受压构件 一般构造

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的,原因:

钢筋混凝土构件砼的非匀质性; 配筋的不对称性; 施工中安装偏差等因素的影响; 受压构件截面上的轴向力总是或多或少地具有一定的 偏心矩;
由于这类因素引起的偏心矩很小,计算中可以忽 略不计, 而将其简化为轴心受压构件来计算。
在实际工程中,如果遇到构件截面上同时存 在N和M
时:
该受压构件属于哪一类 构件呢?
求柱的截面尺寸,并配臵纵筋和 箍筋。
(2)配筋计算
l0=1.0H=6.5m,l0/b=6.5/0.4=16.25 由式得: 1 φ= l 1 0.002( 8) b =0.88 代入公式: N fcA As’ =
0 2
= =2895mm2
0 .9 φ fy ' 2500 14.3 4002 0.9 0.88 300
当截面高度h>600mm时 设置; 直径:10~16mm


思考题:

受压构件中纵向钢筋和箍筋的作用? 钢筋混凝土受压构件的强度等级如何考虑? 受压构件配筋的构造要求? 为什么不能采用具有内折角的箍筋? 是不是纵向受力钢筋配置得越多越好?
第二节
轴心受压构件的承载力计 算
一.轴心受压构件受力性能 与破坏特征
形状:
方形或矩形截面多用于钢筋混凝土柱; 圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中; 单层工业厂房的预制柱可采用工字形截面; 管柱、电杆、桩等为环形截面受压构件。

尺寸:根据内力大小、构件长短确定
不宜小于:
250×250mm, 常取 l0/b ≤30 (b为短 边); l0/d ≤25 (d为直 径)。



侧向挠度的增大导致了附加弯矩(偏心矩)的增大, 如此相互影响,最终使长柱在轴向力和弯矩的作用 下发生失稳破坏,破坏时挠度达17.6mm。

破坏时先在凹边出现纵向裂缝,最后混凝土被压碎, 纵向钢筋压弯向外鼓出,凸出混凝土开裂。
稳定系数φ:
设以φ代表长柱承载力与短柱承载力的比值, 称为轴心受压构件的稳定系数:


高层建筑中的剪力墙、筒;
桥梁结构中的桥墩、桩; 桁架中的受压弦杆、腹杆;
刚架、拱等。
——依据轴向力作用线与构件截面形心轴线之 间相互位臵关系分 :

轴心受压构件——
轴向力作用于截面的形 心;

偏心受压构件——
轴向力偏离截面的形心。
实际上,理想的钢筋混凝土轴心受压构件是没有
长柱、短柱之分:
短柱:

长柱:
除短柱外的称为~
一般截面lo/i≤28; (i为构件截面回转半径)
对矩形截面lo/b≤8 (b为截面宽度)

先分析——短柱:
轴心受压短柱:
钢筋混凝土轴心受压短柱 受荷后—— 截面应变为均匀分布, 钢筋应变εs与 混凝土εc应变相同。
破坏特征:
在混凝土到达最大应力fc之前, 钢筋已达到其屈服强度, 此时——构件尚未破坏, 荷载仍可继续增长, 钢筋应力则仍保持在fy’。
——偏心? 轴心?
采用平移定理将其等 效地转化为: 偏心矩为 e0=M/N 、 轴向力为N的

受压构件!
答案: 同时承受M和N时

—— 是偏心受压构件!
第一节 受压构件的一般构造
一、材料
砼:宜采用强度等级较高的,如
C25、C30、C40等; 钢筋:不宜采用高强度的;
为什么?
想一想: 砼与钢筋的强度各 是多少?



对底层柱,H 取为基础顶面到一层楼盖顶面 之间的距离; 对其余各层柱,H 取为上、下两层楼盖顶面 之间的距离。 《规范》给出了考虑工程中各类结构的实际受 力和变形特点后确定的各类受压构件(含轴心、 偏心)的计算长度的取值方法,计算时可直接 查用。
三.实用设计步骤
(一)截面设计 已知:轴向力设计值N、计算长度l0、材料强度等级; 求: 构件截面尺寸及配筋A‘s 。 解: 1、根据构造要求并参照类似工程实例,先假定截面尺 寸b×h ;(轴心受压构件以方形为主,也可采用 矩形截面、圆形截面或正多边形截面) l0/b 一般为
⑴箍筋不能过细


