混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理T幻燈片6

第6章

受壓構(gòu)件承載力的計(jì)算返回總目錄教學(xué)提示：本章主要介紹鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件及偏心受壓構(gòu)件的截面承載力計(jì)算、設(shè)計(jì)方法及構(gòu)造要求。偏心受壓構(gòu)件計(jì)算復(fù)雜，其計(jì)算要點(diǎn)為：①掌握計(jì)算主線，包括計(jì)算簡(jiǎn)圖、基本公式、適用條件以及補(bǔ)充條件；②注意驗(yàn)算適用條件和補(bǔ)充條件；③掌握不符合適用條件和補(bǔ)充條件的處理方法。

教學(xué)要求：本章要求學(xué)生掌握軸心受壓構(gòu)件的受力全過程、破壞形態(tài)、正截面受壓承載力的計(jì)算方法及主要構(gòu)造；了解螺旋箍筋柱的原理與應(yīng)用。熟練掌握偏心受壓構(gòu)件正截面兩種破壞形態(tài)的特征及其正截面應(yīng)力的計(jì)算簡(jiǎn)圖。掌握偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的一般計(jì)算公式的原理。熟練掌握對(duì)稱配筋矩形與I字形截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的計(jì)算方法及縱向鋼筋與箍筋的主要構(gòu)造要求。掌握Nu-Mu相關(guān)曲線的概念及其應(yīng)用。了解雙向偏心受壓構(gòu)件、環(huán)形和圓形截面受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算原理。熟悉偏心受壓構(gòu)件斜截面承載力的計(jì)算。

本章內(nèi)容●6.1概述●6.2軸心受壓柱正截面承載力計(jì)算●6.3偏心受壓構(gòu)件正截面承載力的計(jì)算

●6.4T形和工字形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力的計(jì)算

鋼筋混凝土受壓構(gòu)件在荷載作用下，其截面上一般作用有軸力、彎矩和剪力。柱是受壓構(gòu)件的代表構(gòu)件(如圖6.1所示)。

圖6.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)框架柱內(nèi)力

當(dāng)軸向力作用線與構(gòu)件截面重心軸重合時(shí)，稱為軸心受壓構(gòu)件。當(dāng)彎矩和軸力共同作用于構(gòu)件上，可看成具有偏心距的軸向壓力的作用或當(dāng)軸向力作用線與構(gòu)件截面重心軸不重合時(shí)，稱為偏心受壓構(gòu)件。

當(dāng)軸向力作用線與截面的重心軸平行且沿某一主軸偏離重心時(shí)，稱為單向偏心受壓構(gòu)

構(gòu)件。6.1概述

當(dāng)軸向力作用線與截面的重心軸平行且沿某一主軸偏離重心時(shí)，稱為單向偏心受壓構(gòu)件。當(dāng)軸向力作用線與截面的重心軸平行且偏離兩個(gè)主軸時(shí)，稱為雙向偏心受壓構(gòu)件(如圖6.2所示)。(a)軸心受壓(b)單向偏心受壓(c)雙向偏心受壓圖6.2軸心受壓與偏心受壓6.1概述

在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，由于混凝土質(zhì)量不均勻、配筋不對(duì)稱、制作和安裝誤差等原因，往往存在著或多或少的初始偏心，所以，在工程中理想的軸心受壓構(gòu)件是不存在的。因此，目前有些國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)范中已取消了軸心受壓構(gòu)件的計(jì)算。我國(guó)考慮到對(duì)以恒載為主的多層房屋的內(nèi)柱、屋架的斜壓腹桿和壓桿等構(gòu)件，往往因彎矩很小而略去不計(jì)，同時(shí)也不考慮附加偏心距的影響，可近似簡(jiǎn)化為軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。6.1概述

軸心受壓構(gòu)件根據(jù)配筋方式的不同，可分為兩種基本形式：①配有縱向鋼筋和普通箍筋的柱，簡(jiǎn)稱普通箍筋的柱，如圖6.3(a)所示；②配有縱向鋼筋和間接鋼筋的柱，簡(jiǎn)稱螺旋式箍筋柱，如圖6.3(b)所示(或焊接環(huán)式箍筋柱，如圖6.3(c)所示)。

軸心受壓構(gòu)件中的縱向鋼筋能夠協(xié)助混凝土承擔(dān)軸向壓力以減小構(gòu)件的截面尺寸；能夠承擔(dān)由初始偏心引起的附加彎矩和某些難以預(yù)料的偶然彎矩所產(chǎn)生的拉力；防止構(gòu)件突然的脆性破壞和增強(qiáng)構(gòu)件的延性；減小混凝土的徐變變形；能改善素混凝土軸心受壓構(gòu)件強(qiáng)度離散性較大的弱點(diǎn)。

6.2軸心受壓柱正截面承載力計(jì)算

在配置普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件中，箍筋和縱筋形成骨架，防止縱筋在混凝土壓碎之前，在較大長(zhǎng)度上向外壓曲，從而保證縱筋能與混凝土共同受力直到構(gòu)件破壞。同時(shí)箍筋還對(duì)核芯混凝土起到一些約束作用，并與縱向鋼筋一起在一定程度上改善構(gòu)件最終可能發(fā)生的突然脆性破壞，提高極限壓應(yīng)變。

在配置螺旋式(或焊接環(huán)式)箍筋的軸心受壓構(gòu)件中，箍筋為間距較密的螺旋式(或焊接環(huán)式)箍筋。這種箍筋能對(duì)核芯混凝土形成較強(qiáng)的環(huán)向被動(dòng)約束，從而能夠進(jìn)一步提高構(gòu)件的承載能力和受壓延性。6.2軸心受壓柱正截面承載力計(jì)算(a)普通箍筋的柱(b)螺旋式箍筋柱(c)焊接環(huán)式箍筋柱圖6.3軸心受壓柱6.2軸心受壓柱正截面承載力計(jì)算1.軸心受壓短柱在短期荷載作用下的應(yīng)力分布及破壞形態(tài)

構(gòu)件在軸向壓力作用下的各級(jí)加載過程中，由于鋼筋和混凝土之間存在著黏結(jié)力，因此，縱向鋼筋與混凝土共同受壓。壓應(yīng)變沿構(gòu)件長(zhǎng)度上基本均勻分布，且其受壓鋼筋的壓應(yīng)變與混凝土壓應(yīng)變基本一致，即可?。?/p>

