第二篇 钢筋混凝土偏压构件及偏心受拉构件

f
y
As
)
N
As
A
fc
f y As
例题5.1
某现浇的轴心受压柱，柱底固定，顶部为不移动铰接，柱高 6500mm，该柱承受的轴向力设计值为N=650kN（含自重），采用 C20混凝土，Ⅱ级钢筋，试设计截面及配筋。
【解】
1.设计参数
C20混凝土fc=9.6N/mm2， Ⅱ级钢筋f’y=310N/mm2，设柱截面 形状为正方形，边长b=300mm，则计算跨度l0=0.7l=0.7×6500＝ 4550mm。
长柱的破坏荷载小于短柱，且柱子越细长则 小得越多。
用稳定系数φ表示长柱承载力较短柱降低的程 度。 φ =Nu长/Nu短， 影响因素：柱子的长细比l0/b，混凝土强度等 级和配筋率影响很小。 l0/b<8时，不考虑纵向 弯曲的影响， φ =1，称为短柱。
二、普通箍筋柱的计算
N 1
d
Nu
1
d
( fc A
第一节 受压构件的分类及构造要求
以承受轴向力为主的构件属于受压构件。如：单厂 柱、拱、屋架上弦杆，多、高层框架柱、剪力墙、筒 体，烟囱，桥墩、桩。
(a)轴心受压
(b)单向偏心受压 (c) 双向偏心受压
受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦
产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。
一、 截面形式及尺寸
需考虑纵向弯曲的影响，查表得0.8。
As
1 f y
dN
f c A
1 310
650 10 0.8
3
10.0 250 250
605mm2
As 605 0.97%
A 250 250
满足要求，选用4 14，排列于 柱子四周。箍筋选用f6@200
三、配有螺旋式或焊接环式间接钢筋的轴心受压柱
轴心受压构件
方形或矩形、圆形或多边形
偏心受压构件
矩形、工字形
方形柱的截面尺寸不宜小于250mm×250mm，长细比
l0/b<=30或l0/h<=25。截面尺寸符合模数要求，800mm
以下的取50mm的倍数，800mm以上的取100mm的倍数。
二、 混凝土
混凝土：采用较高强度等级的混凝土，C25、C30、C35、 C40。
ey
fy Es
e ey
c
f
c
2e e0
Hale Waihona Puke Baidu
e e0
2
0 e e0
平衡条件：
N c Ac s As
矩形截面轴心受压长柱
长柱在轴向力作用下，不仅发生压缩变形，同 时还发生纵向弯曲，产生横向挠度。破坏时， 凹侧混凝土被压碎，纵向钢筋被压弯而向外弯 凸，凸侧则由受压突然变为受拉，出现水平受 拉裂缝。原因：钢筋混凝土柱不可能是理想的 轴心受压构件，轴向力多少存在一个初始偏心。
l0/b=4550/300=15.17>8
需考虑纵向弯曲的影响，查表得0.89。
2.计算A’s
1 N
d
Nu
1
d
( fc A
f
y
As
)
As
1 f y
dN
f c A
1 310
1.2
650 0.89
10
3
10.0 300 300
0
说明截面尺寸选的过大，重新选择b=250mm。
l0/b=4550/250=18.2>8
普通箍筋柱
普通钢箍柱：纵筋的作用 －提高柱的承载力，减小 截面尺寸，改善破坏时构 件的延性，减小混凝土的 徐变变形。
螺旋箍筋柱
箍筋的作用－与纵筋形成 骨架，防止纵筋受力后外 凸。
普通钢箍柱
螺旋钢箍柱
一、试验结果
矩形截面轴心受压短柱
N
变形条件：es =ec =e
物理关系： s Ese s fy
e
钢筋混凝土柱在承受偏心受压荷载后，会产生纵向弯 曲变形，其侧向挠度将引起附加弯矩（也称二阶弯矩）。
短 柱：可以不考 虑纵向弯曲引起 的附加弯曲的影 响，M与N成线形 关系。构件是由 于材料破坏引起的。
中长柱：M与N不成 线性关系，也属于 材料破坏。
当柱子截面短边尺寸不大于400mm，纵向钢筋多于4根 时；或每边多于3根纵筋时，应设复合箍筋。
箍 筋 及 附 加 箍 筋
第二节 轴心受压构件正截面承载力
在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的（砼的非均 质性、纵筋的非对称性、荷载位置的不准确、施工误差等）。
以承受恒载为主的多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要 承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。
偏压配筋率：Ⅰ级－受拉、受压≥0.25%（柱）、0.2%（墙）；
Ⅱ级－受拉、受压≥0.20%（柱）、0.15%（墙）
轴压配筋率：全部钢筋配筋率≥0.4%
四、箍筋
箍筋应做成封闭式，间距在绑扎骨架中不大于15d，在 焊接骨架中不大于20d，且不大于400mm，也不大于构 件截面的短边尺寸。
箍筋直径不小于d/4，且不小于6mm。纵筋配筋率超过 3%时，直径不小于8mm，间距不大于10d，且不应大于 200mm。
第三节 偏心受压构件的受力性能
构件的最终破坏是由于受压区混凝土的压碎所造成 的。由于引起混凝土压碎的原因不同，破坏形态可以分 为大偏心受压破坏和小偏心破坏两类。
一、破坏特征
大偏心受压构件的破坏特征： 受拉钢筋首先达到屈服，然后是 受压钢筋达到屈服，最后由于受 压混凝土压碎而导致构件破坏。 因为破坏是从受拉区可以的，故 称为“受拉破坏”。
大偏心受压破坏形态
小偏心受压构件的破 坏特征：破坏是由受压混 凝土压碎引起的，离纵向 力较近一侧的钢筋受压屈 服，而另一侧的钢筋无论 受压还是受拉，均达不到 屈服强度，破坏无明显预 兆，混凝土强度越高，破 坏越突然。由于破坏是从 受压区开始的，故这种破 坏被称为“受压破坏”。
二、纵向挠曲线的影响
小偏心受压破坏形态
三、 纵筋 纵筋：采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋，不宜采用高强度钢筋。
轴心受压构件纵筋沿截面的四周均匀放置，钢筋根数 不得少于4根，直径不小于12mm，常用12～32mm。
偏心受压构件纵筋放置在偏心截面的两边，截面高度 ≥600mm时，侧面应设置直径10～16mm的纵向构造钢筋， 并设附加箍筋或拉筋。
纵筋混凝土保护层厚度一级环境取25mm，净距不小于 50mm，纵筋中距不大于350mm。
配有螺旋式或焊接 环式间接钢筋的钢筋 混凝土柱的受压破坏 可认为是由于横向变 形而发生的拉坏，间 接钢筋可以约束核心 配有螺旋式和焊接环间接钢筋截面 区混凝土的横向变形， （a）螺旋式 （b）焊接环式 而使其处于三向受压状态，可以进一步承受压力至螺旋 式间接钢筋受拉屈服而破坏，因而间接钢筋可以提高钢 筋混凝土柱的受压承载力。