混凝土结构设计原理受压构件承载力计算.pptx

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1、1受压构件的实际应用受压构件的实际应用 多高层建筑中的框架柱，单层工业厂房中屋架的上弦杆，桥梁结构中的桥墩，拱、桩等均属于受压构件。利用混凝土构件承受以轴心（偏心）压力为主的内力，可以充分发挥混凝土材料的强度优势，因而在工程结构中混凝土受压构件应用比较普遍。建筑实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的，这是因为：通常施工制造的误差、荷载作用位置的不确定性、混凝土质量的不均匀性等，使得上述构件存在一定的初始偏心距。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算第1页/共154页2框架结构中的柱(Columns of Frame Structure)第第5 5章章 受压构件承载力计算受压

2、构件承载力计算第2页/共154页3屋架结构中的上弦杆(Top Chord of Roof Truss Structure)第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算第3页/共154页4桩基础(Pile Foundation)第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算第4页/共154页5单向偏心受压单向偏心受压 双向偏心受压双向偏心受压 第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算轴心受压轴心受压 第5页/共154页6 构构造造设设计计是是结结构构设设计计的的重重要要方方面面。结结构构设设计计除除了了需需要要进进行行结结构构承承载载能能力力极极限限状状态态和和正正常常

3、使使用用极极限限状状态态的计算设计外，还须进行结构构造设计。的计算设计外，还须进行结构构造设计。结结构构构构造造设设计计，是是指指在在结结构构计计算算中中未未能能详详细细考考虑虑或或很很难难定定量量计计算算的的因因素素，已已被被长长期期工工程程经经验验验验证证的的合合理技术措施，以确保结构安全。理技术措施，以确保结构安全。5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第6页/共154页7材料要求材料要求 一一般般采采用用C30C50强强度度等等级级混混凝凝土土，对对于于高高层层建建筑筑的的底底

4、层层柱柱，必必要要时时可可采采用用C50C50以以上上的的高高强强度度混混凝凝土。土。纵纵向向受受力力钢钢筋筋一一般般采采用用HRB400HRB400级级、HRB500HRB500级级、HRBF400HRBF400级级、HRBF500HRBF500级级。热热轧轧钢钢筋筋的的抗抗压压强强度度设设计计值取值取 。箍箍筋筋一一般般采采用用HPB300HPB300级级、HRB400HRB400级级、HRB500HRB500级级、HRBF400HRBF400级、级、HRBF500HRBF500级级，也可采用，也可采用HRB335HRB335级钢筋。级钢筋。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力

5、计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第7页/共154页8截面设计截面设计 结结构构设设计计时时，截截面面形形式式及及尺尺寸寸是是根根据据设设计计要要求求、荷荷载载情情况况，用用经经验验公公式式、轴轴压压比比和和工工程程经经验验等等预预先估计确定。先估计确定。为为了了充充分分利利用用材材料料强强度度，避避免免构构件件长长细细比比过过大大，承承载载能能力力降降低低过过多多，常常取取l0/b30，l0/h25，l0/d25，一般一般l0/h为为1515左右。左右。柱柱截截面面在在轴轴心心受受压压情情况况下下一一般般采采用用方方形形或或矩矩形，有特殊要求时，可采用圆形或多边形。形，

6、有特殊要求时，可采用圆形或多边形。柱柱截截面面尺尺寸寸在在800mm800mm以以下下者者，宜宜取取50mm50mm的的倍倍数数；800mm800mm以上者，可取以上者，可取100mm100mm的倍数。的倍数。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第8页/共154页9截面形式及尺寸截面形式及尺寸 受压构件截面一般采用方形或矩形，有时也可采用圆形或多边形。圆形截面d d350mm,350mm,取350350、400400600600、700700、800800矩形截面b b300mm,300mm,取300300、350350、40