=

6.2.1配有縱筋和箍筋柱承載力的計(jì)算6.2軸心受壓柱正截面承載力計(jì)算由混混凝凝土土受受壓壓時(shí)時(shí)變變形形模模量量與與混混凝凝土土彈彈性性模模量量的的關(guān)關(guān)系系為為=。其其中中，，稱稱為為混混凝凝土土彈彈性性特特征征系系數(shù)數(shù)，，其其值值是是隨隨著著混混凝凝土土的的壓壓應(yīng)應(yīng)力力的的增增長(zhǎng)長(zhǎng)而而不不斷斷降降低低的的。。若若取取鋼鋼筋筋與與混混凝凝土土彈彈性性模模量量之之比比為為，，即即，，則鋼筋筋的的壓壓應(yīng)應(yīng)力力(6-2)混凝凝土土的的壓壓應(yīng)應(yīng)力力(6-3)對(duì)于于鋼鋼筋筋混混凝凝土土短短柱柱，，承承載載力力是是由由截截面面中中的的鋼鋼筋筋和和混混凝凝土土共共同同承承受受的的。。若取取其其受受壓壓鋼鋼筋筋的的配配筋筋率率為為6.2軸心心受受壓壓柱柱正正截截面面承承載載力力計(jì)計(jì)算算則由由(6-4)可得得(6-5)移項(xiàng)項(xiàng)，，得得(6-6)(6-7)6.2軸心心受受壓壓柱柱正正截截面面承承載載力力計(jì)計(jì)算算N與、、的的關(guān)關(guān)系系可可用用圖圖6.4(a)來(lái)表表示示，，由由圖圖可可見見，，在在N很小小時(shí)時(shí)，，N與、、的的關(guān)關(guān)系系基基本本上上是是線線性性關(guān)關(guān)系系，，混混凝凝土土處處于于彈彈性性工工作作階階段段，，彈彈性性特特征征系系數(shù)數(shù)=1.0，則則,，說(shuō)說(shuō)明明鋼鋼筋筋與與混混凝凝土土應(yīng)應(yīng)力力成成正正比比。。隨著著荷荷載載的的增增加加，，混混凝凝土土的的塑塑性性變變形形有有所所發(fā)發(fā)展展，，進(jìn)進(jìn)入入彈彈塑塑性性階階段段，，亦亦即即，這這時(shí)時(shí)與的比比值值也也發(fā)發(fā)生生變變化化，，混混凝凝土土壓壓應(yīng)應(yīng)力力的增增長(zhǎng)長(zhǎng)速速度度將將隨隨著著荷荷載載的的增增長(zhǎng)長(zhǎng)而而逐逐漸漸減減慢慢，，而而鋼鋼筋筋應(yīng)應(yīng)力力的增增長(zhǎng)長(zhǎng)速速度度將將逐逐漸漸變變快快，，使使構(gòu)構(gòu)件件內(nèi)內(nèi)引引起起鋼鋼筋筋與與混混凝凝土土之之間間的的應(yīng)應(yīng)力力重重分分布布。。6.2軸心心受受壓壓柱柱正正截截面面承承載載力力計(jì)計(jì)算算試驗(yàn)驗(yàn)表表明明，，軸軸心心受受壓壓素素混混凝凝土土棱棱柱柱體體構(gòu)構(gòu)件件達(dá)達(dá)到到最最大大壓壓應(yīng)應(yīng)力力值值時(shí)時(shí)的的壓壓應(yīng)應(yīng)變變值值一一般般在在0.0015～0.0020左右右，，而而鋼鋼筋筋混混凝凝土土軸軸心心受受壓壓短短柱柱達(dá)達(dá)到到峰峰值值應(yīng)應(yīng)力力時(shí)時(shí)的的壓壓應(yīng)應(yīng)變變一一般般在在0.0025～0.0035，其其主主要要原原因因可可以以認(rèn)認(rèn)為為是是構(gòu)構(gòu)件件中中配配置置了了縱縱向向鋼鋼筋筋，，起起到到調(diào)調(diào)整整混混凝凝土土應(yīng)應(yīng)力力的的作作用用，，能能比比較較好好地地發(fā)發(fā)揮揮混混凝凝土土的的塑塑性性性性能能，，使使構(gòu)構(gòu)件件到到達(dá)達(dá)峰峰值值應(yīng)應(yīng)力力時(shí)時(shí)的的應(yīng)應(yīng)變變值值得得到到增增加加，，改改善善了了軸軸心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件破破壞壞的的脆脆性性性性質(zhì)質(zhì)。。圖6.4軸心心受受壓壓短短柱柱在在短短期期荷荷載載作作用用下下的的應(yīng)應(yīng)力力分分布布及及破破壞壞形形態(tài)態(tài)6.2軸心心受受壓壓柱柱正正截截面面承承載載力力計(jì)計(jì)算算在軸軸心心受受壓壓短短柱柱中中，，不不論論受受壓壓鋼鋼筋筋在在構(gòu)構(gòu)件件破破壞壞時(shí)時(shí)是是否否達(dá)達(dá)到到屈屈服服，，構(gòu)構(gòu)件件的的承承載載力力最最終終都都是是由由混混凝凝土土壓壓碎碎來(lái)來(lái)控控制制的的。。當(dāng)當(dāng)達(dá)達(dá)到到極極限限荷荷載載時(shí)時(shí)，，在在構(gòu)構(gòu)件件最最薄薄弱弱區(qū)區(qū)段段的的混混凝凝土土內(nèi)內(nèi)將將出出現(xiàn)現(xiàn)由由微微裂裂縫縫發(fā)發(fā)展展而而成成的的肉肉眼眼可可見見的的縱縱向向裂裂縫縫，，隨隨著著壓壓應(yīng)應(yīng)變變的的增增長(zhǎng)長(zhǎng)，，這這些些裂裂縫縫將將相相互互貫貫通通，，在在外外層層混混凝凝土土剝剝落落之之后后，，核核芯芯部部分分的的混混凝凝土土將將在在縱縱向向裂裂縫縫之之間間被被完完全全壓壓碎碎。。在在這這個(gè)個(gè)過過程程中中，，混混凝凝土土的的側(cè)側(cè)向向膨膨脹脹將將向向外外推推擠擠鋼鋼筋筋，，而而使使縱縱向向受受壓壓鋼鋼筋筋在在箍箍筋筋之之間間呈呈燈燈籠籠狀狀向向外外受受壓壓屈屈服服，，如如圖圖6.4(b)所示示。。破破壞壞時(shí)時(shí)，，一一般般中中等等強(qiáng)強(qiáng)度度的的鋼鋼筋筋，，均均能能達(dá)達(dá)到到其其抗抗壓壓屈屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度，，混混凝凝土土能能達(dá)達(dá)到到軸軸心心抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度，，鋼鋼筋筋和和混混凝凝土土都都得得到到充充分分的的利利用用。。6.2軸心心受受壓壓柱柱正正截截面面承承載載力力計(jì)計(jì)算算若采采用用高高強(qiáng)強(qiáng)度度鋼鋼筋筋，，鋼鋼筋筋可可能能達(dá)達(dá)不不到到屈屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度，，不不能能被被充充分分利利用用。。計(jì)計(jì)算算時(shí)時(shí)，，以以構(gòu)構(gòu)件件的的壓壓應(yīng)應(yīng)變變等等于于0.0020為控控制制條條件件，，認(rèn)認(rèn)為為此此時(shí)時(shí)混混凝凝土土達(dá)達(dá)到到軸軸心心抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度；；相相應(yīng)應(yīng)的的縱縱向向鋼鋼筋筋應(yīng)應(yīng)力力值值2××105××0.0020=400N/mm2，因此此，，在在軸軸心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件中中，，若若采采用用的的縱縱向向鋼鋼筋筋其其抗抗拉拉強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值小小于于400N/mm2時(shí)，，則則其其抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值取取等等于于其其抗抗拉拉強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值，，若若其其抗抗拉拉強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值大大于于或或等等于于400N/mm2時(shí)，，則則抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值只只能能取取400N/mm2。6.2軸心心受受壓壓柱柱正正截截面面承承載載力力計(jì)計(jì)算算2.軸心心受受壓壓短短柱柱在在長(zhǎng)長(zhǎng)期期荷荷載載作作用用下下應(yīng)應(yīng)力力分分布布及及破破壞壞形形態(tài)態(tài)若構(gòu)構(gòu)件件在在加加載載后后，，荷荷載載維維持持不不變變，，由由于于混混凝凝土土徐徐變變的的作作用用，，在在混混凝凝土土與與鋼鋼筋筋之之間間會(huì)會(huì)進(jìn)進(jìn)一一步步發(fā)發(fā)生生應(yīng)應(yīng)力力重重分分布布現(xiàn)現(xiàn)象象。?；炷镣廉a(chǎn)產(chǎn)生生徐徐變變后后的的應(yīng)應(yīng)變變性性能能，，可可用用徐徐變變系系數(shù)數(shù)來(lái)反反映映。。即即(6-8)6.2軸心心受受壓壓柱柱正正截截面面承承載載力力計(jì)計(jì)算算按照照與與上上面面類類似似的的推推導(dǎo)導(dǎo)步步驟驟，，鋼鋼筋筋與與混混凝凝土土的的應(yīng)應(yīng)力力可可改改寫寫成成考考慮慮徐徐變變影影響響的的下下列列形形式式：：(6-9)(6-10)6.2軸心心受受壓壓柱柱正正截截面面承承載載力力計(jì)計(jì)算算由于于徐徐變變系系數(shù)數(shù)隨隨著著時(shí)時(shí)間間的的增增長(zhǎng)長(zhǎng)而而不不斷斷增增大大，，因因此此從從式式(6-9)、式式(6-10)可以以看看出出：：鋼鋼筋筋混混凝凝土土軸軸心心受受壓壓短短柱柱在在長(zhǎng)長(zhǎng)期期荷荷載載作作用用下下，，由由于于混混凝凝土土徐徐變變的的影影響響，，將將使使鋼鋼筋筋的的應(yīng)應(yīng)力力逐逐步步增增大大，，而而使使它它自自身身的的應(yīng)應(yīng)力力逐逐漸漸降降低低，，即即徐徐變變的的發(fā)發(fā)展展對(duì)對(duì)混混凝凝土土起起著著卸卸荷荷的的作作用用，，其其中中混混凝凝土土的的壓壓應(yīng)應(yīng)力力變變化化幅幅度度較較小小，，而而鋼鋼筋筋壓壓應(yīng)應(yīng)力力變變化化幅幅度度較較大大，，而而且且徐徐變變?cè)皆酱蟠?，，這這種種應(yīng)應(yīng)力力重重分分布布的的變變化化幅幅度度也也就就越越大大。。圖6.5長(zhǎng)期荷荷載作作用下下截面面混凝凝土和和鋼筋筋的應(yīng)應(yīng)力重重分布布6.2軸心受受壓柱柱正截截面承承載力力計(jì)算算此外，，還可可以看看出，，鋼筋筋與混混凝土土的應(yīng)應(yīng)力受受徐變變影響響的幅幅度還還與配配筋率率有關(guān)當(dāng)較高時(shí)時(shí)的降低低幅度度較大大，而的增長(zhǎng)長(zhǎng)幅度度較小小，圖6.5中繪出出了在在兩個(gè)個(gè)不同同配筋筋率柱中，，由于于混凝凝土的徐變變引起起的和隨時(shí)間間變化化的情情況，，從圖圖中可可以明明顯看出上上述規(guī)規(guī)律律。6.2軸心受受壓柱柱正截截面承承載力力計(jì)算算如果持持續(xù)軸軸向壓壓力作作用的的構(gòu)件件在引引起了了上述述應(yīng)力力重分分布現(xiàn)現(xiàn)象之之后，，而把把軸向向壓力力從構(gòu)構(gòu)件上上卸掉掉，則則鋼筋筋將試試圖恢恢復(fù)它它的全全部彈彈性壓壓縮變變形，，而混混凝土土則只只試圖圖恢復(fù)復(fù)它的的全部部壓縮縮變形形當(dāng)中中的彈彈性變變形部部分。。這兩兩部分分變形形是不不相等等的，，而且且混凝凝土的的徐變變?cè)酱蟠螅@這兩部部分變變形之之間的的差距距也就就越大大。由由于這這時(shí)鋼鋼筋與與混凝凝土之之間的的黏結(jié)結(jié)強(qiáng)度度并未未破壞壞，因因此，，整個(gè)個(gè)構(gòu)件件截面面實(shí)際際恢復(fù)復(fù)的變變形必必然介介于鋼鋼筋的的彈性性變形形和混混凝土土的彈彈性變變形之之間，，從而而必將將在鋼鋼筋中中產(chǎn)生生強(qiáng)制制壓力力，而而在混混凝土土中產(chǎn)產(chǎn)生強(qiáng)強(qiáng)制拉拉力。。若截截面配配筋率率較高高，混混凝土土的徐徐變較較大，，強(qiáng)制制拉力力就可可能大大到足足以把把混凝凝土拉拉裂的的地步步。這這樣就就將在在卸荷荷后的的軸心心受壓壓構(gòu)件件中產(chǎn)產(chǎn)生若若干條條與構(gòu)構(gòu)件軸軸線垂垂直的的貫通通裂縫縫。在在實(shí)際際工程程中已已經(jīng)多多次觀觀察到到這種種現(xiàn)象象，所所以，，在使使用過過程中中有可可能卸卸去大大部分分荷載載的軸軸心受受壓構(gòu)構(gòu)件，，配筋筋率不宜設(shè)設(shè)計(jì)得得過大大。6.2軸心受受壓柱柱正截截面承承載力力計(jì)算算3.軸心受受壓長(zhǎng)長(zhǎng)柱的的應(yīng)力力分布布及破破壞形形態(tài)正如前前面已已經(jīng)指指出的的，在在軸心心受壓壓構(gòu)件件中，，軸向向壓力力的初初始偏偏心(或稱偶偶然偏偏心)實(shí)際上上是不不可避避免的的。在在短粗粗構(gòu)件件中，，初始始偏心心對(duì)構(gòu)構(gòu)件的的承載載能力力尚無(wú)無(wú)明顯顯影響響。但但在細(xì)細(xì)長(zhǎng)軸軸心受受壓構(gòu)構(gòu)件中中，以以微小小初始始偏心心作用用在構(gòu)構(gòu)件上上的軸軸向壓壓力將將使構(gòu)構(gòu)件朝朝與初初始偏偏心相相反的的方向向產(chǎn)生生側(cè)向向彎曲曲。這這時(shí)，，如圖圖6.6(a)所示，，在構(gòu)構(gòu)件的的各個(gè)個(gè)截面面中除除軸向向壓力力外還還將有有附加加彎矩因此構(gòu)構(gòu)件已已從軸軸心受受壓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闉槠男氖軌簤?。試?yàn)結(jié)結(jié)果表表明，，當(dāng)長(zhǎng)細(xì)細(xì)比較較大時(shí)時(shí)，側(cè)側(cè)向撓撓度最最初是是以與與軸向向壓力力成正正比例例的方方式緩緩慢增增長(zhǎng)的的；但但當(dāng)壓壓力達(dá)達(dá)到破破壞壓壓力的的60%～70%時(shí)，撓撓度增增長(zhǎng)速速度加加快，，(如圖6.6(b)所示)，最后后構(gòu)件件在軸軸向壓壓力和和附加加彎矩矩的作作用下下破壞壞。破破壞時(shí)時(shí)，受受壓一一側(cè)往往往產(chǎn)產(chǎn)生較較長(zhǎng)的的縱向向裂縫縫，鋼鋼筋在在箍筋筋之間間向外外壓屈屈，構(gòu)構(gòu)件高高度中中部的的混凝凝土被被壓碎碎；而而另一一側(cè)混混凝土土則被被拉裂裂，在在構(gòu)件件高度度中部部產(chǎn)生生若干干條以以一定定間距距分布布的水水平裂裂縫，，如圖圖6.6所示。。這是是偏心心受壓壓構(gòu)件件破壞壞的典典型特特征。。6.2軸心受受壓柱柱正截截面承承載力力計(jì)算算圖6.6軸心受受壓長(zhǎng)長(zhǎng)柱的的撓度度曲線線及破破壞形形態(tài)6.2軸心受受壓柱柱正截截面承承載力力計(jì)算算由于偏偏心受受壓構(gòu)構(gòu)件截截面所所能承承擔(dān)的的壓力力是隨隨著偏偏心距距的增增大而而減小小的，，因此此，當(dāng)當(dāng)構(gòu)件件截面面尺寸寸不變變時(shí)，，長(zhǎng)細(xì)細(xì)比越越大，，破壞壞截面面的附附加彎彎矩就就越大大，構(gòu)構(gòu)件所所能承承擔(dān)的的軸向向壓力力也就就越小小。國(guó)國(guó)內(nèi)外外試驗(yàn)驗(yàn)實(shí)測(cè)測(cè)結(jié)果果如圖圖6.7所示。。圖6.7圖6.7值的試試驗(yàn)結(jié)結(jié)果及及50010—2002取值GB6.2軸心受受壓柱柱正截截面承承載力力計(jì)算算當(dāng)軸心心受壓壓構(gòu)件件的長(zhǎng)長(zhǎng)細(xì)比比更大大，例例如當(dāng)當(dāng)時(shí)(指矩形形截面面，其中b為產(chǎn)生生側(cè)向向撓曲曲方向向的截截面邊邊長(zhǎng))，就可可能發(fā)發(fā)生失失穩(wěn)破破壞。。亦即即當(dāng)構(gòu)構(gòu)件的的側(cè)向向撓曲曲隨著著軸向向壓力力的增增大而而增長(zhǎng)長(zhǎng)到一一定程程度時(shí)時(shí)，構(gòu)構(gòu)件將將不再再能保保持穩(wěn)穩(wěn)定平平衡。。這時(shí)時(shí)構(gòu)件件截面面雖未未產(chǎn)生生材料料破壞壞，但但已達(dá)達(dá)到了了所能能承擔(dān)擔(dān)的最最大軸軸向壓壓力。。這個(gè)個(gè)壓力力將隨隨著構(gòu)構(gòu)件長(zhǎng)長(zhǎng)細(xì)比比的增增大而而逐步步降低低。試試驗(yàn)實(shí)實(shí)測(cè)結(jié)結(jié)果亦亦如圖圖6.7所示。。試驗(yàn)表表明，，長(zhǎng)柱柱承載載力低于其其他條條件相相同的的短柱柱承載載力GB50010——2002采用構(gòu)構(gòu)件的的穩(wěn)定定系數(shù)數(shù)來(lái)表示示長(zhǎng)柱柱承載力力降低低的程程度，，即：：(6-11)6.2軸心受受壓柱柱正截截面承承載力力計(jì)算算表6-1鋼筋混混凝土土軸心心受壓壓構(gòu)件件的穩(wěn)穩(wěn)定系系數(shù)φφ

