建筑结构设计原理(李章政) 06章 混凝土受压构件

3%
纵筋可配： 箍筋采用：
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9 22 As 3420mm2 6@300 间距<400mm
间距<15倍纵筋直径330mm 32
《建筑结构设计原理》
2. 按螺旋箍筋柱配筋
l0 450010 12 适用于螺旋箍筋柱
d 450
设纵筋为： 8 22 As 3041mm2
As
A
3041
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《建筑结构设计原理》
❖例题6-1
• 某柱计算长度5 m，截面300mm300mm， HRB335级纵向钢筋， C30混凝土，承受 轴心压力设计值为N=1400 kN。试选配纵 向受力钢筋。
❖解
l0/b50/3 00 010 .7 6
10.00(1l20/b8)2
1 10.002(16.78)2
3097 kN
> N = 3000 kN
承载力满足要求！
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《建筑结构设计原理》
6.2.3 螺旋箍筋柱正截面承载力
➢试验现象
❖压力较低时螺旋箍筋受力不明显
❖压力到纵筋屈服时
• 混凝土纵向裂缝发展
• 砼横向变形对箍筋径
向形成压力，约束砼
• 压应变超过极限压应变
外表混凝土剥落
内核混凝土三向受力
《建筑结构设计原理》
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《建筑结构设计原理》
❖纵筋搭接长度范围内的箍筋
• 直径不小于搭接钢筋最大直径的0.25倍 • 纵筋受拉时，箍筋间距不应大于搭接钢筋
较小直径的 5 倍、且不应大于100mm • 纵筋受压时，箍筋间距不应大于搭接钢筋
较小直径的 10 倍、且不应大于200mm • 当受压钢筋直径d >25mm时，尚应在搭接
AssoN/0.92fcA fycor fyAs
29 1 730 /0 0.9 1.3 4 1.19 15 50 36 30041 2 1.0210
1182 mm2
2% 5As0.2 5304716.30 mm2
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《建筑结构设计原理》
螺旋箍筋间距
s dcorAss1 39050.3 52.1 mm
• 保证纵筋的正确位置
• 防止纵向钢筋压曲
❖基本构造要求
• 封闭形式。直径纵筋最大直径/4，且 6mm
• 间距s400mm，且b、 15倍纵筋最小直径
• 全部纵筋配筋率超过3%时
箍筋直径不应小于8mm
间距不应大于10倍纵筋最小直径、且不应大于
2020/112/2050mm。
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《建筑结构设计原理》
• 设置复合箍筋 （1）b>400mm，各边受力钢筋>3 根 （2）b400mm，各边受力钢筋>4 根 防止中间钢筋压屈
• 纵向有构造钢筋，可设复合箍筋或拉筋
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《建筑结构设计原理》
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❖复杂截面箍筋
• 采用复合箍筋 • 内折角不可采用
箍筋合力向外 砼保护层崩裂
一侧纵筋0.2% 最大配筋率：全部纵筋不超过5%
受压钢筋配筋率一般不超过3%
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《建筑结构设计原理》
❖偏心受压纵筋配置方式
• 对称配筋
构造简单
施工方便
不易出错
用钢量大
• 非对称配筋
构造复杂
容易出错
用钢量小
对称配筋广为流行
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《建筑结构设计原理》
➢受压构件箍筋
❖箍筋的作用
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0.869
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《建筑结构设计原理》
取
N N u 0 .9(fcA fy A s )
As
N
0.9
f y
fc A
1400103 14.33002 0.90.869
300
1677 mm2
300
选配
4 25 A's = 1 964 mm2
配筋率 As 19642.18%m in 0.6%
接头两个端面外100mm范围内各设置两 个箍筋。
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《建筑结构设计原理》
6.2 混凝土轴心受压构件 正截面承载力计算
6.2.1 轴心受压构件的破坏特征
➢混凝土轴心受压构件分类
❖箍筋配置方式
• 普通箍筋柱 • 螺旋箍筋柱
螺旋箍筋和 焊接环筋称
• 焊接环筋柱 为间接钢筋
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❖尺寸要求
• 最小边长300mm；800mm以下取50mm为模 数，800mm以上取100mm为模数
• 满足条件
l0 25 ,
l0 30