7、0400600600、700700、800800 h h取350350、400400600600、700700、800800工字形截面翼缘厚度120mm120mm，腹板厚度100mm,100mm,h h500mm,500mm,取500500、550550、600600、700700、800800、900900 b b400mm,400mm,取400400、450450、500500、550550、600600、700700、800800第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第9页/共154页10与与混混凝凝土土共共同同承承受受压

8、压力力，提高构件截面受压承载力；提高构件截面受压承载力；提提高高构构件件的的变变形形能能力力，改善受压破坏的脆性；改善受压破坏的脆性；承承受受可可能能产产生生的的偏偏心心弯弯矩矩、混混凝凝土土收收缩缩及及温温度度变变化化引引起起的拉应力；的拉应力；减少混凝土的徐变变形。减少混凝土的徐变变形。纵筋的作用纵筋的作用第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第10页/共154页11纵向受力钢筋纵向受力钢筋 纵纵向向受受力力钢钢筋筋是是通通过过计计算算确确定定的的。轴轴心心受受压压柱柱的的受受力力纵纵筋筋原原则则上上应应沿沿构构件件受受力力

9、方方向向设设置置，周周边边均均匀匀、对对称称布布置置，要要成成双双配配置置，用用箍箍筋筋固固定定位位置，置，并有足够混凝土保护层厚度。并有足够混凝土保护层厚度。矩矩形形截截面面的的钢钢筋筋根根数数不不应应小小于于4 4根根，圆圆形形截截面面的的钢钢筋筋根根数数不不宜宜少少于于8 8根根，不不应应小小于于6 6根根。纵纵向向受受 力力 钢钢 筋筋 直直 径径d d不不 宜宜 小小 于于 12mm12mm，通通 常常 在在12mm32mm范围内选用。范围内选用。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第11页/共154页12 规规定定

10、受受压压构构件件最最小小配配筋筋率率的的目目的的是是改改善善其其脆脆性性特特征征，避避免免混混凝凝土土突突然然压压溃溃，能能够够承承受受收收缩缩和和温温度度引引起起的的拉拉应应力力，并并使使受受压压构构件件具具有有必必要要的的刚刚度度和和抗抗偶偶然然偏心作用的能力。偏心作用的能力。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定，轴心受压构件全规定，轴心受压构件全部钢筋的最小配筋率为部钢筋的最小配筋率为0.6%0.6%（300MPa300MPa、335MPa335MPa ）、）、0.55%0.55%（400MPa400MPa）、）、0.5%0.5%（500MPa500MPa）,但不宜超过但不宜超过5%

11、5%，同时一侧钢筋的配筋率不应小于，同时一侧钢筋的配筋率不应小于0.2%0.2%。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第12页/共154页13 荷载长期作用，如果构件在持续荷载过程荷载长期作用，如果构件在持续荷载过程中突然卸载，则混凝土只能恢复其全部压缩变中突然卸载，则混凝土只能恢复其全部压缩变形中的弹性变形部分，其徐变变形大部分不能形中的弹性变形部分，其徐变变形大部分不能恢复，而钢筋将能恢复其全部压缩变形，这种恢复，而钢筋将能恢复其全部压缩变形，这种情况下，钢筋受压，混凝土受拉。有可能使混情况下，钢筋受压，混凝土受拉。有可能

12、使混凝土内的应力达到抗拉强度而立即断裂。凝土内的应力达到抗拉强度而立即断裂。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算 规规范范规规定定柱柱的的全全部部纵纵向向受受压压钢钢筋筋配配筋筋率率不宜大于不宜大于5.05.0。5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第13页/共154页14钢筋间距与保护层厚度钢筋间距与保护层厚度 纵纵向向受受力力钢钢筋筋的的净净距距不不应应小小于于50mm50mm，最最大大净净距距不不宜宜大大于于300mm300mm。在在偏偏心心受受压压柱柱中中，垂垂直直于于弯弯矩矩作作用用平平面面的的侧侧面面上上的的纵纵向向受受力力钢钢筋筋以以及及轴轴心心受受