81012141618202224262878.510.5121415.517192122.524283542485562697683909710.980.950.920.870.810.750.700.650.600.563032343638404244464850262829.5313334.536.5384041.5431041111181251321391461531601671740.520.480.440.400.360.320.290.260.230.210.19φ6.2軸心受受壓柱柱正截截面承承載力力計(jì)算算構(gòu)件的的穩(wěn)定定系數(shù)數(shù)主要和和構(gòu)件件的長(zhǎng)長(zhǎng)細(xì)比比有關(guān)(為柱的的計(jì)算算長(zhǎng)度度為截面面的短短邊尺寸)，混凝凝土強(qiáng)強(qiáng)度等等級(jí)及及配筋筋率對(duì)對(duì)其影影響較較小。根據(jù)國(guó)國(guó)內(nèi)外外試驗(yàn)驗(yàn)的實(shí)實(shí)測(cè)結(jié)結(jié)果，，得到到如圖6.7所示的的值與的關(guān)系系曲線線。由由圖可可以看看出，，越大，值越小小當(dāng)時(shí)柱的承承載力力沒有有降低低。GB50010——2002中，對(duì)對(duì)于長(zhǎng)長(zhǎng)細(xì)比比較大的的構(gòu)件件，考慮到到荷載初初始偏偏心和和長(zhǎng)期期荷載載的不不利影影響的取值值比按按圖6.7中的經(jīng)驗(yàn)公公式所所得值有所所降低，偏偏于安安全，，GB50010——2002中對(duì)值制定定了計(jì)計(jì)算表表，可可直接接查用用(見表6-1)。表中中，為構(gòu)件件計(jì)算算長(zhǎng)度度，可按表6-2采用為矩形形截面面的短短邊尺尺寸；；為圓形形截面面的直直徑為截面的的最小小回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)半徑徑，6.2軸心受受壓柱柱正截截面承承載力力計(jì)算算在查表表6-1時(shí)，如如果在在柱的的縱向向有其其他構(gòu)構(gòu)件存存在，，而且且該構(gòu)構(gòu)件能能對(duì)柱柱起到到縱向向支承承作用，防防止柱柱沿縱縱向的的壓曲曲，則則柱的的長(zhǎng)細(xì)細(xì)比應(yīng)應(yīng)分別別按為柱縱縱向計(jì)計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度)(并取作作為設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算的的長(zhǎng)細(xì)細(xì)比。。對(duì)于于任意意截面面，也也應(yīng)按按上述述原則則進(jìn)行行長(zhǎng)細(xì)細(xì)比的的計(jì)算算。如如時(shí)，則則可按按來(lái)取值。6.2軸心受受壓柱柱正截截面承承載力力計(jì)算算構(gòu)件的的計(jì)算算長(zhǎng)度度與構(gòu)構(gòu)件兩兩端的的支承承情況況有關(guān)關(guān)，可可按圖圖6.8所示采采用。。(a)兩端鉸鉸支承承(b)端鉸支支承，，一端端固定定(c)兩端固固定(d)一端固固定，，一端端自由由圖6.8柱的計(jì)計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度6.2軸心受受壓柱柱正截截面承承載力力計(jì)算算實(shí)際結(jié)結(jié)構(gòu)中中，構(gòu)構(gòu)件的的支承承情況況比上上述理理想的的不動(dòng)動(dòng)鉸支支承或或固定定端要要復(fù)雜雜得多多，應(yīng)應(yīng)結(jié)合合具體體情況況進(jìn)行行分析析。GB50010——2002規(guī)定，，軸心心受壓壓和偏偏心受受壓柱柱的計(jì)計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度可可按下下列規(guī)規(guī)定取取用：：①①剛剛性屋屋蓋單單層房房屋排排架柱柱、露露天吊吊車柱柱和棧棧橋柱柱，其其計(jì)算算長(zhǎng)度度可按按表6-2取用。。②②對(duì)對(duì)按無(wú)無(wú)側(cè)移移考慮慮的框框架結(jié)結(jié)構(gòu)(如圖6.9所示)，如具具有非非輕質(zhì)質(zhì)填充充墻且且梁柱柱為剛剛接的的框架架各層層柱段段，當(dāng)當(dāng)框架架為三三跨及及三跨跨以上上，或或?yàn)閮蓛煽缜仪铱蚣芗芸倢拰挾炔徊恍∮谟谄淇偪偢叨榷鹊?/3時(shí)，其其計(jì)算算長(zhǎng)度度可取取為H。對(duì)對(duì)以上上的規(guī)規(guī)定中中，對(duì)對(duì)底層層柱段段，H為從基基礎(chǔ)頂頂面到到一層層樓蓋蓋頂面面的高高度；；對(duì)其其余各各層柱柱段，，H為上、下兩兩層樓蓋頂頂面之間的的高度。6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算③按有側(cè)側(cè)移考慮的的框架結(jié)構(gòu)構(gòu)，當(dāng)豎向向荷載較小小或豎向荷荷載大部分分作用在框框架節(jié)點(diǎn)上上或其附近近時(shí)，各層層柱段的計(jì)計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)應(yīng)根據(jù)可靠靠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)取用較規(guī)規(guī)定更大的的數(shù)值。④④不設(shè)設(shè)樓板或樓樓板上開孔孔較大的多多層鋼筋混混凝土框架架柱及無(wú)抗抗側(cè)向力剛剛性墻體的的單層鋼筋筋混凝土框框架柱的計(jì)計(jì)算長(zhǎng)度，，應(yīng)根據(jù)可可靠設(shè)計(jì)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)或按計(jì)計(jì)算確定。。(a)由橫向磚墻墻填充(b)框架和剪力力墻連接圖6.9無(wú)側(cè)移的框框架6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算表6-2剛性屋蓋單單層房屋排排架柱、露露天吊車柱柱和棧橋柱柱的計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度.柱的類型排架方向垂直排架方向有柱間支撐無(wú)柱間支撐無(wú)吊車廠房柱單跨1.51.01.2兩跨及多跨1.251.01.2有吊車廠房柱上柱2.01.251.5下柱1.00.81.0露天吊車和棧橋柱2.01.0-6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算說(shuō)明：1.表中H為從基礎(chǔ)頂頂面算起的的柱子全高高；Hl為從基礎(chǔ)頂頂面至裝配配式吊車梁梁底面或現(xiàn)現(xiàn)澆式吊車車梁頂面的的柱子下部部高度；為為從裝配式式吊車梁底底面或從現(xiàn)現(xiàn)澆式吊車車梁頂面算算起的柱子子上部高度度。2.表中有吊車車廠房排架架柱的計(jì)算算長(zhǎng)度，當(dāng)當(dāng)計(jì)算中不不考慮吊車車荷載時(shí)，，可按無(wú)吊吊車廠房的的計(jì)算長(zhǎng)度度采用，但但上柱的計(jì)計(jì)算長(zhǎng)度仍仍按有吊車車廠房采用用。3.表中有吊車車廠房排架架柱的上柱柱在排架方方向的計(jì)算算長(zhǎng)度，僅僅適用于Hu/H≥0.3的情況；當(dāng)當(dāng)Hu/H<0.3，計(jì)算長(zhǎng)度度宜采用2.5H。6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算⑤由于在在設(shè)計(jì)時(shí)，，對(duì)有、無(wú)無(wú)側(cè)移結(jié)構(gòu)構(gòu)類型的區(qū)區(qū)分較難確確定，因此此，對(duì)一般般多層房屋屋的框架柱柱，梁柱為為剛接的框框架各層柱柱段，其計(jì)計(jì)算長(zhǎng)度為為現(xiàn)澆樓樓蓋：底底層層柱段其其余余各層柱段段裝裝配式式樓蓋：底底層層柱段其其余各層柱柱段6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算4.正截面受壓承承載力計(jì)算根根據(jù)以上分分析，可得軸軸心受壓構(gòu)件件正截面承載載力計(jì)算公式式為：(6-12)式中，——軸向壓力設(shè)計(jì)計(jì)值；0.9——為保持與偏心心受壓構(gòu)件正正截面承載力力計(jì)算具有相相近的可靠度度而取的系數(shù)數(shù)；——鋼筋混凝土構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定系系數(shù)，按表6-1采用；——混凝土的軸心心抗壓強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值，按附附表1采用；——構(gòu)件截面面積積；6.2軸心受壓柱正正截面承載力力計(jì)算——縱向鋼筋的抗抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值，按附表表4采用；——全部縱向鋼筋筋的截面面積積。

