建筑结构第五章5.4

NN轴向力的作用线与构件截面形心轴线相重合。轴心受拉：轴心受压：§5.4柱轴心受力：桁架下弦杆桁架受压腹杆，框架内柱截面形式：正方形、矩形、圆形、多边形、环形等在钢筋混凝土结构中，真正的轴心受压构件极少，这是由于实际的轴向荷载总有一些偏心或兼有一些弯矩，只要偏心或弯矩相对于轴向合力很小，设计或检算是可略去不计时，即可按轴心受压构件计算。配筋形式：纵向钢筋+箍筋密布螺旋式图6-2螺旋箍筋普通箍筋环形配箍普通配箍箍筋种类:纵向钢筋作用:帮助混凝土承担压力防止混凝土出现突然的脆性破坏，并承受由于荷载的偏心而引起的弯矩箍筋作用:与纵筋组成空间骨架，减少纵筋的计算长度因而避免纵筋过早的压屈而降低柱的承载力材料：高强度混凝土，一般柱中采用C20及其以上等级一般强度钢筋，一般采用Ⅰ级、Ⅱ级钢筋柱的构造§5.4.1截面形式：方形、矩形、圆形、多边形、异型柱为避免长细比过大，柱截面尺寸不宜过小：对于多层厂房柱，h≥l0/25或b≥l0/30对于现浇钢筋砼柱，不宜小于250mm×250mm为了施工支模方便，当h≤800mm时，截面尺寸以50mm为模数；当h800mm时，截面尺寸以100mm为模数；配筋率：0.4%5%d12mm或更粗一些防止过早压屈配筋：＝A's／A纵向钢筋的数量不少于4根，并应沿柱截面四周均匀、对称地分布纵筋：增加柱的承载能力，减少混凝土破坏的脆性性质，并抵抗因混凝土收缩变形构件温度变形及偶然的偏心产生的拉应力。纵筋：50mm≤净距≥350mm箍筋：S≤400mm且≤b间距：箍筋：不但可以防止纵向钢筋发生压屈、增强柱的抗剪强度，而且在施工时起临时固定纵向钢筋位置的作用，还对混凝土受压后的侧向膨胀起约束作用，因此应做成封闭形式直径6mm或d/4箍筋形式根据截面形状、尺寸及纵向钢筋根数确定S≤15d绑扎骨架S≤20d焊接骨架柱截面的钢筋配置h600构造给筋212600h10001000h1500构造给筋4161000h1500600h1000600h1000分离式箍筋内折角(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)配有箍筋的轴心受压构件加载初期整个截面的应变是均匀分布的荷载增加整个截面的应变迅速增加加载末期混凝土达到极限应变，柱子出现纵向裂缝保护层剥落，纵筋向外凸，砼被压碎而破坏破坏形态及过程：1.受力特点：柱(受压构件)l0/i28l0/b8l0/i28初始偏心产生附加弯矩短柱长柱加大初始偏心，最终构件是在M，N共同作用下破坏。附加弯矩引起挠度长柱：－－－这就是所谓的“失稳破坏”轴心受压柱§5.4.2在截面尺寸、配筋、强度相同的条件下，长柱的承载力低于短柱。(采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度)在构件破坏时，混凝土和钢筋的应变都小于材料破坏时的极限应变值失稳破坏●稳定系数与构件的长细比λ有关:λ↑〓〓↓短柱承载力：时，当002.00maxc,，则钢筋先屈服，当max,cy混凝土：钢筋：当采用高强钢筋，则砼压碎时钢筋未屈服's=0.002Es=0.002×2.0×105=400N/mm2ccsu9.0AfAfNy纵筋压屈(失稳)钢筋强度不能充分发挥。ckcfyksf混凝土极限压应变为：0.002（a）短柱破坏（b）长柱破坏2.正截面承载力计算公式：Ac–––截面面积：当0.03时NAsfcfyAsbhAc=A－Asccs9.0AfAfNyAs–––纵筋截面面积fc–––混凝土受压强度设计值fy–––纵筋强度设计值–––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。=N长/N短1.0短柱：＝1.0长柱：…l0/i(或l0/b)查表AI=il0–––构件的计算长度，与构件端部的支承条件有关。两端铰一端固定，一端铰支两端固定一端固定，一端自由实际结构按规范规定取值1.0l0.7l0.5l2.0l如：一般多层房屋的钢筋混凝土框架柱：现浇楼盖：底层柱其余各层柱装配式楼盖：底层柱其余各层柱注：其中H对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度；对其余各层柱为上下层楼盖顶面之间的高度l0=1.0Hl0=1.25Hl0=1.25Hl0=1.5H3.公式应用•截面设计：yccs)9.0(fAfNA－纵向受力钢筋的直径不宜小于12mm由公式得已知：bh，fc,fy,l0,N,求Asminmin=0.4%maxmax=5%强度校核：已知：bh，fc,fy,l0,As,求NuNu=0.9(A'sf'y+fcAc)若NuN结构安全，否则结构不安全偏心受力构件是指轴向力偏离截面形心或构件同时受到弯矩和轴向力的共同作用。