建筑结构43受压构件.pptx

第四章 第三节 受压构件承载力计算4.3.1 概述受压构件分为轴心受压构件和偏心受压构件。轴心受压构件：轴向力作用在构件截面的形心上。偏心受压构件：轴向力不作用在构件截面的形心上（有弯矩和轴力共同作用的构件）。(a)轴心受压 (b)单向偏心受压 实际工程中真正的轴心受压构件是没有的。由实际工程中真正的轴心受压构件是没有的。由于施工的偏差及混凝土的不均匀性和钢筋的不对称于施工的偏差及混凝土的不均匀性和钢筋的不对称性性,都将使构件产生初始偏心距都将使构件产生初始偏心距,所以即使设计时理所以即使设计时理论计算是轴心受压构件论计算是轴心受压构件,也不一定为轴心受压构件也不一定为轴心受压构件,但对于一些偏心距较小的构件但对于一些偏心距较小的构件,可按轴心受压构件计可按轴心受压构件计算。算。受压构件在实际工程中应用比较广泛。受压构件在实际工程中应用比较广泛。说明说明New Antioch Bridge.This high-level bridge completed in 1979 replaced an older truss-type lift bridge crossing the main shipping channel.The bridge consists of continuous spans of variable depth in Cor-Ten steel.Maximum span is 460 ft,and maximum height of roadway above water level is 135 ft.(California)Elevated highway.Taken during construction.Designed as concrete box girders,these bridges were cast in place and post-tensioned.(Vienna,Austria)Highway interchange structure.Spans are all multi-cell reinforced concrete box girders.Being stiff in torsion,these sections can be supported on a single line of columns,as well as on double columns or bents.(Oakland,California)Elevated highway,San Pablo Bay,California.The 2-story concrete frames supporting the roadway are loaded on the top beam by highway loading,and transversely by inertia forces due to earthquake.(San Francisco Bay Area)工业和民用建筑中的单层厂房和多层框架柱偏心受压构件偏心受压构件拱和屋架上弦杆，以及水塔、烟囱的筒壁等属于偏心受压构件偏心受压构件 第六章 受压构件承载力计算受压构件的配筋构造要求一、一、截面形状和尺寸截面形状和尺寸 通常通常通常通常采用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采采用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。用工字形截面。桥墩、桩和公共建筑中的柱主要采用圆形截面。桥墩、桩和公共建筑中的柱主要采用圆形截面。柱的截面尺寸不宜过小，不宜小于柱的截面尺寸不宜过小，不宜小于250*250。一般。一般应控制在应控制在l0/b30及及l0/h25。当柱截面的边长在当柱截面的边长在800mm以下时，一般以以下时，一般以50mm为模数，边长在为模数，边长在800mm以上时，以以上时，以100mm为模数。为模数。I形截面，翼缘厚度不宜小于形截面，翼缘厚度不宜小于120mm，腹板厚度，腹板厚度不宜小于不宜小于100mm。4.3.2 受压构件构造要求二、材料强度二、材料强度 混凝土混凝土：受压构件的承载力主要取决于混凝：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，一般应采用强度等级较高的混凝土。土强度，一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用用C25C40，在高层建筑中，在高层建筑中，C50C60级级混凝土也经常使用。混凝土也经常使用。钢筋钢筋：纵向受力钢筋通常采用纵向受力钢筋通常采用HRB335级级(级级)和和HRB400级级(级级)钢筋，不宜采用钢筋，不宜采用高强钢筋。