當(dāng)縱向向鋼筋配筋率率大于3%時(shí)，式中A應(yīng)改為。。5.設(shè)計(jì)步驟在實(shí)際工程中中遇到的軸心心受壓構(gòu)件的的設(shè)計(jì)問題可可以分為截面面設(shè)計(jì)和截面面復(fù)核兩大類類。1)截面設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)截面時(shí)時(shí)可以采用以以下兩種途徑徑：其一，先選定定材料強(qiáng)度等等級(jí)，并根據(jù)據(jù)軸向壓力的的大小以及房房屋總體剛度度和建筑設(shè)計(jì)計(jì)的要求確定定構(gòu)件截面的的形狀和尺寸寸，然后利用用表6-1確定穩(wěn)定系數(shù)數(shù)，再由式(6-12)求出所需的縱縱向鋼筋數(shù)量量。6.2軸心受壓柱正正截面承載力力計(jì)算其二，先選定定一個(gè)合適的的配筋率，通通?？扇?，，并并按初估的截截面形狀、尺尺寸求得，，再按由由式(6-12)導(dǎo)出的下列公公式計(jì)算所需需的構(gòu)件截面面面積和配筋筋面積，并按按計(jì)算出決決定定柱的最終截截面尺寸。(6-13)(6-14)6.2軸心受壓柱正正截面承載力力計(jì)算在按后一種途途徑進(jìn)行截面面設(shè)計(jì)時(shí)，如如果第一次對(duì)對(duì)截面尺寸的的估計(jì)不準(zhǔn)，，就還需要按按實(shí)際選定的的構(gòu)件截面對(duì)對(duì)和和進(jìn)進(jìn)行第二次計(jì)計(jì)算，故較為為繁瑣，只適適用初學(xué)者。。應(yīng)應(yīng)當(dāng)指出的是是，在實(shí)際工工程中軸心受受壓構(gòu)件沿截截面、、兩個(gè)主主軸方向的桿桿端約束條件件可能不同，，因此計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度也也就可能不完完全相同。如如為正方形、、圓形或多邊邊形截面，則則應(yīng)按其中較較大的的確定。。如為矩矩形截面，應(yīng)應(yīng)分別按、、兩兩個(gè)方向確確定，，并取其中中較小者代入入式(6-12)進(jìn)行承載力計(jì)計(jì)算。6.2軸心受壓柱正正截面承載力力計(jì)算2)截面復(fù)核軸軸心受壓構(gòu)件件的截面復(fù)核核步驟比較簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，只需將將有關(guān)數(shù)據(jù)代代入式(6-12)即可求得構(gòu)件件所能承擔(dān)的的軸向力設(shè)計(jì)計(jì)值。【例6.1】設(shè)計(jì)某4層現(xiàn)澆鋼筋混混凝土框架結(jié)結(jié)構(gòu)的底層中中柱?？v向壓壓力設(shè)計(jì)值N=2600kN，基礎(chǔ)頂面之之首層樓板面面的高度H=4.8m。采用C30級(jí)混凝土，HRB335級(jí)鋼筋。解解(1)初步估計(jì)截面面尺寸：6.2軸心受壓柱正正截面承載力力計(jì)算設(shè)配筋率，，則，，

