第5章钢筋混凝土受压构件承载力

混凝土结构设计采桑子书博山道中壁辛弃疾少年不识愁滋味，爱上层楼。爱上层楼，为赋新词强说愁。而今识尽愁滋味，欲说还休。欲说还休，却道天凉好个秋。第5章钢筋混凝土受压构件承载力5.1钢筋混凝土受压构件及其构造要求5.2钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算5.3钢筋混凝土偏心受压构件正截面受力特点5.4钢筋混凝土矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算5.5钢筋混凝土I形截面偏心受压构件正截面承载力计算5.6钢筋混凝土偏心受压构件斜截面承载力计算《混凝土结构设计》2020/2/545.1钢筋混凝土受压构件及其构造要求一、受压构件分类轴心受压构件偏心受压构件•单向偏心受压•双向偏心受压5.1.1混凝土受压构件NNN《混凝土结构设计》2020/2/55二、受压构件应用实例轴心受压•桁架受压腹杆、上弦杆•等跨柱网房屋的内柱偏心受压•框架柱•排架柱《混凝土结构设计》2020/2/56一、材料选择混凝土•材料强度等级尽可能高•C30以上，至C50或更高钢筋•fy410N/mm2，不宜选高强度钢筋作为压筋•纵筋：HRB335，HRB400，HRB500•箍筋：HPB300，HRB335,HRB4005.1.2受压构件的材料和截面《混凝土结构设计》2020/2/57二、构件截面常用截面•轴心受压正方形或圆形•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）尺寸要求•独立受压构件，最小边长250mm•框架柱最小边长300mm；800mm以下取50mm为模数，800mm以上取100mm为模数满足条件,250hl300bl抗震设计时需要满足轴压比的要求《混凝土结构设计》2020/2/58•I形截面柱尺寸翼缘厚度不宜小于120mm腹板厚度不宜小于100mm100120腹板开孔的I形截面柱当孔的横向尺寸小于柱截面高度的一半、孔的竖向尺寸小于相邻两孔之间的净间距时，柱的刚度可按实腹I形截面柱计算，但在计算承载力时，应扣除孔洞的削弱部分。当开孔尺寸超过上述规定时，柱的刚度和承载力应按双肢柱计算。120《混凝土结构设计》2020/2/59一、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偏心受压纵向钢筋的作用•协助混凝土受压，减小构件截面尺寸•承担偏心压力引起的拉力5.1.3受压构件配筋构造《混凝土结构设计》2020/2/510纵筋构造要求•直径d12mm，常用12~32mm•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。•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。NN净距50mm《混凝土结构设计》2020/2/511•配筋率最小配筋率：全纵筋：500MPa级钢筋0.50%400MPa级钢筋0.55%335MPa级钢筋0.60%300MPa级钢筋0.60%一侧纵筋：0.20%最大配筋率：全部纵筋不应超过5%受压钢筋配筋率一般不超过3%AAs全截面面积《混凝土结构设计》2020/2/512偏心受压纵筋配置方式•对称配筋（As=A's）构造简单施工方便不易出错用钢量大•非对称配筋（AsA's）构造复杂容易出错用钢量小对称配筋广为流行《混凝土结构设计》2020/2/513二、受压构件的箍筋箍筋的作用•保证纵筋的正确位置•防止纵向钢筋压曲•抗剪（偏心受压）基本构造要求•封闭形式。直径纵筋最大直径/4，且6mm•间距s400mm，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200mm。《混凝土结构设计》2020/2/514•设置复合箍筋（1）b400mm，各边受力钢筋3根（2）b400mm，各边受力钢筋4根防止中间钢筋压屈b400《混凝土结构设计》2020/2/515•偏心受压构件，长边尺寸较小时，设单一封闭箍筋•当长边尺寸较大时，沿长边方向设置纵向构造钢筋，使钢筋间距不超过300mm，此时可设复合箍筋或拉筋《混凝土结构设计》2020/2/516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《混凝土结构设计》2020/2/5175.2钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算一、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•焊接环筋柱5.2.1轴心受压构件的破坏特征螺旋箍筋和焊接环筋称为间接钢筋《混凝土结构设计》2020/2/518普通箍筋柱螺旋箍筋柱普通箍筋柱地震劫难螺旋箍筋柱地震劫难《混凝土结构设计》2020/2/519按长细比分类•构件长细比,0il•构件分类短柱280il长柱280il对于矩形截面80bl80blAIi123bhIbhAIibhhb12312bilbl00121ib12短柱长柱123hbI《混凝土结构设计》2020/2/520二、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《混凝土结构设计》2020/2/521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•破坏特点一侧横向开裂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破坏荷载•稳定系数考虑此影响（表6-1）20)8/(002.011bl近似计算公式《混凝土结构设计》2020/2/522一、基本公式抗压组成•混凝土抗压：fcA•纵筋抗压：f'yA's承载力公式•考虑稳定系数•考虑与偏压柱的可靠性衔接，乘以0.9uNN配筋率大于3%时，取净面积。