13、压压柱柱中中各各边边的的纵纵向向受受力力钢钢筋筋间间距距不不宜宜大大于于300mm300mm；其其对对水水平平浇浇筑筑的的预预制制柱，其纵向钢筋的最小净距可按梁的有关规定。柱，其纵向钢筋的最小净距可按梁的有关规定。钢筋与混凝土协同工作，存在着粘结锚固作用；钢筋与混凝土协同工作，存在着粘结锚固作用；保护层的作用保护层的作用耐久性要求；耐久性要求；第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造设设计计使使用用年年限限为为100100年年的的保保护护层层厚厚度度不不应应小小于于设设计计使使用年限为用年限为5050年的保护层厚度的年的保护层厚度

14、的1.41.4倍。倍。第14页/共154页15防防止止纵纵向向钢钢筋筋受受力力后后压压屈和固定纵向钢筋位置；屈和固定纵向钢筋位置；横向箍筋的作用横向箍筋的作用改善构件破坏的脆性；改善构件破坏的脆性；当当采采用用密密排排箍箍筋筋时时还还能能约约束束核核芯芯内内混混凝凝土土，提提高高其其极极限变形值；限变形值；箍箍筋筋与与纵纵筋筋形形成成骨骨架架，保保证骨架刚度。证骨架刚度。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第15页/共154页16 箍筋直径不应小于箍筋直径不应小于d d/4/4，且不应小于，且不应小于6mm6mm（d d为纵为

15、纵筋最大直径）。箍筋间距不应大于筋最大直径）。箍筋间距不应大于400mm400mm及构件截面的及构件截面的短边尺寸，且不应大于短边尺寸，且不应大于1515d d（d d为纵筋最小直径），当为纵筋最小直径），当柱中全部纵筋配筋率超过柱中全部纵筋配筋率超过3%3%时，箍筋直径不应小于时，箍筋直径不应小于8mm8mm，其间距应不大于，其间距应不大于1010d d（d d为纵筋最小直径），且不应为纵筋最小直径），且不应大于大于200mm200mm。箍筋末端应做成箍筋末端应做成135,135,且弯钩末端平直段长度不且弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的应小于箍筋直径的1010倍；箍筋也可焊成封闭环式。倍

16、；箍筋也可焊成封闭环式。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造箍筋箍筋 第16页/共154页17 当当柱柱截截面面短短边边不不大大于于400mm400mm，且且纵纵筋筋不不多于四根时多于四根时，可不设复合箍筋可不设复合箍筋。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第17页/共154页18当当柱柱截截面面短短边边大大于于400mm400mm，且且各各边边纵纵向向钢钢筋筋多多于于3 3根根时时，或或当柱截面短边不大于400mm，但各边纵向钢筋多于4根时，应应设设置置复合

17、箍筋复合箍筋。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第18页/共154页19当当不不符符合合上上述述情情况况时时，应应设设置置附附加加箍箍筋筋，其其布布置置要要求求是使纵向钢筋每隔一根位于箍筋转角处是使纵向钢筋每隔一根位于箍筋转角处。正确正确正确正确 错误！错误！错误！错误！正确正确正确正确 错误！错误！错误！错误！不不允允许许采采用用有有内内折折角角的的箍箍筋筋，因因为为内内折折角角箍箍筋筋受受力力后后有有拉直的趋势，将使内折角处的混凝上崩裂。拉直的趋势，将使内折角处的混凝上崩裂。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载

18、力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造第19页/共154页20第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱 螺螺旋旋箍箍筋筋轴轴心心受受力力柱柱是是由由混混凝凝土土、纵纵筋筋和和横横向向钢筋组成，横向钢筋采用螺旋式或焊接环式钢筋钢筋组成，横向钢筋采用螺旋式或焊接环式钢筋。第20页/共154页21第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.1 5.1 受压构件的一般构造受压构件的一般构造 在在配配有有螺螺旋旋式式或或焊焊接接环环式式间间接接钢钢筋筋的的柱柱中中，如如计计算算中中考考虑虑