設(shè)，，查查C30級(jí)混凝土，，HRB335級(jí)鋼

筋由由式(6-13)正方形截面邊邊長(zhǎng)，，所所以取6.2軸心受壓柱正正截面承載力力計(jì)算(2)配筋計(jì)算：，，查表6-1確定得=0.95。

代入式(6-12)得選選用820()，箍筋6@250。6.2軸心受壓柱正正截面承載力力計(jì)算當(dāng)軸心受壓構(gòu)構(gòu)件承受的軸軸向荷載設(shè)計(jì)計(jì)值較大，而而同時(shí)其截面面尺寸由于建建筑上及使用用上的要求而而受到限制，，若按配有縱縱筋和普通箍箍筋的柱來(lái)計(jì)計(jì)算，即使提提高混凝土強(qiáng)強(qiáng)度等級(jí)和增增加了縱筋用用量仍不能滿滿足承受該荷荷載的計(jì)算要要求時(shí)，可考考慮采用配有有螺旋式(或焊接環(huán)式式)箍筋柱，以以提高構(gòu)件件的承載能能力。但由由于施工比比較復(fù)雜，，造價(jià)較高高，用鋼量量較大，一一般不宜普普遍采用。。不過，在在地震區(qū)，，配置螺旋旋式(或焊接環(huán)式式)箍筋卻不失失為一種提提高軸心受受壓構(gòu)件延延性的有力力措施。圖圖6.10表示的是螺螺旋式和焊焊接環(huán)式箍箍筋柱的構(gòu)構(gòu)造形式。。柱的截面面形狀一般般為圓形或或多邊形。。6.2.2配有縱筋和和螺旋式鋼鋼筋柱承載載力的計(jì)算算6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算圖6.10配螺旋式、、焊接環(huán)式式箍筋的軸軸心受壓柱柱6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算1.試驗(yàn)研究分分析

混凝凝土的縱向向受壓破壞壞可以認(rèn)為為是由于橫橫向變形而而發(fā)生拉壞壞的現(xiàn)象。。如果能約約束其橫向向變形就能能間接提高高其縱向抗抗壓強(qiáng)度。。對(duì)配置螺螺旋式或焊焊接環(huán)式箍箍筋的柱，，箍筋所包包圍的核芯芯混凝土，，相當(dāng)于受受到一個(gè)套套箍作用，，有效地限限制了核芯芯混凝土的的橫向變形形，使核芯芯混凝土在在三向壓應(yīng)應(yīng)力作用下下工作，從從而提高了了軸心受壓壓構(gòu)件正截截面承載力力。