一般采用HPB235(Ⅰ级)热轧钢筋, 箍筋直径≮1/4d ,且≮6mm . d 为纵筋最大直径; 采用冷拔低碳钢丝时,≮1/5d ,且 ≮5mm.
⑵箍筋不能太稀
箍筋间距S,应同时满足下列三项要求: S≤400mm S≤b (b为截面的短边尺寸) S≤15d (绑扎骨架) 或S≤20d (焊接骨架)
已知: 截面尺寸b×h , 纵向受力钢筋面积A‘s , 钢筋的抗压强度设计值f‘y , 砼的轴心抗压强度设计值fc , 构件计算长度l0 , 要求验算:构件在轴向力设计值N的作用下是否满足要 求。
解: 1、计算并检验配筋率; 2、算出l0/b ,查表4-18得φ ; 3、将有关数值代入式(5-3),(即可求得N), 若公式成立,N≤NU ,则承载力满足要求。
经济配 常用配筋率:0.5~2.0%。

特殊情况:配筋率超过3 %时,特殊处理!
不宜超过5 %。
问题:
纵筋是不是配臵得越多越好? 答案:非也! 原因:纵筋配臵过多——
非但不经济和不便施工, 且当砼徐变或收缩时,还会使砼被拉裂。
2.箍筋
按照柱中箍筋的配置方式 和作用的不同,可分为: 纵向钢筋及普通钢箍柱; 纵向钢筋及螺旋钢箍柱。
柱的计算长度lo
式中受压构件的计算长度l0 主要取决于构件两端的支撑情 况及构件高度。见表4-19 一般多层房屋的钢筋混凝土框架柱: 现浇楼盖: 底层柱 l0 = 1.0 H 其余各层柱 l0 = 1.25 H 装配式楼盖: 底层柱 l0 = 1.25 H 其余各层柱 l0 = 1.5 H
式中H 的取值方法:

柱截面尺寸不宜太小,
为什么?
答案:
长度方向应沿弯矩方 向布臵。
如果柱子过于细长, 其承载力将受稳定性控 制, 材料强度将得不到充分 发挥。
模数要求:
为了施工方便——

柱截面尺寸在800mm以上者,宜取100mm的 整数倍;

在800mm以下者,宜取50mm的整数倍。
三、配筋
柱中配有:
纵向受力钢筋和箍筋: ——形成钢筋骨架。
螺旋钢箍:
是在纵筋外围配臵 连续环绕、间距较密的螺旋钢箍,或焊接钢环.
作用:
普通钢箍的作用是:
防止纵向钢筋的压屈, 并沿柱高等间距与纵筋形 成钢筋骨架。
螺旋钢箍的作用是:
使截面内螺旋筋环绕的核 心部分的混凝土形成约 束混凝土, 以提高构件的受压承载力 和延性。
构造要求:
箍筋的数量和布臵不需计算, 但在构造上应符合下列要求:
轴心受压短柱承载力公式可写为:
Nu= fcAc + fy’As’
•再看看——轴心受压细长柱:
当柱的长细比较大时,轴心受压柱在未达到 上式计算的承载力以前,
常由于侧向挠度增大,而发生失稳破坏!

图示为长细比l0/b=30的轴心 受压长柱的实测挠度曲线。 当N=0.6×Nu以前,挠度与荷 载基本上成正比增长, 当N=0.7×Nu时,挠度急剧增 大。
应当指出的是:



实际工程中轴心受压构件沿截面x、y两个主轴 方向的杆端约束条件可能不同, 因此l0 计算也可能不同,应按其中l0 大者确立 φ。 如为矩形,应x、y两个方向确立φ,并取小者 代入公式计算。
例题5-1:
某现浇多层钢筋混凝土框架结构, 底层中间柱按轴心受压构件设 计。 轴心压力设计值N=2500KN, 基础顶面至首层楼板面的高度 H=6.5m, 柱计算长度l0=1.0H。 采用C30级混凝土,HRB335级 钢筋。
……
原因: 砼的强度等级对构件的承载 力影响较大, 而高强度钢筋的强度却得不 到充分发挥;
因此:
为了充分利用砼的抗压性能,减小受压构件的截 面尺寸,节约钢筋—— 采用: 砼的强度等级不低于C20, 可采用 C25、C30、C40等; 受力钢筋在RRB400级(三级)以下。
二、截面形式和尺寸
特殊情况:
当纵筋的配筋率超过3%时,须同时满足: 箍筋的直径d≮8mm ,且应焊接成封闭环式; S ≤ 200mm ; 同时S ≤10d (d为纵筋最小直径)。
⑸不可采用具有内折角的箍筋
——以免箍筋受拉后,致使
折角处的混凝土破损。
3、纵向构造钢筋

作用:承受砼的收缩、温 度应力;
有关受压构件—— 柱的说法:
柱是墙的一部分, 由基础垂直向屋顶升起, 一排柱子和墙的意义是一样的, 只是中间有些部分不连续。 ——亚伯提 就算柱本身没有纪念性, 人们也会倾向于赋予它纪念性。 ——幽多度.托罗杰
第五章
钢筋混凝土受压构件
哪些构件是受压构件?

