第4章--钢筋混凝土纵向受力构件.pptx

建筑结构第1张通过本章的学习，需要熟悉钢筋混凝土杆件的通过本章的学习，需要熟悉钢筋混凝土杆件的受拉和受压情况下变形及破坏特征，掌握杆件受拉和受压情况下变形及破坏特征，掌握杆件在拉、压力作用下的材料选择、截面选型、截在拉、压力作用下的材料选择、截面选型、截面配筋等，能对已有受力构件进行截面的复核。面配筋等，能对已有受力构件进行截面的复核。学习目标建筑结构第2张学习要求能力目标知识要点权重自测分数掌握受压构件截面设计受压构件的破坏特征20%受压构件的截面设计公式30%受压构件的截面复核公式10%掌握受拉构件截面设计受拉构件的截面设计20%受拉构件的截面复核10%了解纵向受力构件的构造构件的构造要求10%建筑结构第3张钢筋混凝土结构构件在建筑结构中占有重要的地位。建钢筋混凝土结构构件在建筑结构中占有重要的地位。建筑结构中的梁、板、柱，既可能受到垂直于轴线的弯矩筑结构中的梁、板、柱，既可能受到垂直于轴线的弯矩和剪力作用，也可能受到平行于轴线的压力或拉力的作和剪力作用，也可能受到平行于轴线的压力或拉力的作用。对于混凝土结构来说，受压承载力是比较高的。要用。对于混凝土结构来说，受压承载力是比较高的。要充分发挥混凝土的抗压能力，同时发挥钢筋在混凝土中充分发挥混凝土的抗压能力，同时发挥钢筋在混凝土中对抗压能力的提高作用。但是，有些构件可能承受拉力对抗压能力的提高作用。但是，有些构件可能承受拉力作用，对混凝土构件来说，其抗拉能力是很弱的，即使作用，对混凝土构件来说，其抗拉能力是很弱的，即使构件中配置了一部分钢筋，但失去了混凝土保护的钢筋构件中配置了一部分钢筋，但失去了混凝土保护的钢筋也不能充分发挥其高强性能，因此，使用混凝土构件来也不能充分发挥其高强性能，因此，使用混凝土构件来抗拉的效果不太理想。因此，了解钢筋混凝土结构的纵抗拉的效果不太理想。因此，了解钢筋混凝土结构的纵向受力特征，掌握截面设计计算方法，熟悉结构的构造向受力特征，掌握截面设计计算方法，熟悉结构的构造设计要求，是工程技术人员的一项重要工作。设计要求，是工程技术人员的一项重要工作。章节导读 建筑结构第4张4.1.1概述概述当在结构构件的截面上作用有与其形心相当在结构构件的截面上作用有与其形心相重合的力时，该构件称为轴心受力构件。重合的力时，该构件称为轴心受力构件。当其轴心力为压力时称为轴心受压构件，当其轴心力为压力时称为轴心受压构件，当其轴心力为拉力时称为轴心受拉构件，当其轴心力为拉力时称为轴心受拉构件，如图如图4.1所示。所示。4.1 受压及受拉构件的构造受压及受拉构件的构造建筑结构第5张 （a)轴心受压（b）轴心受拉 图4.1 轴心受力构件 建筑结构第6张按照轴心受压构件按照轴心受压构件中箍筋配置方式和中箍筋配置方式和作用的不同，轴心作用的不同，轴心受压构件又分为配受压构件又分为配置普通钢箍受压构置普通钢箍受压构件和配置螺旋钢箍件和配置螺旋钢箍的受压构件的受压构件（a)普通钢箍柱（b）螺旋钢箍柱图4.2 受压构件的配筋方式建筑结构第7张4.1.2受压构件构造要求1.材料选用材料选用混凝土抗压强度较高，为了减小柱截面尺寸，节混凝土抗压强度较高，为了减小柱截面尺寸，节约钢筋，应采用强度等级较高的混凝土，一般不约钢筋，应采用强度等级较高的混凝土，一般不宜低于宜低于C20。但不宜选用高强度钢筋，因为受混。