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h
b
6
《建筑结构设计原理》
6.1.3 受压构件配筋构造
➢纵向受力钢筋
❖轴心受压纵向受力钢筋的作用
• 协助混凝土受压，减小构件截面尺寸 • 承受可能的弯矩，及收缩、温变拉应力 • 防止脆性破坏
0.9 80.9 8 0.9 5 (1 0 8.5)0.96
1.5 0 8.5
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《建筑结构设计原理》
As
N/(0.9)fcA
fy
29 1 7 3/0 0 (.9 0 .9) 6 1.3 4 42 5 /40
360
3231 mm2
As A
3231
4502 /4
0.6% 2.0%
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《建筑结构设计原理》
❖按长细比分类
• 构件长细比
l0 , i
• 构件分类 短柱
i I A
l0 28
i
长柱
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l0 28
i
对于矩形截面
l0 8 b
l0 8 b
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《建筑结构设计原理》
➢轴心受压构件的破坏特征
❖短柱破坏
• 应变分布
可能存在的初偏心对承载力无明显影响
➢大偏心受压（受拉破坏）
❖产生大偏心受压的条件
• 偏心距较大 • 受拉钢筋配置不太多
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《建筑结构设计原理》
❖破坏特点
• 远侧受拉，近侧受压 • 受拉钢筋先屈服，压区混凝土后压碎 • 受压钢筋能屈服
e0
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《建筑结构设计原理》
➢小偏心受压（受压破坏）
❖产生条件
偏压柱试验
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受拉侧破坏
受压侧破坏
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《建筑结构设计原理》
• 偏心距小
• 虽然偏心距较大，
但受拉钢筋配置过多
❖破坏特点
• 偏心距很小，全截面受压。近侧混凝土压碎 引起破坏，钢筋屈服；远侧钢筋受压不屈服
• 偏心距较大，但受拉钢筋配置过多，截面大 部分受压，小部分受拉。近侧混凝土压碎、 压筋屈服；远端钢筋受拉，不屈服
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《建筑结构设计原理》
4502 /4
0.6% 1.9%
3%
取混凝土保护层厚度c=cmin=30mm >纵筋公称直径22mm
螺旋箍筋采用
8 Ass1 50.3mm2
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《建筑结构设计原理》
dcord2c 45 20 3 039mm0
Aco
r
4
d2 co r
4
3902
1.1951
05 mm2
间接钢筋换算面积
破坏荷载
• 稳定系数考虑此影响（表6-1）
近似计 算公式
10.00(1l20/b8)2
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《建筑结构设计原理》
6.2.2 普通箍筋柱正截面
承载力计算
➢基本公式
❖抗压组成
• 混凝土抗压 • 纵筋抗压
❖承载力公式
配筋率大于3% 时，取净面积。
• 考虑稳定系数
• 考虑与偏压柱的可靠性衔接
A 400400
m in 0.6%
3%
满足要求（配筋合理）
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《建筑结构设计原理》
承载力验算
l0/b450/400011.25
查表6-1（插值法）
0.9 80.9 8 0.9 5 (1.2 1 5 1)0
1 2 10 0.96
N u0.9(fcAfy A s )
0 .9 0 .9 6 (1.7 6 42 0 3 00 300 )N41
❖公式应用的注意点
• 为了防止混凝土保护层过早剥落，上式算出 的承载力不应超过同样材料和截面的普通箍 筋受压柱的1.5倍
• 长细比较大时，间接钢筋因受偏心影响难以 发挥其提高核芯混凝土抗压强度的作用，故 规定只在 l0/d12的轴心受压构件中采用
• 当外围混凝土较厚时，或当间接钢筋的换算 面积Asso 小于全部纵筋面积的25%时，不考 虑间接钢筋的影响，直接按普通箍筋柱的公 式计算。
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《建筑结构设计原理》
➢截面承载力
❖试验研究成果
• 约束混凝土轴心抗压强度
fccfc42
螺旋箍脱离体平衡
2fyAs1s 2sdcor
2
2 f y Ass1 sd cor
轴心抗压强度
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fcc
fc
8fyAss1 sdcor
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《建筑结构设计原理》
• 极限承载力
钢筋和混凝土之间压应变相等
• 钢筋受力