19、间间接接钢钢筋筋的的作作用用，则则间间接接钢钢筋筋的的间间距距不不应应大大于于80 80 mmmm及及d dcorcor/5/5（d dcorcor为为按按间间接接钢钢筋筋内内表表面面确确定定的的核核心心截截面面直直径径），且且不不宜宜小小于于40mm40mm；间间接接钢钢筋筋的的直直径径不不应应小小于于d d6 6，且且不不应应小小于于6 6 mmmm，d d为为纵纵向向钢钢筋筋的的最最大大直径。直径。纵纵向向钢钢筋筋通通常常沿沿截截面面周周边边均均匀匀配配置置，一一般般为为68根，常用的纵向钢筋配筋率为根，常用的纵向钢筋配筋率为0.82.5%。第21页/共154页22第第5 5章章 受压构

20、件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算5.2 轴心受压构件正截面受压承载力计算轴心受压构件正截面受压承载力计算1 1 轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算 普通箍筋柱与螺旋箍筋柱普通箍筋柱与螺旋箍筋柱 实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱按照箍筋的作用及配置方式分为两种：l 普通箍筋柱（Tied Columns）配有纵向钢筋和普通箍筋的柱l 螺旋箍筋柱（Spiral Columns）配有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱第22页/共154页23第第5 5章章 受压构件承载力计算受

21、压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算普通钢箍柱Tied ColumnsTied Columns螺旋钢箍柱Spiral ColumnsSpiral Columns第23页/共154页24柱的分类柱的分类 由由于于受受压压柱柱长长度度不不同同，柱柱的的破破坏坏形形式式不不同同，混混凝凝土土结结构构设设计计规规范范根根据据长长细细比比（构构件件的的计计算算长长度度l0与与构构件件的的短短边边b b或或截截面面回回转转半半径径i i之之比比），将将柱柱分分为为长长柱柱和和短柱短柱两类。两类。规规范范规规定定，柱柱的的长长细细比比满满足足以以下

22、下条条件件时时属属短短柱柱：矩形截面矩形截面l0/b/b88；圆形截面；圆形截面l0/d/d77；任意截面；任意截面l0/i/i2828，否否则则，柱柱的的长长细细比比较较大大，柱柱的的极极限限承承载载力力将将受受侧侧向向变形所引起的附加弯矩影响而降低，称为长柱。变形所引起的附加弯矩影响而降低，称为长柱。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第24页/共154页25第25页/共154页26 短柱（Short Columns）是如何形成 的？我们通常将柱长与柱的截面尺寸之比较小的柱，称为短柱。在实际结构

23、中，带窗间墙的柱、高层建筑地下车库的柱子，以及楼梯间处的柱都容易形成短柱。窗间墙的短柱第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第26页/共154页27短柱 短柱刚度大，易产生剪切破坏。第27页/共154页28 什么是长柱（Slender Columns）我们通常将柱长与截面尺寸之比较大的柱定义为长柱。在实际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。轴心受压长柱与短柱的主要受力区别在于：由于偏心所产生的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必须考虑。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.

24、2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第28页/共154页29第29页/共154页30短柱短柱 第第阶段阶段弹性阶段弹性阶段轴轴向向压压力力与与截截面面钢钢筋筋和和混混凝凝土土的的应应力力基基本本上上呈呈线线性性关关系系。钢筋和混凝土的应力基本上按弹性模量的比值来分配。第第阶段阶段弹塑性阶段弹塑性阶段混混凝凝土土进进入入明明显显的的非非线线性性阶阶段段，混凝土应力的增加愈来愈慢，而钢筋的应力基本上与其应变成正比增加，钢钢筋筋的的压压应应力力比比混混凝凝土土的的压压应应力力增增加加得得快快，出出现现应力重分布应力重分布。第第阶段阶段破坏阶段破坏阶段钢钢筋筋首首先先屈

