4.受压构件

一般构造要求偏心受压构件和轴压构件的示意图：轴压构件：轴力作用点和构件截面形心相重合（见图a）偏压构件：轴力作用点与构件截面形心不重合，分为单向偏心受压（见图b）和双向偏心受压（见图C）。本章节主要讨论单向受压。受压构件形式(a)轴心受压；（b）单向偏心受压；（c）双向偏心受压构件1、混凝土强度等级、计算长度及截面尺寸1．混凝土一般柱的混凝土强度等级采用C30～C40，2．计算长度构件的计算长度与构件两端支撑情况有关，在实际工程中，可查《混凝土规范》规定取用：如对一般多层房屋的框架柱，梁柱为刚接的框架各层柱段。现浇楼盖：底层柱；其余各层柱。装配式楼盖：底层柱，其余各层柱段。3．截面尺寸为了充分利用材料强度，使构件的承载力不致因长细比过大而降低过多，柱截面尺寸不宜过小，一般应控制在及(b为矩形截面的短边，h为长边)。当柱截面的边长在800mm以下时，截面尺寸以50mm为模数，边长在800mm以上时，以100mm为模数。2、纵向钢筋及箍筋1．纵向钢筋不宜选用高强度钢筋来提高受压构件的承载力，设计中一般采用HRB400和HRB335级钢筋纵向钢筋。最小配筋率：《混凝土规范》规定，受压构件全部纵向钢筋的配筋率不得小于0.6％。偏心受压构件中的一侧纵向钢筋的最小配筋率为0.2％。当采用HRB400级、RRB400级钢筋时，全部纵向钢筋的最小配筋率应取0.5％。最大配筋率：从经济和施工方面考虑，全部纵向钢筋配筋率不宜超过5％。纵向受力钢筋直径通常在12～32mm范围内选用。柱中宜选用根数较少、直径较粗的钢筋，但根数不得少于4根。2．箍筋受压构件中的箍筋应为封闭式的。箍筋一般采用HPB235级钢筋。根据钢筋面积不同和截面不同选用1、轴心受压构件轴压构件破坏示意图影响轴压构件承载力的主要因素：1.混凝土――与混凝土强度等级、截面面积有关2.纵筋：钢筋抗压强度取值原则：对于屈服强度超过400的钢筋，其抗压强度设计值只能取。屈服强度小于400的钢筋，其抗压强度设计值取抗拉强度设计值。3.长柱和短柱承载力不同，即长细比影响构件的承载力稳定系数φ：在同等条件下(即截面相同，配筋相同，材料相同)，长柱承载力低于短柱承载力；规范采用构件的稳定系数φ来表示长柱承载力降低的程度。φ主要和构件的长细比有关，(为柱的计算长度,b为截面的短边尺寸)，设计时可直接查用表4-1。当≤8时，φ值等于1。普通箍筋柱的正截面承载力计算：(4-1)式中：N——轴向压力设计值；纵向钢筋配筋率大于3％时，式(4-1)中A应改为。例题【例4－1】某现浇底层钢筋混凝土轴心受压柱，截面尺寸b×h=300×300mm，采用4φ20的HRB335级钢筋()，混凝土C25()，柱高4.5m，承受轴向力设计值800kN，试校核此柱是否安全。【解】(1)确定稳定系数φ，查表4－1得φ=0.895。(2)确定柱截面承载力由式(4-1)得故此柱截面安全。偏心受压构件正截面承载力计算1、偏心受压构件破坏特征1.大偏心受压破坏（受拉破坏）其破坏形态与双筋适筋梁相似。大偏心受压构件的破坏是由于受拉钢筋首先到达屈服，然后压区混凝土被压碎，其承载力主要取决与受拉钢筋，这种破坏有明显的预兆，具有塑性破坏的性质。形成这种破坏的条件时：偏心距较大，且纵向配筋率不高2．小偏心受压破坏(受压破坏)构件破坏时，受压区边缘混凝土达到极限压应变值，受压钢筋应力达到抗压屈服强度，离轴向力较远一侧的钢筋不论受拉还是受压，其应力一般都达不到屈服强度，属于脆性破坏。这种破坏缺乏明显的预兆，具有脆性破坏的性质。