但不宜选用高强度钢筋，因为受混凝土压应变的控制，当混凝土被压碎时，高强度凝土压应变的控制，当混凝土被压碎时，高强度钢筋的强度得不到充分利用，一般选用钢筋的强度得不到充分利用，一般选用HPB235、HRB335、HRB400级钢筋。级钢筋。建筑结构第8张2.截面形状及尺寸模数截面形状及尺寸模数轴心受压构件一般采用正方形或矩形截面，只是轴心受压构件一般采用正方形或矩形截面，只是在建筑上有美观要求时采用圆形截面。为施工方在建筑上有美观要求时采用圆形截面。为施工方便，截面尺寸一般不小于便，截面尺寸一般不小于250mm250mm，而，而且要符合相应模数，且要符合相应模数，800mm以下的采用以下的采用50mm的模数，的模数，800mm以上则采用以上则采用100mm的模数。的模数。建筑结构第9张3.纵筋的直径及配筋率纵筋的直径及配筋率纵筋是钢筋骨架的主要组成部分，为方便施工和纵筋是钢筋骨架的主要组成部分，为方便施工和保证骨架有足够刚度，纵筋直径不宜小于保证骨架有足够刚度，纵筋直径不宜小于12mm。通常选用。通常选用16mm28mm。纵筋要沿截面周边。纵筋要沿截面周边均匀布置，并不少于均匀布置，并不少于4根（矩形）或根（矩形）或6根（圆形）。根（圆形）。全部受压钢筋的最小配筋率为全部受压钢筋的最小配筋率为0.6%，最大一般，最大一般不宜大于不宜大于5%。纵筋的净距一般不小于。纵筋的净距一般不小于50mm。建筑结构第10张4.箍筋的直径与间距箍筋的直径与间距当柱中全部纵向受力钢筋配筋百分率超过当柱中全部纵向受力钢筋配筋百分率超过3%时，则时，则箍筋直径不宜小于箍筋直径不宜小于8mm，且应焊接成封闭环式，其，且应焊接成封闭环式，其间距不应大于间距不应大于10d，且不应大于，且不应大于200mm。对于螺旋对于螺旋箍筋或焊接圆环箍筋，由于要对核心混凝土起约束作箍筋或焊接圆环箍筋，由于要对核心混凝土起约束作用，故其间距用，故其间距s应不大于应不大于80mm，亦不应大于，亦不应大于dcor/5（dcor为核心混凝土的直径），但也不小于为核心混凝土的直径），但也不小于40mm。对于截面形状复杂的柱，箍筋形式不可采用。对于截面形状复杂的柱，箍筋形式不可采用具有内折角的箍筋（如图具有内折角的箍筋（如图4.4a）；被同一箍筋所箍的）；被同一箍筋所箍的纵向钢筋根数，在构件的角边上应不多于纵向钢筋根数，在构件的角边上应不多于3根。若多根。若多于于3根，则应设置附加箍筋根，则应设置附加箍筋 建筑结构第11张图4.4 箍筋的配置构造建筑结构第12张4.1.3受拉构件的构造要求1.纵向受力钢筋的配置纵向受力钢筋的配置（1）受力钢筋应沿截面周边均匀地对称布置，并宜）受力钢筋应沿截面周边均匀地对称布置，并宜优先选择直径较小的钢筋。优先选择直径较小的钢筋。（2）轴心受拉构件及小偏心受拉构件的纵间钢筋不）轴心受拉构件及小偏心受拉构件的纵间钢筋不得采用绑扎搭按接头。得采用绑扎搭按接头。（3）受拉构件一侧的纵向受力钢筋的最小配筋率不）受拉构件一侧的纵向受力钢筋的最小配筋率不应小于应小于0.2和中的较大值。和中的较大值。（4）轴心受拉构件的受力钢筋在接头时，不得采用）轴心受拉构件的受力钢筋在接头时，不得采用非焊接的搭接接头。搭接而不加焊的受拉钢筋接头仅非焊接的搭接接头。搭接而不加焊的受拉钢筋接头仅允许用在圆形池壁或管中，且接头位置应错开，钢筋允许用在圆形池壁或管中，且接头位置应错开，钢筋搭接长度应不小于搭接长度应不小于1.2 ln和和300mm。建筑结构第13张2.