25、屈服服，有有明明显显屈屈服服台台阶阶的的钢钢筋筋应应力力保保持持屈屈服服强强度度不不变变，混混凝凝土土的的应应力力也也随随应变的增加而继续增长。应变的增加而继续增长。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算应力轴力钢筋应力增长混凝土的应力增长第30页/共154页31 当当混混凝凝土土压压应应力力达达到到峰峰值值应应变变，外外荷荷载载不不再再增增加加，压压缩缩变变形形继继续续增增加加，出出现现的的纵纵向向裂裂缝缝继继续续发发展展，箍箍筋筋间间的的纵纵筋筋发发生生压压屈屈向向外外凸凸出出，混混凝凝土土被压碎

26、而整个构件破坏。被压碎而整个构件破坏。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第31页/共154页32长柱长柱 加加载载后后，初初始始偏偏心心距距导导致致产产生生附附加加弯弯矩矩，附附加加弯弯矩矩又又引引起起了了侧侧向向挠挠度度，侧侧向向挠挠度度增增大大了了荷荷载载的的偏偏心心距距；随随着着荷荷载载的的增增加加，附加弯矩和侧向挠度将不断增大。附加弯矩和侧向挠度将不断增大。破破坏坏时时，首首先先在在凹凹侧侧出出现现纵纵向向裂裂缝缝，随随后后混混凝凝土土被被压压碎碎，纵纵筋筋被被压压屈屈向向外外凸凸出出；凸

27、凸侧侧混混凝凝土土出出现现垂垂直直于于纵纵轴轴方方向向的的横横向向裂裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第32页/共154页33 试试验验表表明明，长长柱柱的的破破坏坏荷荷载载低低于于其其他他条条件件相相同同的的短短柱柱破破坏坏荷荷载载，长长细细比比越越大大，各各种种偶偶然然因因素素造造成成的的初初始始偏偏心心距距将将越越大大，产产生生的的附附加加弯弯矩矩和和相相应应的的侧侧向向挠挠度度也也越越大大，承承载载能能力力降降低低越越多多。

28、对对于于长长细细比比很很大大的的细细长长柱柱，还还可可能能发发生生失失稳稳破破坏现象。坏现象。在在长长期期荷荷载载作作用用下下，由由于于混混凝凝土土的的徐徐变变，侧侧向向挠挠度度将将增增大大更更多多，从从而而使使长长柱柱的的承承载载力力降降低低的的更更多多，长长期期荷荷载载在在全全部部荷荷载载中中所所占占的的比比例例越多，其承载力降低的越多。越多，其承载力降低的越多。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第33页/共154页34稳定系数稳定系数 规规范范采采用用稳稳定定系系数数 来来表表示示长长柱柱承

29、承载载力力的的降降低低，即为长柱受压承载力和短柱受压承载力的比值即为长柱受压承载力和短柱受压承载力的比值第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算和长细比l0/b（矩形截面）直接相关混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范中，为安全计，取值小于上述结果，详见教材表中，为安全计，取值小于上述结果，详见教材表5.3第34页/共154页35第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第35页/共154页36第第5 5章章 受压构

30、件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第36页/共154页37 根根据据结结构构设设计计原原则则，N N是是正正截截面面的的轴轴向向压压力力设设计计值值，N Nu u是是正正截截面面的的受受压压承承载载力力设设计计值值，N N相相当当于于荷荷载载效效应应组组合合S S，是是由由内内力力计计算算得得到到的的，N Nu u相相当当于于截截面面的的抗抗力力R R，在在考考虑虑长长柱柱承承载载力力的的降降低低和和可可靠靠度度的的调调整整因因素后，轴心受压柱正截面受压承载力素后，轴心受压柱正截面受压承载力第第5 5章章 受压构件承载