高强钢筋。受压构件的配筋构造要求 纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲作用。同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用（垂直作用。同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用（垂直于弯矩作用平面），以及收缩和温度变化产生的拉应力，对受于弯矩作用平面），以及收缩和温度变化产生的拉应力，对受压构件的最小配筋率应有所限制。压构件的最小配筋率应有所限制。规范规定，轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋规范规定，轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于的配筋率不应小于0.6%；同时一侧受压钢筋的配筋率不应小于同时一侧受压钢筋的配筋率不应小于0.2%，受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。另一方面，另一方面，全部纵筋配筋率不宜超过全部纵筋配筋率不宜超过5%。全部纵向钢筋的配全部纵向钢筋的配筋率按筋率按r r=(As+As)/A计算，一侧受压钢筋的配筋率按计算，一侧受压钢筋的配筋率按r r=As/A计算，其中计算，其中A为构件全截面面积。为构件全截面面积。三、纵向钢筋三、纵向钢筋受压构件的配筋构造要求 柱中纵向受力钢筋的的直径柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于不宜小于12mm，且选配钢筋时，且选配钢筋时宜根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于宜根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于4根，圆形截面根数根，圆形截面根数不宜少于不宜少于8根，不应少于根，不应少于6根，且应沿周边均匀布置。根，且应沿周边均匀布置。纵向钢筋的保护层厚度要求见表，且不小于钢筋直径纵向钢筋的保护层厚度要求见表，且不小于钢筋直径d。当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净距不小于当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净距不小于50mm；对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小净距不小于对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小净距不小于30mm和和1.5d。截面各边纵筋的中距不应大于截面各边纵筋的中距不应大于300mm。受压构件的配筋构造要求四、四、箍箍 筋筋 受受压压构构件件中中箍箍筋筋应应采采用用封封闭闭式式，其其直直径径不不应应小小于于d/4，且且不不小小于于6mm，此处，此处d为纵筋的最大直径。为纵筋的最大直径。箍箍筋筋间间距距不不应应大大于于400mm，也也不不应应大大于于截截面面短短边边尺尺寸寸；对对绑绑扎扎钢钢筋筋骨骨架架，箍箍筋筋间间距距不不应应大大于于15d；对对焊焊接接钢钢筋筋骨骨架架不不应应大大于于20d，此处，此处d为纵筋的最小直径。为纵筋的最小直径。当当柱柱中中全全部部纵纵筋筋的的配配筋筋率率超超过过3%，箍箍筋筋直直径径不不宜宜小小于于8mm，且且箍箍筋筋末末端端应应应应作作成成135的的弯弯钩钩，弯弯钩钩末末端端平平直直段段长长度度不不应应小小于于5倍倍的的箍箍筋筋直直径径，或或焊焊成成封封闭闭式式；此此时时，箍箍筋筋间间距距不不应应大大于于10纵筋最小直径，也不应大于纵筋最小直径，也不应大于200mm。当当柱柱截截面面短短边边大大于于400mm，且且各各边边纵纵筋筋配配置置根根数数超超过过多多于于3根根时时，或或当当柱柱截截面面短短边边未未大大于于400mm，但但各各边边纵纵筋筋配配置置根根数数超超过过4根时，应设置复合箍筋。根时，应设置复合箍筋。对对截截面面形形状状复复杂杂的的柱柱，不不得得采采用用具具有有内内折折角角的的箍箍筋筋，以以避避免免箍筋受拉时使折角处混凝土破损。箍筋受拉时使折角处混凝土破损。受压构件的配筋构造要求箍筋复合箍筋复合箍筋拉筋b5时就要修正，但是试验表明，时就要修正，但是试验表明，当当l0h=515时，长细比对截面极限曲率影响不大。时，长细比对截面极限曲率影响不大。因此，规范规定在因此，规范规定在l0h15时才对截面曲率进行修正。时才对截面曲率进行修正。