箍筋箍筋轴心受拉构件中应设置箍筋，从而与纵向受力钢筋形轴心受拉构件中应设置箍筋，从而与纵向受力钢筋形成骨架，并固定纵向受力钢筋位置，与纵向钢筋组成成骨架，并固定纵向受力钢筋位置，与纵向钢筋组成钢筋骨架。箍筋一般采用钢筋骨架。箍筋一般采用HPB235级钢筋，直径一般级钢筋，直径一般为为48mm，箍筋间距一般不大于，箍筋间距一般不大于200mm。偏心受拉。偏心受拉构件设置箍筋除满足上述要求外，还要满足偏心受拉构件设置箍筋除满足上述要求外，还要满足偏心受拉构件斜截断抗剪承载力的要求，其数量、间距和直径构件斜截断抗剪承载力的要求，其数量、间距和直径应通过斜截面承载力计算确定；箍筋一般应满足受弯应通过斜截面承载力计算确定；箍筋一般应满足受弯构件对箍筋的构造要求。构件对箍筋的构造要求。建筑结构第14张4.2轴心受压构件承载力计算1.基本公式基本公式 稳定系数，反映受压构件的承载力随长细比增大而降低的现象。Ac 截面面积：当b或d 300mm时当 0.03时NAsfcf y AsbhAc=AAsfc 0.8建筑结构第15张2.截面设计截面设计已知材料强度等级、截面尺寸，轴力设计值和柱已知材料强度等级、截面尺寸，轴力设计值和柱的计算长度，求截面配筋。的计算长度，求截面配筋。此时，可以先由构件的长细比求稳定系数，然后此时，可以先由构件的长细比求稳定系数，然后根据式（根据式（4.2）求出所需的纵向钢筋的截面面积，）求出所需的纵向钢筋的截面面积，即即建筑结构第16张3.截面复核截面复核已知：柱截面尺寸已知：柱截面尺寸和和，材料强度等级，计算长度，材料强度等级，计算长度，纵向钢筋数量等。纵向钢筋数量等。求：构件受压承载力；或已知轴向力设计值求：构件受压承载力；或已知轴向力设计值，判断，判断柱承载力是否足够。柱承载力是否足够。首先求构件的稳定系数，代入式（首先求构件的稳定系数，代入式（4.3），求出构件），求出构件的受压承载力的受压承载力 若已知轴向力设计值若已知轴向力设计值 ，则承载力足够；，则承载力足够；否则承载力不满足要求。否则承载力不满足要求。建筑结构第17张4.3 偏心受压构件承载力计算1.破坏特征破坏特征偏心受压构件的破坏特征主要与荷载的偏心距及偏心受压构件的破坏特征主要与荷载的偏心距及纵向受力钢筋的数量有关。根据偏心距和受力钢纵向受力钢筋的数量有关。根据偏心距和受力钢筋数量的不同，偏心受压构件的破坏特征分为以筋数量的不同，偏心受压构件的破坏特征分为以下两类：下两类：（1）大偏心受压情况）大偏心受压情况受拉破坏受拉破坏（2）小偏心受压情况）小偏心受压情况受压破坏受压破坏建筑结构第18张图4.7 大偏心受压破坏形态建筑结构第19张（a）远侧钢筋受拉（b）远侧钢筋受压（c）反向受压 图4.8 小偏心受压的破坏形态建筑结构第20张2.两类偏心受压破坏的界限两类偏心受压破坏的界限当 b 小偏心受压=b 界限破坏状态建筑结构第21张3.附加偏心距附加偏心距 由于荷载的不准确性、混凝土的非均匀性及施工偏差由于荷载的不准确性、混凝土的非均匀性及施工偏差等原因，都可能产生附加偏心距。在偏心受压构件的等原因，都可能产生附加偏心距。在偏心受压构件的正截面承载力计算中，应考虑轴向压力在偏心方向存正截面承载力计算中，应考虑轴向压力在偏心方向存在的附加偏心距，其值取在的附加偏心距，其值取20mm和偏心方向截面尺寸和偏心方向截面尺寸的的1/30两者中的较大值。截面的初始偏心距两者中的较大值。截面的初始偏心距ei等于等于e0加上附加偏心距加上附加偏心距 ea，即：，即：建筑结构第22张4.