31、力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算普通箍筋柱受压承载力的计算普通箍筋柱受压承载力的计算第37页/共154页38 计算简图fcfyAsNfyAsAs 计算公式第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第38页/共154页39截面设计计算步骤截面设计计算步骤 1 1已知轴心压力设计值已知轴心压力设计值N N、材料强度设计值、材料强度设计值(即即fc、fy)构件长度和支承情况构件长度和支承情况(或或l0已知已知)2 2假定假定 和和令令N=N

32、N=Nu u由公式，由公式，得截面面积得截面面积 3 3由公式由公式得纵向受压钢筋面积得纵向受压钢筋面积 A A s s第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第39页/共154页40(1)(1)配筋率应当以构件的全部面积为分母求得；配筋率应当以构件的全部面积为分母求得；截面设计应注意的问题截面设计应注意的问题(2)(2)检查是否满足最小配筋率、单面最小配筋率检查是否满足最小配筋率、单面最小配筋率 以及不超过最大配筋率的要求；以及不超过最大配筋率的要求；(3)(3)计算高度受构件支承条件的影响；计算高度

33、受构件支承条件的影响；(4)(4)实际配筋面积与计算配筋的面积的误差控制实际配筋面积与计算配筋的面积的误差控制在在5%5%左右，比较合理。左右，比较合理。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第40页/共154页41截面复核截面复核 截面尺寸、材料强度设计值及构件长度和截面尺寸、材料强度设计值及构件长度和支承情况（或支承情况（或l0）均为已知，如上求得，求）均为已知，如上求得，求N Nu u，检查是否满足。，检查是否满足。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件

34、正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第41页/共154页42 螺螺旋旋箍箍筋筋使使核核芯芯混混凝凝土土处处于于三三向向受受压压状状态态，限限制制了了混混凝凝土的横向膨胀，因而提高了柱子的抗压强度和变形能力。土的横向膨胀，因而提高了柱子的抗压强度和变形能力。A A素混凝土柱；素混凝土柱；B B普通箍筋柱；普通箍筋柱；C C螺旋箍筋柱。螺旋箍筋柱。当当荷荷载载增增加加到到使使螺螺旋旋箍箍筋筋屈屈服服时时，才才使使螺螺旋旋箍箍筋筋对对核核芯芯混混凝凝土土约约束束作作用用开开始始降降低低，柱柱子子才才开开始始破破坏坏，柱柱破破坏坏时时的的变变形形达达0.010.01。其极限荷载一般要大

35、于同其极限荷载一般要大于同样截面尺寸的普通箍筋柱。样截面尺寸的普通箍筋柱。2 2 轴心受压螺旋式箍筋柱正截面承载力计算轴心受压螺旋式箍筋柱正截面承载力计算第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第42页/共154页43 采用螺旋箍筋或焊接环筋后，可以使核心区混凝土处于三向受压状态，因而提高了其强度和变形能力，这种配筋方式称为“间接配筋”，故螺旋箍筋或焊接环筋称为“间接钢筋”。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计

36、算第43页/共154页44隔离体的平衡方程隔离体的平衡方程约束混凝土的轴向抗压强度约束混凝土的轴向抗压强度 第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第44页/共154页45 核心区混凝土三轴受压状态的产生 dcorfyAss1S第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第45页/共154页46取取第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力

37、计算载力计算第46页/共154页47令令考虑可靠度的调整系数考虑可靠度的调整系数0.90.9 比比普普通通螺螺旋旋箍箍筋筋柱柱的的承承载载能能力力表表达达式式多多了了第第三项，此项为螺旋箍筋柱承载能力的提高值。三项，此项为螺旋箍筋柱承载能力的提高值。为为了了保保证证间间接接钢钢筋筋外外面面的的混混凝凝土土保保护护层层不不至至于在正常使用阶段就过早剥落。于在正常使用阶段就过早剥落。小于小于1.51.5倍的倍的第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第47页/共154页48第48页/共154页49混凝土结构