钢筋可能屈服，可能不屈服
• 破坏的控制
短柱四周出现明显的纵向裂缝
纵筋屈曲
混凝土压碎
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《建筑结构设计原理》
❖长柱破坏
• 不能忽略的影响 荷载初始偏心产生附加弯矩
附加弯矩产生水平挠度加大偏心 • 破坏特点
在轴力和弯矩共同作用下发生破坏
破坏荷载低于同条件下短柱的
6.1.1 混凝土受压构件
➢受压构件分类
❖轴心受压构件
❖偏心受压构件
• 单向偏心受压
百度文库
• 双向偏心受压
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《建筑结构设计原理》
《建筑结构设计原理》
➢构件截面
《建筑结构设计原理》
❖常用截面
• 轴心受压正方形为主
• 偏心受压矩形为主
• 预制柱可采用 I 形截面
• 异形柱采用较少（有应用）
fcc
fc
8fyAss1 sdcor
Nufcc Aco r fyAs
fcAcor fyAs8sfydcAso1sr
dc2or 4
fcAco r fyAs2fy
dcoA rs1 s s
fcA corfy A s2fyA sso
AssodcosrAss1 间接钢筋换算面积
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《建筑结构设计原理》
或先确定箍筋，后计算确定纵筋
30
《建筑结构设计原理》
❖例题6-3
• C30混凝土圆形截面柱直径450mm，计算长 度4.5m，承受轴心压力设计值N=2970kN。 纵筋采用HRB400，箍筋采用HPB235。试 分别普通箍筋柱和螺旋箍筋柱进行配筋。
❖解：
1. 按普通箍筋柱配筋
l0 450010 d 450
Asso
1182
取 s=50 mm s=50 mm>40mm s=50 mm<80mm
最后结果：
s=50mm<dcor/5=390/5=78mm
纵筋： 8 22
箍筋： 8@50
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《建筑结构设计原理》
6.3 混凝土偏心受压构件 正截面承载力计算
6.3.1 偏心受压构件的破坏特征
❖承载力规范公式
• 考虑高强度混凝土受间接钢筋约束程度的 降低
• 考虑与偏心受压构件保持一致的可靠度
N N u 0 .9 (fc A c ofy r A s 2 fy A s) so
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当C50，=1.0
当=C80，=0.85
其间按线性内插 法确定
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《建筑结构设计原理》
N N u 0 .9 (fc A c ofy r A s 2 fy A s) so
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A 300300
3%
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《建筑结构设计原理》
❖例题6-2
• 某混凝土柱，计算长度4.5m，截面尺寸 400mm400mm，C35混凝土，纵向配筋
8 22（As=3041 mm2）。承受轴心压力
设计值 N=3000 kN，试验算承载力。
❖解
先验算配筋率
2020/11/25
As 3041 1.9%
教 授
博 士
李 章 政
建筑结构设计原理
第6章 混凝土受压构件
6.1 混凝土受压构件及其构造要求 6.2 混凝土轴心受压构件正截面承载力计算 6.3 混凝土偏心受压构件正截面承载力计算 6.4 混凝土偏心受压构件斜截面承载力计算 6.5 混凝土偏心受压构件裂缝宽度验算
《建筑结构设计原理》
6.1 混凝土受压构件 及其构造要求
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➢构造要求
《建筑结构设计原理》
❖截面形式
• 圆形
• 正多边形（如正八边形）
❖钢筋构造
• 螺距（环形箍筋的间距）s不应大于80mm 及dcor/5，同时不应小于40mm
• 纵向钢筋不宜少于8 根，并沿截面周边均 匀布置 按构造要求选定纵筋，由公式 和构造确定箍筋间距
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❖纵筋构造要求
• 直径d 12mm，常用12 ~ 32 mm
• 矩形截面纵筋不少于 4 根，圆柱不宜少于8
根，不应少于6 根。
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《建筑结构设计原理》
• 钢筋净距不应小于50mm，不宜大于300mm • 偏压h>600mm时，设置
10~16mm的构造钢筋， 间距不超过300mm。 • 配筋率 最小配筋率：全纵筋0.6%
2020/11/25
N N u 0 .9(fcA fy A s )
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《建筑结构设计原理》
➢计算方法（公式应用）
❖截面设计
• 已知：构件截面，轴向力设计值 计算长度，材料强度等级
• 计算：纵筋面积
❖承载力复核
• 全部条件已知
As
N/(0.9)fcA
fy
• 先验算配筋率
• 后确定稳定系数
• 最后验算不等式是否成立