多层房屋和单层厂房中的柱;
此处,d 为纵筋最小直径
特殊情况:当柱中全部纵向钢筋的配筋率超过3%时,箍筋配臵 有特殊要求,见后。
⑶所有箍筋应做成封闭式
⑷ 箍筋的布臵
应保证每相隔一根纵筋, 必需臵于箍筋的转角处;
特殊情况——需设臵附加箍筋 (或称复合箍筋): 柱短边大于400mm,且各边最 小纵筋多于三根时; 或柱短边未超过400mm,但纵 筋多于四 根时;

对细长构件还要考虑纵向弯曲的影响, 因此,轴心受压构件正截面受压承载力 计算公式可表达为 : N ≤ NU = φ (fcA +fy’A‘s)
考虑了稳定系数φ ,规范对公式还引用了0.9的折减系数, 即: N≤0.9 φ(fcA + fy’As’) (4-106)
式中:

N —— 轴向力设计值; φ——稳定系数,按表4-18采用或按公式计算; A —— 构件截面面积;当纵向钢筋配筋率>3%时,式 中A 改为Ac , Ac = A-A’S; AS ‘—— 全部纵向钢筋的截面面积;
剪力墙及筒中除集中配筋
外,还配置沿截面高度
(腹部)的均匀配筋。
⑵等级与直径
为了保证纵筋更好地起到上述作用,构造要求: 宜优先选用HRB335、 HRB400、RRB400级 ,具有 明显屈服点的钢筋; 直径不宜小于12mm,通常在12~40mm范围内选用; 宜选用较粗钢筋。
原因:采用粗钢筋对增强钢筋骨架的刚度、 减小纵向弯曲, 防止纵筋压屈外凸等有利。
当混凝土的应变达到0.003时,砼构件表面产生 纵向裂缝,保护层混凝土开始剥落,构件达到 其极限承载力。
破坏时,箍筋之间的 纵筋发生压屈外凸, 中间部分砼压酥, 混凝土达到主体抗 压强度fc。 特点:不论受压钢筋 破坏时是否屈服, 构件的承载力都是 由混凝土压碎来控 制。
则——
根据轴向力的平衡,
N N φ主要与柱的长细比l0/b有关: 构件越细长,侧向弯曲的影响就越大, φ值越小,构件的承载力就—— 越小!
φ=
u s u
l
φ见表4-18。 对矩形截面稳定系数φ也可近似用下式计算:
1
φ=
l0 1 0.002 ( 8) 2 b
二、基本计算公式:

轴心受压构件在荷载作用下产生的轴心力由钢 筋和砼共同承担。 根据轴向力的平衡,轴心受压短柱的极限承 载力公式可写出为: N ≤ NU =fcA +fy’A's
选用纵筋:8φ22(As‘=3041mm2), 箍筋:φ6@250 检验配筋是否满足要求:略
问题:
当纵筋为高强度钢 筋时, 构件破坏时纵筋应 力可能达不到其 屈服强度。
想一想,分析一下:
为什么?
分析:为什么高强度钢筋不能达到屈服强度?
15 左右,不宜大于30。
2、计算l0/b , 并根据表4-18查出φ;
3、按公式(4-106)计算A's 并进行选筋; A's =
Af c 0.9 φ f'y
4、验算纵向配筋率ρ'= A's/b×h 如不合适,应调整截面尺寸重新计算,直到满足要 求; 5、根据构造要求选配箍筋。
(二)截面复核
1.纵向钢筋
⑴作用
主要: 协助砼承担压力; 承担由外弯矩以及 附加弯矩产生的 拉力。
此外:
还具有减少构件的徐变; 减小构件的脆性和非匀质性; 增强构件的延性; 承担构件的收缩应力与温度 应力; 防止脆断等重要作用。
按纵向受力钢筋在截面内的配置方式:
最常见的是:集中配筋;
柱为双向偏心受压时,采用 多排配筋;
⑶根数——不得少于4根
轴心受压构件:
应沿截面四周均匀布臵: ——以保证截面重心不 变,刚度均匀; 如果出现纵向弯曲 还可起到抗拉作用。
偏心受压构件:
应放在弯矩作用方向的 两边, 靠近偏心力一侧的纵筋 用“A’s”表示, 另一侧用“As”表示。
⑷配筋率——最小、经济、常用


最小配筋率:0.4%;
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