38、设计规范有关螺旋箍的规定：螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的 50%。对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋As 面积的25%螺旋箍筋的间距s不应大于80mm 及dcor/5，也不应小于40mm。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.2 5.2 轴心受压构件正截面受压承轴心受压构件正截面受压承载力计算载力计算第49页/共154页50破坏形态破坏形态 偏偏心心受受力力构构件件相相当当于于作作用用轴轴向向力力N N和和弯弯矩矩M M的的压压弯弯构构件件，其其受受力力性性能能介介于于受受弯弯构构件件与与轴轴

39、心心受受压压构构件件之之间间。当当N=0N=0，只只有有M M时时为为受受弯弯构构件件；当当M M=0=0时时为为轴轴心心受受压压构构件件，故故受受弯弯构构件件和和轴轴心心受受压压构构件件是偏心受压构件的特殊情况是偏心受压构件的特殊情况。5.3 偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态第50页/共154页51在实际工程中，偏心受压构件应用得非常广泛，如在实际工程中，偏心受压构件应用得非常广泛，如多层多层框架柱框架柱、单层排架

40、柱单层排架柱、实体剪力墙实体剪力墙等都属于偏心受压构等都属于偏心受压构件。在这类构件的截面中，一般在轴力、弯矩作用的同件。在这类构件的截面中，一般在轴力、弯矩作用的同时还作用有横向剪力，因此，除进行时还作用有横向剪力，因此，除进行正截面正截面承载力计算承载力计算外，还要进行外，还要进行斜截面斜截面承载力计算。承载力计算。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态工程中的偏心受压构件大部分都是按工程中的偏心受压构件大部分都是按单向单向偏心受压偏心受压来进行截面设计，即只考虑轴心来进行截面设计，即只考

41、虑轴心压力沿截面一个主轴方向的偏心作用。通压力沿截面一个主轴方向的偏心作用。通常在沿着偏心轴方向的两边配置纵向钢筋，常在沿着偏心轴方向的两边配置纵向钢筋，离偏心压力较近一侧纵向钢筋为受压钢筋离偏心压力较近一侧纵向钢筋为受压钢筋As s，另一侧的纵向钢筋根据偏心距的大小，另一侧的纵向钢筋根据偏心距的大小，可能受拉也可能受压，截面面积都为可能受拉也可能受压，截面面积都为AS S。第51页/共154页521 1 破坏形态破坏形态 受拉破坏（大偏心受压破坏）发生条件：相对偏心距较大，即弯矩的影响较为显著；受拉纵筋适中时。受拉边出现水平裂缝 继而形成一条或几条主要水平裂缝 主要水平裂缝扩展较快，裂缝宽度

42、增大 使受压区高度减小 受拉钢筋的应力首先达到屈服强度受压边缘的混凝土达到极限压应变而破坏 受压钢筋应力一般都能达到屈服强度受拉破坏图第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态第52页/共154页53受拉破坏的主要特征：破坏从受拉区开始，受拉钢筋首先屈服，然后受压钢筋也能达到屈服，而后受压区混凝土被压坏。这种破坏属于塑性破坏。受拉破坏形态图第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态第53页/共154页

43、54 受压破坏（小偏心受压破坏）随荷载加大到一定数值，截面受拉边缘出现水平裂缝，但未形成明显的主裂缝，而受压区临近破坏时受压边出现纵向裂缝。破坏较突然，无明显预兆，压碎区段较长。破坏时，受压钢筋应力一般能达到屈服强度，但受拉钢筋并不屈服，截面受压边缘混凝土的压应变比受拉破坏时小。发生条件：发生条件：相对偏心距较大，相对偏心距较大，但受拉纵筋但受拉纵筋 数量过多；数量过多；或或相对偏心距相对偏心距 较小时较小时。受压破坏图1）第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态第54页/共154页55截面大部