5.2.2普通箍筋受压构件正截面承载力计算sAA)(9.0sycAfAf《混凝土结构设计》2020/2/523二、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•先验算配筋率•后确定稳定系数•最后验算不等式是否成立ycs)9.0/(fAfNA验算配筋率选配钢筋《混凝土结构设计》2020/2/524例题5.1•某柱计算长度5m，截面300mm300mm，HRB335级纵向钢筋，C30混凝土，承受轴心压力设计值为N=1400kN。试选配纵向受力钢筋。解7.16300/5000/0bl20)8/(002.011bl2)87.16(002.011869.0《混凝土结构设计》2020/2/525取)(9.0sycuAfAfNNycs9.0fAfNA3003003.14869.09.0101400231677mm2选配钢筋：425A's=1964mm2配筋率验算：AAs3003001677%60.0min%5max%86.1配筋率满足要求，并3%箍筋按构造要求配置！《混凝土结构设计》2020/2/526例题5.2•某混凝土柱，计算长度4.5m，截面尺寸400mm400mm，C35混凝土，纵向配筋822（As=3041mm2）。承受轴心压力设计值N=3000kN，试验算承载力。解先验算配筋率AAs4004003041%60.0min%5max%9.1满足要求（配筋合理：3%）《混凝土结构设计》2020/2/527承载力验算400/4500/0bl25.11)1025.11(101295.098.098.0)(9.0sycuAfAfN)30413004007.16(96.09.02kN3097N=3000kN承载力满足要求！N查表6-1（插值法）96.0《混凝土结构设计》2020/2/528一、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5.2.3螺旋箍筋受压构件承载力《混凝土结构设计》2020/2/529二、截面承载力试验研究成果•约束混凝土轴心抗压强度2ccc4ff螺旋箍脱离体平衡cor21ssy2sdAfcor1ssy22sdAf轴心抗压强度cor1ssyccc8sdAfff《混凝土结构设计》2020/2/530•极限承载力sycorccuAfAfN482corcor1ssysycorcdsdAfAfAfsAdfAfAf1sscorysycorc2ssoysycorc2AfAfAfsAdA1sscorsso间接钢筋换算面积cor1ssyccc8sdAfff《混凝土结构设计》2020/2/531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，间接钢筋贡献项引进系数•考虑与偏心受压构件保持一致的可靠度，整体乘以系数0.9uNN当混凝土强度C50时，取=1.0当混凝土强度为C80时，取=0.85其间按线性内插法确定)2(9.0ssoysycorcAfAfAf《混凝土结构设计》2020/2/532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/d12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。)2(9.0ssoysycorcuAfAfAfNN《混凝土结构设计》2020/2/533三、构造要求截面形式•圆形为主•也可采用正多边形（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直径、间距或先确定箍筋，后计算确定纵筋《混凝土结构设计》2020/2/53445045000dl例题5.3•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=3270kN。纵筋采用HRB400，箍筋采用HPB300。一类环境，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)5.810(5.85.1095.098.098.096.010《混凝土结构设计》2020/2/535ycs)9.0/(fAfNA3604/4503.14)96.09.0/(103270234196mm2AAs4/45041962%64.2%55.0%5纵筋可配：9254418sAmm2箍筋采用：8@300间距400mm间距15倍纵筋直径375mm且3%《混凝土结构设计》2020/2/5362.按螺旋箍筋柱配筋1045045000dl12适用于螺旋箍筋柱10223800sAmm2设纵筋为：AAs4/45038002%39.2%55.0%5取混凝土保护层厚度cc=25mmc=20mm纵筋公称直径22mm螺旋箍筋采用83.501ssAmm2且3%《混凝土结构设计》2020/2/537ysycorcsso29.0/fAfAfNA2700.12380036010158.13.149.0/103270531129间接钢筋换算面积mm2380025.0%25sA950mm22corcor4dA23844510158.1mm2scor2cdd332450=384mm1ecsdcc825mm33