試驗(yàn)驗(yàn)研究表明明，在配有有螺旋式(或焊接環(huán)式式)箍筋的軸心心受壓構(gòu)件件中，當(dāng)混混凝土所受受的壓應(yīng)力力較低時(shí)，，箍筋受力力并不明顯顯。當(dāng)壓應(yīng)應(yīng)力達(dá)到無(wú)無(wú)約束混凝凝土極限強(qiáng)強(qiáng)度的0.7倍左右以后后，混凝土土中沿受力力方向的微微裂縫就將將開始迅速速發(fā)展，從從而使混凝凝土的橫向向變形明顯顯增大并對(duì)對(duì)箍筋形成成徑向壓力力，這時(shí)箍箍筋方開始始反過來(lái)對(duì)對(duì)混凝土施施加被動(dòng)的的徑向均勻勻約束壓力力。當(dāng)構(gòu)件件的壓應(yīng)變變超過了無(wú)無(wú)約束混凝凝土的極限限應(yīng)變后，，箍筋以外外的表層混混凝土將逐逐步剝落。。但核芯混混凝土在箍箍筋約束下下可以進(jìn)一一步承擔(dān)更更大的壓應(yīng)應(yīng)力，其抗抗壓強(qiáng)度隨隨著箍筋約約束力的增增強(qiáng)而提高高；而且核核芯混凝土土的極限壓壓應(yīng)變也將將隨著箍筋筋約束力的的增強(qiáng)而加加大，如圖圖6.11所示。6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算此時(shí)螺旋式式(或焊接環(huán)式式)箍筋中產(chǎn)生生了拉應(yīng)力力，當(dāng)箍筋筋拉應(yīng)力逐逐漸加大到到抗拉屈服服強(qiáng)度時(shí)，，就不能再再有效地約約束混凝土土的橫向變變形，混凝凝土的抗壓壓強(qiáng)度就不不能再提高高，這時(shí)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到破破壞。圖6.12中繪出了不不同螺距的的6.5mm直徑的螺旋旋箍筋約束束的混凝土土圓柱體的的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。。從中可以以看出圓柱柱體的抗壓壓強(qiáng)度及極極限應(yīng)變隨隨著螺旋箍箍筋用量的的增加而相相應(yīng)增長(zhǎng)的的情況。6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算圖6.11軸心受壓柱柱的曲線圖6.12200mm量測(cè)標(biāo)距的的平均應(yīng)變變6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算用配置有較較多矩形箍箍筋的混凝凝土試件所所做的試驗(yàn)驗(yàn)表明，矩矩形箍雖然然也能對(duì)混混凝土起到到一定的約約束作用，，但其效果果遠(yuǎn)沒有密密排螺旋式式(或焊接環(huán)式式)箍筋那樣顯顯著，這是是因?yàn)榫匦涡喂拷钏狡街膫?cè)向向抗彎剛度度很弱，無(wú)無(wú)法對(duì)核芯芯混凝土形形成有效的的約束；只只有箍筋的的4個(gè)角才能通通過向內(nèi)的的起拱作用用對(duì)一部分分核芯混凝凝土形成有有限的約束束(如圖6.13所示)。圖6.13矩形箍筋對(duì)對(duì)混凝土的的約束6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算2.正截面受壓壓承載力計(jì)計(jì)算

由于于螺旋式(或焊接環(huán)式式)箍筋的套箍箍作用，使使核芯混凝凝土的抗壓壓強(qiáng)度由由提提高到到，，可采采用混凝土土圓柱體側(cè)側(cè)向均勻壓壓應(yīng)力的三三軸受壓試試驗(yàn)所得的的近似公式式計(jì)算，即即：(6-15)式中，——螺旋式(或焊接環(huán)式式)箍筋屈服時(shí)時(shí)，柱的核核芯混凝土土受到的徑徑向壓應(yīng)力力。

由圖圖6.14可知，當(dāng)螺螺旋式(或焊接環(huán)式式)箍筋屈服時(shí)時(shí)，它對(duì)混混凝土施加加的側(cè)向壓壓應(yīng)力，，可可由在箍筋筋間距范范圍圍內(nèi)的的合力力與箍筋拉拉力相平衡衡的條件，，得：(6-16)6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算圖6.14環(huán)式鋼筋受受力圖6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算式中，——構(gòu)件的核芯芯截面直徑徑；——間接鋼筋沿沿構(gòu)件軸線線方向的間間距；——單根間接鋼鋼筋的截面面面積；——間接鋼筋的的抗拉強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值；；——間接鋼筋對(duì)對(duì)混凝土約約束的折減減系數(shù)：當(dāng)當(dāng)≤≤50N/mm2時(shí)，取=1.0；當(dāng)=80N/mm2時(shí)，取=0.85；當(dāng)50N/mm2<<80N/mm2時(shí)，按線性性內(nèi)插法確確定。則則式(6-16)可寫成：(6-17)6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算式中，——間接鋼筋換換算截面面面積，；——混凝土核芯芯截面面積積。

根據(jù)據(jù)縱向內(nèi)外外力平衡條條件，受壓壓縱筋破壞壞時(shí)達(dá)到其其屈服強(qiáng)度度，螺旋式式(或焊接環(huán)式式)箍筋所約束束的核芯混混凝土截面面面積的強(qiáng)強(qiáng)度達(dá)，，則：整整理，，得(6-18)6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算當(dāng)利用式(6-18)計(jì)算配有縱縱筋和螺旋旋式(或焊接環(huán)式式)箍筋柱的承承載力時(shí)，，應(yīng)注意下下列事項(xiàng)：：(1)為了保證在在使用荷載載作用下，，箍筋外層層混凝土不不致過早剝剝落，GB50010——2002規(guī)定配螺旋旋式(或焊接環(huán)式式)箍筋的軸心心受壓承載載力設(shè)計(jì)值值(按式(6-18)計(jì)算)不應(yīng)比按普普通箍筋的的軸心受壓壓承載力設(shè)設(shè)計(jì)值(按式(6-12)計(jì)算)算得的大50%。(2)當(dāng)遇有下列列任意一種種情況時(shí)，，不應(yīng)計(jì)入入間接鋼筋筋的影響，，而應(yīng)按式式(6-12)計(jì)算構(gòu)件的的承載力：：

①當(dāng)當(dāng)>12時(shí)，因構(gòu)件件長(zhǎng)細(xì)比較較大，可能能由于初始始偏心引起起的側(cè)向彎彎曲和附加加彎矩的影影響而使構(gòu)構(gòu)件的承載載力降低，，螺旋式(或焊接環(huán)式式)箍筋不能發(fā)發(fā)揮其作用用。6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算②當(dāng)按式式(6-18)算得的構(gòu)件件承載力小小于按式(6-12)算得的承載載力時(shí)，因因式(6-18)中只考慮混混凝土的核核芯截面面面積，，當(dāng)當(dāng)外圍混凝凝土較厚時(shí)時(shí)，核芯面面積相對(duì)較較小，就會(huì)會(huì)出現(xiàn)上述述情況況。

③當(dāng)當(dāng)間接鋼鋼筋的換算算截面面積積小小于縱向向鋼筋全部部截面面積積的25%時(shí)，因可以以認(rèn)為間接接鋼筋配置置得太少，，不能起到到套箍的約約束作用。?！纠?.2】試設(shè)計(jì)某賓賓館門廳鋼鋼筋混凝土土圓形現(xiàn)澆澆柱，柱直直徑不大于于400mm。承受縱向向壓力設(shè)計(jì)計(jì)值N=3800kN，從基礎(chǔ)頂頂面到二層層樓面的高高度H=3.6m，采用C30級(jí)混凝土，，HRB335級(jí)鋼筋。6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算解(1)按正常配有有縱筋和普普通箍筋柱柱進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)：

由表表6-2知，柱計(jì)算算長(zhǎng)度取1.0H，則查查表6-1得圓圓形柱柱截面面積積代代入式(6-12)求得，，不滿足足最大配筋筋率要求，，應(yīng)考慮采采用配置螺螺旋式箍筋筋的方案。。6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算(2)按配有螺旋旋式箍筋柱柱進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)：