偏心距增大系数偏心距增大系数对于长柱，在计算时应考虑构件侧向挠度引起的对于长柱，在计算时应考虑构件侧向挠度引起的二阶弯矩的影响。即考虑偏心距增大系数，其定二阶弯矩的影响。即考虑偏心距增大系数，其定义为侧向挠度后的偏心距与初始偏心距的比值，义为侧向挠度后的偏心距与初始偏心距的比值，即：即：建筑结构第23张规范采用了的界限状态为依据，然后再加以修正式中：ei=e0+ea l0 柱的计算长度建筑结构第24张1 考虑偏心距的变化对截面曲率的修正系数，2 考虑构件长细比对截面曲率的影响系数，长细比过大，可能发生失稳破坏。当 e0 0.3h0时2=1.15 0.01l0/h 1.0当l0/h 15时 当构件长细比l0/h 8，即视为短柱。取=1.0大偏心 1=1.0 2=1.0 建筑结构第25张4.3.2正截面承载力计算公式1.大偏心受压构件大偏心受压构件X=0M=0ef yAseifceAsfyNbAsAsasash0hx建筑结构第26张解得：从最小用钢量原则出发，充分发挥砼的作用，取 =b式解得：建筑结构第27张若：则As不屈服，对As取矩若：b 说明As太小，再求As且要求As minbh0若按As，As 未知求解f yAseiN2a sasf cmbxeeyA sh0 x/2 f yAseiN2a sasasf cmbxeeyA sh0 as f yAsN2a sasf cbxeyA sh0 as eiase建筑结构第28张2.小偏心受压 的构建截面计算ef yAseibfceAs sAsAsashNh0 xas基本公式：建筑结构第29张4.3.3非对称配筋偏心受压计算1.截面设计截面设计（1）偏心受压类别的初步判别）偏心受压类别的初步判别当当 时，为小偏心受压；时，为小偏心受压；当当 时，可先按大偏心受压计算时，可先按大偏心受压计算 建筑结构第30张（2）大偏心受压构件的配筋计算）大偏心受压构件的配筋计算 As,As均未知,可取 得 建筑结构第31张受压钢筋受压钢筋As为已知，求为已知，求As建筑结构第32张 2截面的承载力复核 当构件截面尺寸、配筋面积当构件截面尺寸、配筋面积As及及As，材料强度，材料强度及计算长度均已知，要求根据给定的轴力设计值及计算长度均已知，要求根据给定的轴力设计值N（或偏心距（或偏心距e0）确定构件所能承受的弯矩设计）确定构件所能承受的弯矩设计值值M（或轴向力（或轴向力N）时，属于截面承载力复核问）时，属于截面承载力复核问题。一般情况下，单向偏心受压构件应进行两个题。一般情况下，单向偏心受压构件应进行两个平面内的承载力计算，即弯矩作用平面内的承载平面内的承载力计算，即弯矩作用平面内的承载力计算及垂直于弯矩作用平面内的承载力计算。力计算及垂直于弯矩作用平面内的承载力计算。建筑结构第33张（1）给定轴向力设计值）给定轴向力设计值N，求弯矩设计值，求弯矩设计值M或偏或偏心距心距e0由于截面尺寸、配筋及材料强度均为已知，故可由于截面尺寸、配筋及材料强度均为已知，故可首先按式（首先按式（4.13）算得界限轴向力。）算得界限轴向力。如满足如满足 的条件，则为大偏心受压的情况，可的条件，则为大偏心受压的情况，可按大偏心受压正截面承载能力计算的基本公式求按大偏心受压正截面承载能力计算的基本公式求x和和e，由求出的和偏心距增大系数，根据公式，由求出的和偏心距增大系数，根据公式(4.11)求出偏心距求出偏心距e0，最后求出弯距设计值。