混凝土结构设计原理(第2版)第6 章

• 纵向受力钢筋的面积应由计算确定,但为了使纵向钢筋起到提高受压 构件截面承载力的作用,纵向钢筋应满足最小配筋率的要求.受压构件 纵向钢筋的最小配筋率应符合附表８的要求.
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６.１ 受压构件基本构造要求
• 当偏心受压构件的截面高度h≥６００mm 时,应在侧面设置直径为不 小于１０mm 的纵向构造钢筋,以防止构件因温度和混凝土收缩应力 而产生裂缝,并相应地设置复合箍筋或拉筋.
• (３)纵筋.
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６.１ 受压构件基本构造要求
• 纵向受力钢筋的作用是与混凝土共同承担由外荷载引起的内力,防止 构件脆性破坏,减小混凝土不匀质引起的影响;同时,纵向钢筋还可以承 担构件失稳破坏时凸出面出现的拉力以及由于荷载的初始偏心、混凝 土收缩、徐变、温度应变等因素引起的拉力等.
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６.１ 受压构件基本构造要求
• 当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过３％时,箍筋直径不应小于８ mm,间距不应大于１０d(d 为纵向受力钢筋的最小直径),且不应大于 ２００mm;箍筋末端应做成１３５°弯钩,且弯钩末端平直段长度不 应小于纵向受力钢筋最小直径的１０倍.
• 在纵向钢筋搭接长度范围内,箍筋的直径不宜小于搭接钢筋较大直径 的０.２５倍.箍筋间距不应大于１０d(d 为受力钢筋中最小直径),且不 应大于２００mm.当搭接的受压钢筋直径大于２５mm 时,应在搭接 接头两个端面外１００mm 范围内各设置两根箍筋.
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６.２ 轴心受压构件正截面承载力计算
• 构件的稳定系数φ 主要和构件的长细比l０/i 有关(l０ 为构件的计算长 度,i 为截面的最小回转半径).当为矩形截面时,长细比用l０/b 表示(b 为 截面短边),«规范»中对φ 值制定了计算表,见表６.１.
• (３)柱的计算长度.求稳定系数φs 时,需确定构件的计算长度l０.l０ 与构 件两端支撑情况有关:
• 当两端铰支时,取l０ ＝l(l是构件实际长度); • 当两端固定时,取l０ ＝０.５l; • 当一端固定、一端铰支时,取l０ ＝０.７l; • 当一端固定、一端自由时,取l０ ＝２.０l.
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６.２ 轴心受压构件正截面承载力计算
• 在实际结构中,支座情况并不是理想的单一情况,而要复杂得多.因此,« 规范»对单层厂房排架柱、框架柱等计算长度做了相关规定.见表６.２ 及表６.３.
• «规范»规定柱的计算长度l０ 按下列情况采用: • １)刚性屋盖单层房屋排架柱、露天吊车柱和栈桥柱,其计算长度l０ 可
按表６.２取用. • ２)一般多层房屋中梁柱为刚性的框架结构,各层柱的计算长度l０ 可按
表６.３取用. • (４)轴心受压构件承载力计算.
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６.２ 轴心受压构件正截面承载力计算
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６.１ 受压构件基本构造要求
• 当柱截面短边尺寸大于４００mm 且各边纵向受力钢筋多于３根时, 或当柱截面短边尺寸不大于４００mm 但各边纵向钢筋多于４根时, 应设置复合箍筋(图６.２),以防止中间钢筋被压屈.复合箍筋的直径、 间距与前述箍筋相同.
• 对于截面形状复杂的构件,不可采用具有内折角的箍筋(图６.３).其原 因是内折角处受拉箍筋的合力向外,可能使此处混凝土保护层崩裂.
• 当柱子需要承受较大的轴向压力,而截面尺寸又受到限制,提高混凝土 强度等级和增加纵筋用量仍不能满足承载力要求,可考虑采用配有螺 旋式或焊接环式箍筋柱,以提高构件的承载能力,螺旋式或焊接环式箍 筋也称为“间接钢筋”.这种柱子的截面形状一般为圆形或正多边形, 构造形式如图６.８所示.
• ２)截面校核. • 已知:柱截面尺寸b×h,计算长度l０,纵向钢筋数量及钢筋等级,混凝土
强度等级.
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６.２ 轴心受压构件正截面承载力计算
• 求:柱的受压承载力,或已知轴向力设计值N,判断截面是否安全. • 只需将有关数据代入承载力计算公式,如果公式成立,则满足承载力要
求.