假定定按縱筋配配筋率計(jì)計(jì)算，則，，選用10()。代代入式(6-18)6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算滿足構(gòu)造要要求。設(shè)螺旋箍筋筋直徑為12mm()，則取s=40mm，滿足間距距構(gòu)造要求求。承載力驗(yàn)算算：6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算按式(6-12)計(jì)算，得：：則該柱能承承受N=3824.2kN，滿足設(shè)計(jì)計(jì)要求。6.2軸心受壓柱柱正截面承承載力計(jì)算算偏心受壓構(gòu)構(gòu)件在工程程中應(yīng)用得得非常廣泛泛，例如常常用的多層層框架柱、、單層鋼架架柱、單層層排架柱；；大量的實(shí)實(shí)體剪力墻墻以及聯(lián)肢肢剪力墻中中的相當(dāng)一一部分墻肢肢；屋架和和托架的上上弦桿和某某些受壓腹腹桿；以及及水塔、煙煙囪的筒壁壁等都屬于于偏心受壓壓構(gòu)件。在在這類構(gòu)構(gòu)件的截面面中，一般般在軸力、、彎矩作用用的同時(shí)還還作用有橫橫向剪力。。當(dāng)橫向剪剪力值較大大時(shí)，偏心心受力構(gòu)件件也應(yīng)和受受彎構(gòu)件一一樣，除進(jìn)進(jìn)行正截面面承載力計(jì)計(jì)算外還要要進(jìn)行斜截截面承載力力計(jì)算。工工程中的的偏心受壓壓構(gòu)件大部部分都是按按單向偏心心受壓來(lái)進(jìn)進(jìn)行截面設(shè)設(shè)計(jì)的，即即如圖6.2(b)所示示只只考考慮慮軸軸向向壓壓力力N沿截截面面一一個(gè)個(gè)主主軸軸方方向向的的偏偏心心作作用用。。在在這這類類構(gòu)構(gòu)件件中中，，為為了了充充分分發(fā)發(fā)揮揮截截面面的的承承載載能能力力，，并并使使構(gòu)構(gòu)件件具具有有不不同同于于素素混混凝凝土土構(gòu)構(gòu)件件的的性性能能，，通通常常都都要要如如圖圖中中所所示示沿沿著著與與偏偏心心軸軸垂垂直直的的截截面面的的兩兩個(gè)個(gè)邊邊緣緣配配置置縱縱向向鋼鋼筋筋。。離離偏偏心心壓壓力力較較近近一一側(cè)側(cè)的的縱縱向向鋼鋼筋筋為為受受壓壓鋼鋼筋筋，，其其截截面面面面積積用用表表示示；；另另一一側(cè)側(cè)的的縱縱向向鋼鋼筋筋則則根根據(jù)據(jù)軸軸向向力力偏偏心心距距的的大大小小可可能能受受拉拉也也可可能能受受壓壓。。不不論論是是受受拉拉還還是是受受壓壓，，其其截截面面面面積積都都用用表表示示。。在在實(shí)實(shí)際際工工程程中中也也有有一一部部分分偏偏心心受受力力構(gòu)構(gòu)件件，，例例如如多多層層框框架架房房屋屋的的角角柱柱，，其其中中的的軸軸向向壓壓力力如如圖圖6.2(c)所示示同同時(shí)時(shí)沿沿截截面面的的兩兩個(gè)個(gè)主主軸軸方方向向偏偏心心作作用用。。應(yīng)應(yīng)按按雙雙向向偏偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件來(lái)來(lái)進(jìn)進(jìn)行行設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。。6.3偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件正正截截面面承承載載力力的的計(jì)計(jì)算算從正正截截面面受受力力性性能能來(lái)來(lái)看看，，我我們們可可以以把把偏偏心心受受壓壓狀狀態(tài)態(tài)看看作作是是軸軸心心受受壓壓與與受受彎彎之之間間的的過過渡渡狀狀態(tài)態(tài)，，即即可可以以把把軸軸心心受受壓壓看看作作是是偏偏心心受受壓壓狀狀態(tài)態(tài)在在M=0時(shí)的的一一種種極極端端情情況況，，而而把把受受彎彎看看作作是是偏偏心心受受壓壓狀狀態(tài)態(tài)在在N=0時(shí)的的另另一一種種極極端端情情況況。。因因此此可可以以斷斷定定，，偏偏心心受受壓壓截截面面中中的的應(yīng)應(yīng)變變和和應(yīng)應(yīng)力力分分布布特特征征將將隨隨著著M/N的逐逐步步降降低低而而從從接接近近于于受受彎彎構(gòu)構(gòu)件件的的狀狀態(tài)態(tài)過過渡渡到到接接近近于于軸軸心心受受壓壓狀狀態(tài)態(tài)。。試試驗(yàn)驗(yàn)表表明明，，從從加加荷荷開開始始到到接接近近破破壞壞為為止止，，用用較較大大的的測(cè)測(cè)量量標(biāo)標(biāo)距距量量測(cè)測(cè)得得到到的的偏偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件的的截截面面平平均均應(yīng)應(yīng)變變值值都都較較好好地地符符合合平平截截面面假假定定。。如如圖圖6.15所示示反反映映了了兩兩個(gè)個(gè)偏偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件截截面面臨臨近近破破壞壞的的應(yīng)應(yīng)變變變變化化分分布布圖圖。。根根據(jù)據(jù)已已經(jīng)經(jīng)做做過過的的大大量量偏偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件的的試試驗(yàn)驗(yàn)，，可可以以把把偏偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件按按其其破破壞壞特特征征劃劃分分為為以以下下兩兩類類：：第第一一類類———受拉拉破破壞壞，，習(xí)習(xí)慣慣上上常常稱稱為為““大大偏偏心心受受壓壓破破壞壞””。。第第二二類類———受壓壓破破壞壞，，習(xí)習(xí)慣慣上上常常稱稱為為““小小偏偏心心受受壓壓破破壞壞””。。6.3.1偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件正正截截面面的的破破壞壞特特征征6.3偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件正正截截面面承承載載力力的的計(jì)計(jì)算算圖6.15偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件截截面面實(shí)實(shí)測(cè)測(cè)的的平平均均應(yīng)應(yīng)變變分分布布6.3偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件正正截截面面承承載載力力的的計(jì)計(jì)算算1.大偏偏心心受受壓壓破破壞壞(受拉拉破破壞壞)當(dāng)構(gòu)構(gòu)件件截截面面中中軸軸向向壓壓力力的的偏偏心心距距較較大大，，而而且且沒沒有有配配置置過過多多的的受受拉拉鋼鋼筋筋時(shí)時(shí)，，就就將將發(fā)發(fā)生生這這種種類類型型的的破破壞壞。。這這類類構(gòu)構(gòu)件件由由于于較較大大，，即即彎彎矩矩M的影影響響較較為為顯顯著著，，因因此此它它具具有有與與適適筋筋受受彎彎構(gòu)構(gòu)件件類類似似的的受受力力特特點(diǎn)點(diǎn)。。在在偏偏心心距距較較大大的的軸軸向向壓壓力力N作用用下下，，遠(yuǎn)遠(yuǎn)離離縱縱向向偏偏心心力力一一側(cè)側(cè)截截面面受受拉拉。。當(dāng)當(dāng)N增大大到到一一定定程程度度時(shí)時(shí)，，受受拉拉邊邊緣緣混混凝凝土土將將達(dá)達(dá)到到其其極極限限拉拉應(yīng)應(yīng)變變，，從從而而出出現(xiàn)現(xiàn)垂垂直直于于構(gòu)構(gòu)件件軸軸線線的的裂裂縫縫。。這這些些裂裂縫縫將將隨隨著著荷荷載載的的增增大大而而不不斷斷加加寬寬并并向向受受壓壓一一側(cè)側(cè)發(fā)發(fā)展展，，裂裂縫縫截截面面中中的的拉拉力力將將全全部部轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)由由受受拉拉鋼鋼筋筋承承擔(dān)擔(dān)。。隨隨著著荷荷載載的的增增大大，，受受拉拉鋼鋼筋筋將將首首先先達(dá)達(dá)到到屈屈服服。。隨隨著著鋼鋼筋筋屈屈服服后后的的塑塑性性伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)，，裂裂縫縫將將明明顯顯加加寬寬并并進(jìn)進(jìn)一一步步向向受受壓壓一一側(cè)側(cè)延延伸伸，，從從而而使使受受壓壓區(qū)區(qū)面面積積減減小小，，受受壓壓邊邊緣緣的的壓壓應(yīng)應(yīng)變變逐逐步步增增大大。。最最后后當(dāng)當(dāng)受受壓壓邊邊混混凝凝土土達(dá)達(dá)到到其其極極限限壓壓應(yīng)應(yīng)變變時(shí)時(shí)，，受受壓壓區(qū)區(qū)混混凝凝土土被被壓壓碎碎而而導(dǎo)導(dǎo)致致構(gòu)構(gòu)件件的的最最終終破破壞壞。。這這類類構(gòu)構(gòu)件件的的混混凝凝土土壓壓碎碎區(qū)區(qū)一一般般都都不不太太長(zhǎng)長(zhǎng)，，破破壞壞時(shí)時(shí)受受拉拉區(qū)區(qū)形形成成一一條條較較寬寬的的主主裂裂縫縫。。試試驗(yàn)驗(yàn)所所得得的的典典型型破破壞壞狀狀況況如如圖圖6.16(a)所示。只只要受壓壓區(qū)相對(duì)對(duì)高度不不致過小小，混凝凝土保護(hù)護(hù)層不是是太厚，，即受壓壓鋼筋不不是過分分靠近中中性軸，，而且受受壓鋼筋筋的強(qiáng)度度也不是是太高，，則在混混凝土開開始?jí)核樗闀r(shí)，受受壓鋼筋筋一般都都能達(dá)到到屈服強(qiáng)強(qiáng)度。6.3偏心受壓壓構(gòu)件正正截面承承載力的的計(jì)算圖6.16試驗(yàn)所得得的典型型破壞狀狀況6.3偏心受壓壓構(gòu)件正正截面承承載力的的計(jì)算在上述破破壞過程程中，關(guān)關(guān)鍵的破破壞特征征是受拉拉鋼筋首首先達(dá)到到屈服，，然后受受壓鋼筋筋也能達(dá)達(dá)到屈服服，最后后由于受受壓區(qū)混混凝土壓壓碎而導(dǎo)導(dǎo)致構(gòu)件件破壞，，這種破破壞形態(tài)態(tài)在破壞壞前有明明顯的預(yù)預(yù)兆，屬屬于塑性性破壞。。所以我我們把這這類破壞壞稱為受受拉破壞壞。破壞壞階段截截面中的的應(yīng)變及及應(yīng)力分分布圖形形如圖6.17(a)所示。圖6.17偏心受壓壓構(gòu)件截截面受力力的幾種種情況6.3偏心受壓壓構(gòu)件正正截面承承載力的的計(jì)算2.小偏心受受壓破壞壞(受壓破壞壞)當(dāng)構(gòu)件截截面中軸軸向壓力力的偏心心距較小小或很小小，或雖雖然偏心心距較大大，但配配置過多多的受拉拉鋼筋時(shí)時(shí)，構(gòu)件件就將發(fā)發(fā)生這種種類型的的破壞。。