，最后求出弯距设计值。如如 ，则为小偏心受压情况，可按小偏心受，则为小偏心受压情况，可按小偏心受压正截面承载能力计算的基本公式求压正截面承载能力计算的基本公式求x和和e，采取，采取与大偏心受压构件同样的步骤求弯距设计值。与大偏心受压构件同样的步骤求弯距设计值。建筑结构第34张（2）给定偏心距，求轴向力设计值）给定偏心距，求轴向力设计值根据根据e0先求初始偏心距先求初始偏心距ei。当时，可按大偏心受压情况，取并按已知的求和偏心矩当时，可按大偏心受压情况，取并按已知的求和偏心矩增大系数，再将增大系数，再将ei和代入公式和代入公式(4.11)中求中求e。求出。求出e后，后，将给定的截面尺寸、材料强度、配筋面积和将给定的截面尺寸、材料强度、配筋面积和e等参数代等参数代入基本公式，求解入基本公式，求解x和和N，并验算大偏心受压的条件是，并验算大偏心受压的条件是否满足。如满足，为大偏心受压，计算的即为截面的设否满足。如满足，为大偏心受压，计算的即为截面的设计轴力；若不满足，则按小偏心的情况计算。计轴力；若不满足，则按小偏心的情况计算。当时，则属小偏心受压，将已知数据代入小偏心受压基当时，则属小偏心受压，将已知数据代入小偏心受压基本公式中求解本公式中求解x及及N。当求得时，所求得的即为构件的。当求得时，所求得的即为构件的承载力；当时，尚需按式承载力；当时，尚需按式(4.20)求不发生反向压坏的轴求不发生反向压坏的轴向力向力N，并取较小的值作为构件的正截面承载能力。，并取较小的值作为构件的正截面承载能力。建筑结构第35张4.4 轴心受拉构件的正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受拉构件一般采用对称截面，如正方钢筋混凝土轴心受拉构件一般采用对称截面，如正方形、矩形等。开裂以前混凝土与钢筋共同承担拉力；形、矩形等。开裂以前混凝土与钢筋共同承担拉力；开裂后，开裂截面混凝土退出工作，全部拉力由钢筋开裂后，开裂截面混凝土退出工作，全部拉力由钢筋负担；最后钢筋达到其屈服强度，构件达到了破坏状负担；最后钢筋达到其屈服强度，构件达到了破坏状态。态。轴心受拉构件的正截面受拉承载力应按下列公式计算：轴心受拉构件的正截面受拉承载力应按下列公式计算：N Nu=As fy N 轴向拉力的设计值As 纵向受拉钢筋截面面积fy 钢筋抗拉设计强度值建筑结构第36张4.5偏心受拉构件承载力计算大、小偏心受拉构件的本质界限是构件截面上是大、小偏心受拉构件的本质界限是构件截面上是否存在受压区。由于截面上受压区的存在与否与否存在受压区。由于截面上受压区的存在与否与轴向拉力轴向拉力N作用点的位置有直接关系，所以在实作用点的位置有直接关系，所以在实际设计中以轴向拉力际设计中以轴向拉力N的作用点在钢筋的作用点在钢筋As和和As之间或钢筋之间或钢筋As和和As之外，作为判定大小偏心受之外，作为判定大小偏心受拉的界限，即：拉的界限，即：（1）偏心距）偏心距 时，属于小偏心受时，属于小偏心受拉构件；拉构件；（2）偏心距）偏心距 时，属于大偏心受拉时，属于大偏心受拉构件。构件。建筑结构第37张建筑结构第38张小偏心受拉公式：小偏心受拉公式：式中对称配筋 建筑结构第39张大偏心受拉公式：大偏心受拉公式：基本公式适用条件建筑结构第40张本章小结本章主要研究了建筑结构中混凝土构件的纵向受力设计本章主要研究了建筑结构中混凝土构件的纵向受力设计方法，与前面讲述的受构件计算方法组成了混凝土构件方法，与前面讲述的受构件计算方法组成了混凝土构件的基本设计方法。