3．大、小偏心界限和判别在“受拉破坏”和“受压破坏”之间存在着一种界限状态，称为“界限破坏”。在受拉钢筋应力达到屈服强度的同时，受压混凝土被压碎。当时，为大偏心受压破坏形态；当时，为小偏心受压破坏形态。2、偏心受压构件正截面承载力计算不对称配筋1．大偏心受压情况()基本方程：e—轴向力作用点至受拉钢筋As合力点之间的距离，mm；平衡方程须满足的适用条件：(1)(2)若正截面承载力按下式计算，2.小偏心受压情况()基本方程：；当xh时，取x=h—离轴力较远一侧钢筋的应力值，3.判别大小偏压需要首先判断是大偏压还是小偏压，才能采用相应的公式进行计算。判别两种偏心受压情况的基本条件是：（）为大偏心受压，反之为小偏压构件。当均未知时，无法计算受压区高度，此时，可按下面方法进行初步判别：当时，可按大偏压计算，当时可按小偏压计算。4.附加偏心距和初始偏心距和偏心矩增大系数《混凝土规范》规定，附加偏心距取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30两者中的较大值。即则初始偏心距为式中——轴向力对截面重心的偏心距，，mm；偏心距增大系数计算公式:(4-4)(4-5)(4-6)当长细比时取。对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算大偏心受压情况（或），基本方程如下：由式（4-17）可得，因此在截面设计时，可直接用来判别大小偏压构件。代入式（4-18）可得(4-19)其中（4－20）若，可近似取。小偏心受压情况（或）。（4-24）【例4—2】已知钢筋混凝土柱的截面尺b×h=400mm×500mm。计算长度，承受轴向压力设计值N=400kN，弯矩设计值M=260Kn·m。混凝土强度等级为C25，钢筋采用HRB335级，采用对称配筋，试确定纵向钢筋截面面积。解为大偏心受压构件。则，取1取1由式(4-19)得选配全部纵筋配筋率也满足最配筋率要求2.截面承载力复核在进行截面承载力复核时，一般已知b、h、和混凝土强度等级及钢材品种，构件细比,要求验算截面承载力。(1)弯矩作用平面内承载力复核。1)已知轴向压力设计值N，求弯矩设计值M。将已知配筋和代人式(4—8)计算界限情况下的受压承载力设计值。若，则为大偏心受压，可按式(4—8)求χ，再由式(4—9)求，得弯矩设计值。若，则为小偏心受压，可按式(4—12)和式(4—13)求χ，再由式(4—12)求及M。2)已知偏心距求轴向力设计值N。因截面配筋已知，可按图4—8对N作用点取矩求χ。当时，为大偏心受压，将x代人式(4-8)求轴向力设计值；当，为小偏心受压，代人式(4-12)、式(4-13)和式(4-14)求解轴向力设计值N。(2)垂直于弯距作用平面的承载力复核。偏心受压构件除应计算弯矩作用平面的受压承载力外，尚应按轴心受压构件验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力。1、偏心受压构件斜截面受剪承载力计算偏心受压构件，一般情况下剪力值相对较小，可不进行斜截面承载力的验算试验结果表明，轴向压力对构件受剪承载力有提高的作用。矩形、T形和工形截面的钢筋混凝土偏心受压构件，其斜截面受剪承载力V应符合下列规定：(4-25)当符合下列公式要求时，则可不进行斜截面受剪承载力计算，仅需根据构造要求配置箍筋：(4-28)偏心受压构件受剪截面尺寸尚应符合《混凝土结构设计规范》有关规定。