• ６.２.２ 螺旋箍筋轴心受压柱的承载力计算
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６.２ 轴心受压构件正截面承载力计算
• (２)轴心受压长柱的受力特点和破坏形态.对于长细比较大的长柱,由 于各种偶然因素造成的初始偏心距的影响是不可忽略的,施加荷载后, 由于初始偏心距将产生附加弯矩和侧向挠度,侧向挠度又会加大原来 的初始偏心距,这样相互影响的结果导致了构件承载能力的降低.破坏 时,首先在凹侧出现纵向裂缝,接着混凝土被压碎,纵向钢筋被压屈向外 凸出,凸侧混凝土出现垂直纵轴方向的横向裂缝,侧向挠度急速发展,最 终柱子失去平衡并将凸边混凝土拉裂而破坏(图６.６).试验表明,柱的 长细比越大,其承载力越低.对于长细比很大的长柱,还有可能发生失稳 破坏.稳定系数φ 表示长柱承载能力降低的程度.
• ６.１.２ 受压构件的基本构造要求
• (１)材料强度等级.混凝土强度等级对受压构件的承载力影响很大.为 了充分利用混凝土承压,节约钢材,减小构件截面尺寸,受压构件宜采用 较高强度等级的混凝土.一般设计中常用的混凝土强度等级为C２５ ~C４０,对于高层建筑的底层柱,必要时可采用更高强度等级的混凝土.
• 钢筋混凝土受压构件的截面尺寸,不宜小于２５０mm×２５０mm,为 了避免受压构件因长细比过大而使承载力降低过多,宜控制l０/b≤３０ 、l０/h≤２５、l０/d≤２５(其中,l０ 为柱的计算长度,b和h 分别为截面 的宽度和高度,d 为圆形截面的直径).另外,柱截面尺寸宜符合模数,柱 截面边长为８００mm及以下的,宜取５０mm 的倍数;８００mm 以 上的,取１００mm 的倍数.对于I形截面,翼缘厚度不宜小于１２０ mm,因为翼缘太薄,会使构件过早出现裂缝.同时,在靠近柱底处的混凝 土容易在生产过程中碰坏,影响柱的承载力和使用年限.
• (２)截面形式及尺寸.轴心受压构件的截面形式多采用正方形或边长接 近的矩形.当建筑上有特殊要求时,可选择圆形或多边形.偏心受压构件 的截面形式一般多采用矩形截面,矩形截面长边与弯矩作用方向平行. 承受较大荷载的装配式受压构件为了节省混凝土及减轻结构自重,也 常采用I形截面.
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６.１ 受压构件基本构造要求
• １)截面设计. • 已知:构件截面尺寸b×h,轴向力设计值N,构件的计算长度l０ ,材料强
度等级. • 求:构件截面面积A 及纵向钢筋截面面积A′s.
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６.２ 轴心受压构件正截面承载力计算
• 若构件截面尺寸b×h 为未知,则可先根据构造要求并参照同类工程假 定柱截面尺寸b×h,然后按上述步骤计算A′s.纵向钢筋配筋率宜为０. ８％~２％.若配筋率ρ′过大或过小,则应调整b、h,重新计算A′s.也可先 假定φ 和ρ′的值(常可假定φ＝１,ρ′＝１％),由下式计算出构件截面面 积,进而得出b×h.
• 受压柱根据长细比的不同,轴心受压柱可分为短柱和长柱.短柱指的是 长细比l０/b≤８(矩形截面,b 为截面较小边长)或l０/d≤８(圆形截面,d 为 直径)或l０/i≤２８(一般截面,i 为截面回转半径)的柱;否则,为长柱.
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６.２ 轴心受压构件正截面承载力计算
• (１)轴心受压短柱的受力特点和破坏形态.轴心压力作用下,整个截面 的应变基本上是均匀分布的.当荷载较小时,混凝土和钢筋都处于弹性 阶段,钢筋与混凝土的应力与荷载的增加成正比;随着荷载的增加,混凝 土的塑性变形有所发展,变形的增加速度大于荷载的增长速度,配置的 纵向钢筋数量越少,这种现象越明显;随着荷载继续增加,柱中开始出现 细微裂缝,当达到极限荷载时,细微裂缝发展成与荷载方向平行的明显 的纵向裂缝,箍筋间纵筋压屈、外凸,混凝土被压碎,构件最终破坏,如图 ６.５(a)所示.
• 框架结构中的柱、单层厂房柱及屋架的受压腹杆都是工程中最基本和 最常见的受压构件,主要以承受轴向压力为主,通常还有剪力和弯矩的 作用.在计算受压构件时,常将作用在截面上的弯矩化为等效的、偏离 截面重心的轴向力考虑.受压构件除需满足承载力计算要求外,还应满 足相应的构造要求.
• 当只作用有轴力且轴向力作用线与构件截面形心轴重合时,称为轴心 受压构件;当同时作用有轴力和弯矩或轴向力作用线与构件截面形心 轴不重合时,称为偏心受压构件.