掌握和了解纵向受力构件的力学性能、的基本设计方法。掌握和了解纵向受力构件的力学性能、破坏特征和计算方法，对深入了解建筑结构的受力特性破坏特征和计算方法，对深入了解建筑结构的受力特性和设计有十分重要的意义。和设计有十分重要的意义。对于混凝土构件来说，承受与构件轴线相平行的力，即对于混凝土构件来说，承受与构件轴线相平行的力，即纵向受力是其主要承受力的方式。若混凝土构件仅承受纵向受力是其主要承受力的方式。若混凝土构件仅承受拉力或压力，则为轴心受力构件，若还承受了弯矩，则拉力或压力，则为轴心受力构件，若还承受了弯矩，则为偏心受力构件。偏心受压构件有大偏心和小偏心之分，为偏心受力构件。偏心受压构件有大偏心和小偏心之分，偏心受拉构件有大偏心和小偏心之分。其分类标准主要偏心受拉构件有大偏心和小偏心之分。其分类标准主要考虑了弯矩在轴力中占有的比例。如果弯矩占有比例较考虑了弯矩在轴力中占有的比例。如果弯矩占有比例较大，则为大偏心；如果弯矩占有的比例较小，则为小偏大，则为大偏心；如果弯矩占有的比例较小，则为小偏心；若弯矩为零，则为轴心受力。心；若弯矩为零，则为轴心受力。建筑结构第41张轴心受拉构件破坏是其中的受拉钢筋破坏，一般不考虑混凝土的抗轴心受拉构件破坏是其中的受拉钢筋破坏，一般不考虑混凝土的抗拉承载力。轴心受压构件中有短柱和长柱，对于短柱，一般是钢拉承载力。轴心受压构件中有短柱和长柱，对于短柱，一般是钢筋和混凝土同时破坏；而对于长柱，则易发生失稳破坏，用稳定筋和混凝土同时破坏；而对于长柱，则易发生失稳破坏，用稳定系数来考虑长细比对构件承载力的影响。偏心受拉构件中，小偏系数来考虑长细比对构件承载力的影响。偏心受拉构件中，小偏心构件破坏时，构件轴线两边的钢筋均受拉破坏；大偏心构件破心构件破坏时，构件轴线两边的钢筋均受拉破坏；大偏心构件破坏则是拉区的钢筋破坏，而压区混凝土被压坏，压区钢筋不破坏。坏则是拉区的钢筋破坏，而压区混凝土被压坏，压区钢筋不破坏。偏心受压构件与偏心受拉构件破坏特征类似，也是考虑偏心距对偏心受压构件与偏心受拉构件破坏特征类似，也是考虑偏心距对混凝土构件的影响，当偏心距较大时，则为大偏心破坏；当偏心混凝土构件的影响，当偏心距较大时，则为大偏心破坏；当偏心距较小时，则为小偏心破坏。但偏心受压构件破坏还要考虑二阶距较小时，则为小偏心破坏。但偏心受压构件破坏还要考虑二阶效应对构件破坏的影响。效应对构件破坏的影响。对于设计方法，主要是建立力平衡和弯矩平衡的公式，采用基本假对于设计方法，主要是建立力平衡和弯矩平衡的公式，采用基本假定和构造措施来进行截面设计和截面复核。平衡公式的建立，一定和构造措施来进行截面设计和截面复核。平衡公式的建立，一定要考虑具体的破坏特征和破坏后材料（钢筋、混凝土）的强度定要考虑具体的破坏特征和破坏后材料（钢筋、混凝土）的强度发挥，只有当材料充分屈服时，才能使用屈服强度，否则要使用发挥，只有当材料充分屈服时，才能使用屈服强度，否则要使用实时应力。实时应力。纵向受力模式是混凝土构件受力的主要模式之一，需要深入学习。纵向受力模式是混凝土构件受力的主要模式之一，需要深入学习。由于本章内容较为复杂，学生要花较多时间预习，同时要进行课由于本章内容较为复杂，学生要花较多时间预习，同时要进行课后反复复习，才能很好的掌握基本内容和方法。后反复复习，才能很好的掌握基本内容和方法。