公式为:l0h=1530时时,按上式按上式计算计算l0hx xb时时6.2 偏心受压构件的承载力计算受受拉拉破坏破坏(大偏心受压大偏心受压)受受压压破坏破坏(小偏心受压小偏心受压)对于大偏心受压对于大偏心受压：取：取公式适用条件：公式适用条件：对于小偏心受压对于小偏心受压：三、钢筋的应力三、钢筋的应力 s s可由平截面假定求得可由平截面假定求得混凝土强度等级混凝土强度等级C50C50时，时，取取 1 1=0.8=0.8。如将上式带入基本方程，需要解如将上式带入基本方程，需要解x的一元三的一元三次方程，另外，根据试验，次方程，另外，根据试验，与与 基本为直线基本为直线关系。关系。考虑：当考虑：当x x=x xb，s=fy；当；当x x=b b1 1，s=0规范规定规范规定 s s近似按近似按下式计算：下式计算：一、大小偏心判断一、大小偏心判断先按大偏心受压考虑先按大偏心受压考虑4.3.6 矩形截面对称配筋的强度计算矩形截面对称配筋的强度计算截面设计题：截面设计题：对称配筋，即截面的两侧用相同数量的配筋和相同钢对称配筋，即截面的两侧用相同数量的配筋和相同钢材规格，材规格，As=As，fy=fy，as=as若若 属于大偏心受压属于大偏心受压若若属于小偏心受压属于小偏心受压二、大偏心受压二、大偏心受压已知：截面尺寸、材料强度已知：截面尺寸、材料强度、N、M、L0求：求：AS，AS解解:1)判断大小偏心判断大小偏心若若属于大偏属于大偏心受压心受压若若属于小属于小偏心受压偏心受压 2)求钢筋面积求钢筋面积注：注：1.当当x 0.3%bh=0.3%300400=360mm2，故配筋满足要求。（6）验算垂直弯矩作用平面的承载力）验算垂直弯矩作用平面的承载力 lo/b=3000/300=108Nu=0.9fc A+fy（As+As）=0.90.989.6300400+300（1256+1256）=1670kNN=260 kN 故垂直弯矩作用平面的承载力满足要求。箍筋选用故垂直弯矩作用平面的承载力满足要求。箍筋选用8250，如图。，如图。例2配筋图【例例3】某矩形截面偏心受压柱，截面尺寸某矩形截面偏心受压柱，截面尺寸bh=300mm500mm，柱计算长度，柱计算长度l0=2500mm，混凝土强度，混凝土强度等级为等级为C25，纵向钢筋采用，纵向钢筋采用HRB335级，级，as=as=40mm，承受，承受轴向力设计值轴向力设计值N=1600kN，弯矩设计值，弯矩设计值M=180kNm，采用对，采用对称配筋，求纵向钢筋面积称配筋，求纵向钢筋面积As=As。【解】【解】fc=11.9N/mm2，fy=300N/mm2,=0.55,=1.0,=0.81求初始偏心距求初始偏心距eie0=ea=（20，）=max(20,)=20mmei=e0+ea=112.5+20=132.5mm2求偏心距增大系数求偏心距增大系数 l0/h=55，故=1.03判别大小偏心受压判别大小偏心受压 h0=h-40=500-40=460mmx=448.2 mmxb=0.55460=253 mm属于小偏心受压构件。属于小偏心受压构件。4重新计算重新计算x e=h/2+ei-as=250+1.0132.5+-40=342.5mm =0.652460=299.9mm5求纵筋截面面积求纵筋截面面积As、AsAs=As=1375mm2每侧各配每侧各配222（As=As=1520mm2）6验算垂直于弯矩作用平面的承载力验算垂直于弯矩作用平面的承载力 l0/b=2500/300=8.338 Nu=0.9 fy（As+As）+fcA=0.90.99（1520+1520）300+30050011.9 =2350kNN=1600kN 故故垂垂直直于于弯弯矩矩作作用用平平面面的的承承载载力力满满足足要要求求。每每侧侧各各配筋如下图所示。配筋如下图所示。例3配筋图注：计算时注：计算时如如xh，取取x=h1.已知已知:截面尺寸、材料强度截面尺寸、材料强度、N、L0，AS，AS求：求：M 解：判断大小偏心解：判断大小偏心四、截面承载力复核四、截面承载力复核注：对于垂直弯矩作用方向还应按轴心受压进行验算即应满注：对于垂直弯矩作用方向还应按轴心受压进行验算即应满足：足：注：如注：如xh 取取x=h2.已知已知:截面尺寸、材料强度截面尺寸、材料强度、e0、L0，AS，AS求：求：N 解：判断大小偏心解：判断大小偏心先按大偏心受压对N的作用点取矩,求x联立左边二式求得N注：对于垂直弯矩作用方向还应按轴心受压进行验算注：对于垂直弯矩作用方向还应按轴心受压进行验算即应满足：即应满足：本章重点本章重点1.单向偏心受压构件随即受压区高度 的不同，有受拉破坏和受压破坏两种不同的破坏形式。两种破坏的分解条件是：是受拉破坏；为受压破坏2.在结构发生层间位移和挠曲变形时，结构构件中由轴向力可能有两种方法考虑。一种是 近似法，称为偏心距增大系数，对于短柱，可不考虑这种影响，取 。另一种是较准确的考虑二阶效应的弹性分析法，可直接求得考虑弯矩二阶效应的设计内力值。