６.１ 受压构件基本构造要求
• 受压构件中纵向钢筋间距过密影响混凝土浇筑密实,过疏则难以维持 对芯部混凝土的围箍约束,因此,纵向受力钢筋的净距不应小于５０ mm,且不宜大于３００mm.对水平浇筑的预制柱,其纵向钢筋的最小 净距可减小,但不应小于３０mm和１.５d(d 为纵筋的最大直径).
• 偏心受压柱中垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋及轴心受 压柱中各边的纵向受力钢筋的中距不宜大于３００mm.
• 根据上述受力性能分析,还应考虑稳定及可靠度因素,«规范»通过对承 载力乘以０.９的方法,修正这些因素对构件承载力的影响.因此,配有纵 筋和普通箍筋的钢筋混凝土轴心受压柱正截面承载力计算公式为
• (５)截面设计与校核.在实际工程中,轴心受压构件的承载力计算,也可 归纳为截面设计和截面校核两类问题.
• 工程设计时,取混凝土的压应变值ε０ ＝０.００２为轴心受压构件破 坏时的控制条件,认为此时混凝土达到轴心抗压强度fc;相应纵筋应力 σ′s＝Esε０ ＝２×１０５×０.００２＝４００(N/mm２).因此,当纵向 钢筋为高强度钢筋时,构件破坏时纵向钢筋可能达不到屈服强度,其抗 压强度设计值只能取４００N/mm２.
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６.２ 轴心受压构件正截面承载力计算
• 钢筋混凝土轴心受压构件按照箍筋作用和形式不同可分为两种:一种 是配置纵向钢筋和普通箍筋的柱,称为普通箍筋柱[图６.４(a)];另一种 是配置纵向钢筋和螺旋筋或焊接环的柱子,称为螺旋箍筋柱[图６.４ (b)]或间接箍筋柱[图６.４(c)].
• ６.２.１ 普通箍筋轴心受压柱的承载力计算
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６.１ 受压构件基本构造要求
• 当构件截面在弯矩和轴力共同作用时,可看成具有偏心距e０ ＝M/N、 轴向压力为N 的偏心受压构件,e０ 称为计算偏心距.
• 当轴向力作用线与截面的形心轴平行且沿某一主轴偏离形心时,称为 单向偏心受压构件.当轴向力作用线与截面的形心轴平行且偏离两个 主轴时,称为双向偏心受压构件,如图６.１所示.
第6 章 受压构件承力计算
• 6.1 受压构件基本构造要求 • 6.2 轴心受压构件正截面承载力计算 • 6.3 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算 • 6.4 I形截面偏心受压构件正截面承载力计算 • 6.5 偏心受压构件斜截面受剪承载力计算
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６.１ 受压构件基本构造要求
• ６.１.１ 概述
• 轴心受压构件的纵向受力钢筋应沿截面四周均匀对称布置,偏心受压 柱的纵向受力钢筋布置在偏心方向截面的两对边.纵向受力钢筋直径d 不宜小于１２mm,通常采用１６~３２mm.正方形和矩形截面柱中,纵 向受力钢筋应不少于４根,以便与箍筋形成骨架;圆形截面柱中,不宜少 于８根,且不应少于６根.
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• 试验表明,素混凝土棱柱体构件破坏时极限压应变值一般为０.００１ ５~０.００２.
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６.２ 轴心受压构件正截面承载力计算
• 而钢筋混凝土柱则为０.００２５~０.００３５.其主要原因是,配置纵 筋后,箍筋起到了调整混凝土应力的作用,较好地发挥了混凝土的塑性 性能,改善了轴心受压构件破坏的脆性性质,使破坏时的压应变值得到 了增加.
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６.１ 受压构件基本构造要求
• 在受压构件中,钢筋与混凝土共同承压,两者变形保持一致,受混凝土峰 值应变的控制,钢筋的压应力最高只能达到４００N/mm２,采用高强 度钢材不能充分发挥其作用.因此,纵向受力钢筋一般宜采用HRB４０ ０、HRB５００、HRBF４００、HRBF５００级钢筋.
• (４)箍筋.受压构件中箍筋应符合下列规定:防止纵筋压屈,柱及其他受 压构件中的周边箍筋应做成封闭式;对圆柱中的箍筋末端应做成１３ ５°弯钩,弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的５倍.
• 箍筋直径不应小于１/４d(d 为纵向钢筋的最大直径),且不应小于６ mm.箍筋间距在绑扎骨架中不应大于１５d,在焊接骨架中则不应大于 ２０d(d 为纵筋最小直径),且不应大于４００mm 及构件截面的短边 尺寸.