44、分受压截面大部分受压 全截面受压全截面受压 受受拉拉但但不不屈屈服服受受压压但但不不屈屈服服第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态第55页/共154页56若相对偏心距很小时，由于截面的实际形心和构件的几何中心不重合，也可能发生离纵向力较远一侧的混凝土先压坏的情况（反向破坏）。当相对偏心距很小，而距轴压力N较远一侧的钢筋AS配置的过少第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态第56页/共154页57

45、受压破坏特征：由于混凝土受压而破坏，压应力较大一侧钢筋能够达到屈服强度，而另一侧钢筋受拉不屈服或者受压不屈服。受压破坏形态图第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态第57页/共154页58Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0很小As适中 Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0较小Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0较大As较多 e0e0NNfcAsfyAs fyh0e0较大As适中受压破坏（小偏心受压破坏）受压破坏（小偏心受压破坏）受拉破坏（大偏心受压破坏）受拉破坏（大偏心受压破坏）界

46、限破坏界限破坏接近轴压接近轴压接近受弯接近受弯Ascb时时，为为小小偏偏心心受受压压。在在取取定定了压侧混凝土极限应变的条件下，了压侧混凝土极限应变的条件下，cb只与钢筋的种类有关。只与钢筋的种类有关。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态第62页/共154页63实实际际设设计计时时与与受受弯弯构构件件相相同同，应应力力应应变变应应换换算算为为等等效效矩矩形形应应力力应应变变。等等效效混混凝凝土土抗抗压压强强度度用用1fc，相相应应的的换换算算受受压压区区高度为高度为x 。界限状态时，界限状态

47、时，xb=1 1 xcb 一般一般1 1取取0.80.8 混混凝凝土土受受压压区区的的相相对对计计算算高高度度b b=x xb b/h h0 0，x xb b为为界界限限状状态态时时截截面面混混凝凝土土的的受受压压区区计计算算高高度度。当当b时时，为为大大偏偏心心受受压压；b b时，为小偏心受压。时，为小偏心受压。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态第63页/共154页64根本区别：破坏时受拉纵筋是否屈服。界限状态：受拉纵筋 屈服，同时受压区边缘混凝土达到极限压应变界限破坏特征与适筋梁、与超

48、筋梁的界限破坏特征完全相同，因此，的表达式与受弯构件的完全一样。大、小偏心受压构件判别条件：界限状态时截面应变当时，为 大大 偏心受压；当时，为 小小 偏心受压。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态两类偏心受压破坏的界限两类偏心受压破坏的界限第64页/共154页653 3 偏心受压构件的偏心受压构件的N-MN-M相关曲线相关曲线 1)a1)a点点弯弯矩矩M M0 0，属属轴轴心心受受压压破破坏坏，N N最最大大；c c点点N N0 0，属属于于纯纯弯弯曲曲破破坏坏，M M不不是是最最大大；b

49、 b点点为为界界限限破破坏坏，构构件件的的抗抗弯弯承承载载力力达达到到最最大大值值。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态第65页/共154页662)2)受受拉拉破破坏坏时时构构件件的的抗抗弯弯承承载载力力比比同同等等条条件件的的纯纯弯弯构构件件大大，而而受受压压破破坏坏时时构构件件的的抗抗压压承承载载力力又又比比同同等等条条件件的的轴轴心受压构件小。心受压构件小。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形

50、态破坏形态第66页/共154页673)3)小小偏偏心心受受压压情情况况时时，N N随随M M的的增增大大而而减减小小，即即在在相相同同的的M M条条件件下下，N N愈愈大大愈愈不不安安全全，N N愈愈小小愈愈安安全全；大大偏偏心心受受压压情情况况下下，N N随随M M的的增增大大而而增增大大，即即在在相相同同的的M M条条件件下下，N N愈愈大大愈愈安安全全，N N愈愈小小愈不安全愈不安全。第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算5.3 5.3 偏心受压构件正截面受力过程和偏心受压构件正截面受力过程和破坏形态破坏形态第67页/共154页68一一般般讲讲，长长柱柱和和细细长长柱柱必必