當(dāng)偏偏心距較較小，或或偏心距距雖然較較大，但但受拉鋼鋼筋配置置較多時(shí)時(shí)。截面面可能處處于大部部分受壓壓而少部部分受拉拉狀態(tài)。。當(dāng)荷載載增加到到一定程程度時(shí)，，受拉邊邊緣混凝凝土將達(dá)達(dá)到其極極限拉應(yīng)應(yīng)變，從從而沿構(gòu)構(gòu)件受拉拉邊一定定間隔將將出現(xiàn)垂垂直于構(gòu)構(gòu)件軸線線的裂縫縫。但由由于構(gòu)件件截面受受拉區(qū)的的應(yīng)變?cè)鲈鲩L(zhǎng)速度度較受壓壓區(qū)為慢慢，因此此受拉區(qū)區(qū)裂縫的的開展也也較為緩緩慢。在在構(gòu)件破破壞時(shí)，，中和軸軸距受拉拉鋼筋較較近，鋼鋼筋中的的拉應(yīng)力力較小，，受拉鋼鋼筋達(dá)不不到屈服服強(qiáng)度，，因此也也不可能能形成明明顯的主主拉裂縫縫。構(gòu)件件的破壞壞是由受受壓區(qū)混混凝土的的壓碎所所引起的的，而且且壓碎區(qū)區(qū)的長(zhǎng)度度往往較較大。當(dāng)當(dāng)柱內(nèi)配配置的箍箍筋較少少時(shí)，還還可能在在混凝土土壓碎前前在受壓壓區(qū)內(nèi)出出現(xiàn)較長(zhǎng)長(zhǎng)的縱向向裂縫。。在混凝凝土壓碎碎時(shí)，受受壓一側(cè)側(cè)的縱向向鋼筋只只要強(qiáng)度度不是過過高，受受壓鋼筋筋壓應(yīng)力力一般都都能達(dá)到到屈服強(qiáng)強(qiáng)度。這這種情況況下的構(gòu)構(gòu)件典型型破壞狀狀況如圖圖6.16(b)所示。破破壞階段段截面中中的應(yīng)變變及應(yīng)力力分布圖圖形則如如圖6.17(b)所示。這這里需要要注意的的是，由由于受拉拉鋼筋中中的應(yīng)力力沒有達(dá)達(dá)到屈服服強(qiáng)度，，因此在在截面應(yīng)應(yīng)力分布布圖形中中其拉應(yīng)應(yīng)力只能能用來(lái)表表示。。6.3偏心受壓壓構(gòu)件正正截面承承載力的的計(jì)算當(dāng)軸向壓壓力的偏偏心距很很小時(shí)，，構(gòu)件截截面將全全部受壓壓，只不不過一側(cè)側(cè)壓應(yīng)變變較大，，另一側(cè)側(cè)壓應(yīng)變變較小。。這類構(gòu)構(gòu)件的壓壓應(yīng)變較較小一側(cè)側(cè)在整個(gè)個(gè)受力過過程中自自然也就就不會(huì)出出現(xiàn)與構(gòu)構(gòu)件軸線線垂直的的裂縫。。構(gòu)件的的破壞是是由壓應(yīng)應(yīng)變較大大一側(cè)的的混凝土土壓碎所所引起的的。在混混凝土壓壓碎時(shí)，，接近縱縱向偏心心力一側(cè)側(cè)的縱向向鋼筋只只要強(qiáng)度度不是過過高，其其壓應(yīng)力力一般均均能達(dá)到到屈服強(qiáng)強(qiáng)度。這這種受壓壓情況破破壞階段段截面中中的應(yīng)變變及應(yīng)力力分布圖圖形如圖圖6.17(c)所示。由由于受壓壓較小一一側(cè)的鋼鋼筋壓應(yīng)應(yīng)力通常常也達(dá)不不到屈服服強(qiáng)度，，故在應(yīng)應(yīng)力分布布圖形中中它的應(yīng)應(yīng)力也只只能用表表示。此此外，，當(dāng)軸向向壓力的的偏心距距很小，，而遠(yuǎn)離離縱向偏偏心壓力力一側(cè)的的鋼筋配配置得過過少，接接近縱向向偏心壓壓力一側(cè)側(cè)的鋼筋筋配置較較多時(shí)，，截面的的實(shí)際重重心和構(gòu)構(gòu)件的幾幾何形心心不重合合，重心心軸向縱縱向偏心心壓力方方向偏移移，且越越過縱向向壓力作作用線，，在這種種特殊情情況下，，破壞階階段截面面中的應(yīng)應(yīng)變及應(yīng)應(yīng)力分布布圖形如如圖6.17(d)所示?？煽梢娺h(yuǎn)離離縱向偏偏心壓力力一側(cè)的的混凝土土的壓應(yīng)應(yīng)力反而而大，出出現(xiàn)遠(yuǎn)離離縱向偏偏心壓力力一側(cè)邊邊緣混凝凝土的應(yīng)應(yīng)變首先先達(dá)到極極限壓應(yīng)應(yīng)變，混混凝土被被壓碎，，最終構(gòu)構(gòu)件破壞壞的現(xiàn)象象。由于于壓應(yīng)力力較小一一側(cè)鋼筋筋的應(yīng)力力通常也也達(dá)不到到屈服強(qiáng)強(qiáng)度，因因此在截截面應(yīng)力力分布圖圖形中其其應(yīng)力只只能用來(lái)來(lái)表表示。。6.3偏心受壓壓構(gòu)件正正截面承承載力的的計(jì)算上述小偏偏心受壓壓情況所所共有的的關(guān)鍵性性破壞特特征是，，構(gòu)件的的破壞是是由受壓壓區(qū)混凝凝土的壓壓碎所引引起的。。破壞時(shí)時(shí)，壓應(yīng)應(yīng)力較大大一側(cè)的的受壓鋼鋼筋的壓壓應(yīng)力一一般都能能達(dá)到屈屈服強(qiáng)度度，而另另一側(cè)的的鋼筋不不論受拉拉還是受受壓，其其應(yīng)力一一般都達(dá)達(dá)不到屈屈服強(qiáng)度度。構(gòu)件件在破壞壞前變形形不會(huì)急急劇增長(zhǎng)長(zhǎng)，但受受壓區(qū)垂垂直裂縫縫不斷發(fā)發(fā)展，破破壞時(shí)沒沒有明顯顯預(yù)兆，，屬脆性性破壞。。所以我我們把具具有這類類特征的的破壞形形態(tài)統(tǒng)稱稱為“受受壓破壞壞”。3.界限破壞壞

在““受拉破破壞”和和“受壓壓破壞””之間存存在著一一種界限限狀態(tài)，，稱為““界限破破壞”。。它不僅僅有橫向向主裂縫縫，而且且比較明明顯。它它在受拉拉鋼