.340.345 50.330.335 50.320.329 90.320.323 30.320.325 50.320.326 60.320.3

25、28 80.330.331 10.330.334 40.330.337 7bmin0()/ieh對稱配筋：對稱配筋：5.5 矩形截面矩形截面對稱配筋對稱配筋偏心受壓構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件 正截面承載力計算正截面承載力計算bxfNc1a)()2(s00c1aahAfxhbxfNeSy一、大偏心受壓：一、大偏心受壓：ssAAssaayyff適用條件適用條件:02hxabssisiaheeahee22sax2)(0ssyahAfeN當當二二.、 小偏心受壓小偏心受壓離縱向力較遠一側(cè)的鋼筋沒有達到屈服，應力為離縱向力較遠一側(cè)的鋼筋沒有達到屈服，應力為sssycAAfbxfNa1)()2(001ssycahA

26、fxhbxfNea8 . 0)8 . 0(bysfs對偏心受壓構(gòu)件，還要按對偏心受壓構(gòu)件，還要按軸心受壓構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件進行垂直于彎矩作用平面的承載力驗算。進行垂直于彎矩作用平面的承載力驗算。)(9 . 0ssycAAfAfN 大偏心受壓大偏心受壓1 1、大小偏心受壓的判別、大小偏心受壓的判別0c1hbfNxba三三 、設計計算、設計計算0c1hbfNxba 小偏心受壓小偏心受壓求縱向受力鋼筋面積求縱向受力鋼筋面積?ssAA（一）截面設計（一）截面設計2 2、大偏心受壓、大偏心受壓sax2)(0hxbsax2)()2(001sycssahfxhbxfNeAAa)(0syssahfeNAA例例5-9、5-10。驗算最小配筋率；驗算最小配筋率；附表附表1-18。驗算垂直于彎矩作用平面的的承載力（按軸心受壓驗算）。驗算垂直于彎矩作用平面的的承載力（按軸心受壓驗算）。3 3、小偏心受壓、小偏心受壓)(0hxb)()5 . 01 (0201sycssahfhbfNeAAab01s0b120c0cb)(43.0abhfahbhfNebhfNc例例5-11。驗算最小配筋率；驗算最小配筋率； 。驗算垂直于彎矩作用平面的的承載力（按軸心受壓驗算）。驗算垂直于彎矩作用平面的的承載力（按軸心受壓驗算）。求：構(gòu)件求：