NNMNNNMN(a)(b)(c)(d)(e)(f)§5.4.2偏心受压柱定义虽然承受的荷载形式多种多样，但其受力本质是相同的，它们之间也是可以相互转化的如下图所示偏心受拉(拉弯构件)偏心受压(压弯构件)单向偏心受力构件双向偏心受力构件通常承受的荷载：直接承受偏心的轴向压力；同时承受轴向压力、弯矩和横向力。同时承受轴向压力和弯矩；同时承受轴向压力和横向力；工程应用偏心受压构件：受到非节点荷载的屋架上弦杆，厂房边柱，多层框架房屋边柱多层框架房屋角柱—双向偏心受压构件偏心受拉构件：矩形水池壁；浅仓的墙壁；工业厂房中双肢柱的柱肢。1.材料钢筋：混凝土：纵筋：I级（HPB235）、II级（HRB335）箍筋：I级（HPB235）偏心受力构件的构造要求C20且柱的保护层30mm且d目的是为了充分利用混凝土抗压，节约钢材，减少构件的截面尺寸在受压构件中，钢筋与混凝土共同受压，在混凝土达到极限应变时，钢筋的压应力最高能达到400kN/mm2,高强度钢筋不能充分发挥其作用2.截面形式矩形hf100mm且为避免长细比过大降低构件承载力d80mml0/b30工字型(截面尺寸较大时)b250mm截面形式应考虑到受力合理和模板制作方便。l0/h25，l0/d25。3.配筋形式•纵筋布置于弯矩作用方向两侧面d12mm纵筋间距50mm中距350mm0.2%=min0.2%=min同时：一般不超过3%当h600mm时，在侧面设10～16的构造筋0bhAs0hbAs•箍筋：采用封闭式箍筋d6mm或d/4时，当%3bhAAssd8mm，且箍筋应焊成封闭箍箍筋末端应做成不小于1350的弯钩弯钩末端平直的长度不应小于10倍箍筋直径，间距不应大于10倍纵向钢筋的最小直径且不应大于200mm在绑扎骨架中：s15d在截面尺寸较大时，采用复合箍在焊接骨架中：s20d通常情况下，sb且400mm其中d为纵向钢筋最小直径复合箍筋要点：1、适用情况；b＞400mm且截面各边纵筋多于3根b≤400mm但截面各边纵筋多于4根2、截面形状复杂的柱，不可采用具有内折角的箍筋，避免产生向外的拉力，致使折角处的混凝土破损，而应采用分离式箍筋试验研究分析偏心受压构件是介于轴压构件和受弯构件之间的受力状态。e00e0偏心受压构件的受力性能轴压构件受弯构件大量试验表明：构件截面中的符合，偏压构件的最终破坏是由于混凝土压碎而造成的。其影响因素主要与的大小和所配有关。平截面假定偏心距钢筋数量N的偏心距较大，且As不太多。受拉破坏(大偏心受压破坏)As先屈服，然后受压混凝土达到c,max,Asfy。cuNfyAsfyAsNN(a)(b)e0与适筋受弯构件相似，NfyAsfyAsNNNsAssAscmax2cmax1cu(a)(c)(b)eieiN的偏心较小一些或N的e0大，然而As较多。受压破坏(小偏心受压破坏)压碎区的长度一般较长，若柱中箍筋较少，还可能在压碎前，出现较长的纵向裂缝截面大部分受压受拉钢筋到不到屈服强度，也不能形成明显的主拉裂缝；而少部分受拉，荷载增大沿构件受拉边一定间隔将出现垂直于构件轴线的裂缝破坏时中和轴离受拉钢筋较近；最终由受压区混凝土压碎，Asfy导致破坏；使得实际的近力侧成为名义上的远力侧，e0很小。由远力侧的砼压碎及As屈服导致构件破坏，Ass。最终由近力侧砼压碎，Asfy而破坏。As为压应力，未达到屈服。但近力侧的压应力大一些，远力侧的压应力小一些e0更小一些，全截面受压。受压破坏(小偏心受压破坏)大小偏心受压柱破坏大小偏心受压破坏特征对比：⃟大偏心受压破坏为塑性破坏，小偏心受压破坏为脆性破坏共同点：不同点：⃟混凝土压碎而破坏⃟大偏心受压构件受拉钢筋屈服，且受压钢筋屈服，⃟小偏心受压构件一侧钢筋受压屈服，另一侧钢筋不屈服界限破坏及大小偏心的界限界限破坏：在“受拉破坏”与“受压破坏”之间存在一种界限状态，成为“界限破坏”当受拉钢筋屈服的同时，受压边缘混凝土应变达到极限压应变，它不仅有横向主裂缝，而且比较明显。界限破坏时，混凝土压碎区段的大小比“受拉破坏”情况时要大，比“受压破坏”情况时的要小通过研究界限破坏可以得出大小偏心受压构件的区分标准和办法bcdefghAsAsh0x0xb0s0.0033aaay0.002大小偏心受压的分界：0hxb0bhx当b–––大偏心受压abb–––小偏心受压ae=b–––界限破坏状态adM和N对正截面承载力的影响偏心受压构件达到承载力极限状态时，截面承受的轴向力N与M并不是独立的，而是相关的。即给定M就有唯一的对应的N；或者说构件可以在不同的N和M组合下达到极限M、N相关曲线受压破坏界限破坏受拉破坏A0203010008006004002001040Nu(kN)BM－N相关曲线是偏心受压构件承载力计算的依据，平面内任意一点若在此曲线之内，则该截面不会破坏；若处于此曲线之外，则表示该截面破坏；若该点恰好在曲线上，则处于极限状态•在大偏心受压破坏情况下，随着轴向力N的增加，截面所能承受的弯矩M也相应提高；•在小偏心受压破坏情况下，随着轴向力N的增加，截面所能承受的弯矩M也相应降低；偏心距增大，使构件的受压承载力减小；当实际的M、N组合点落在曲线以内(A点)，则安全；同一M值，小偏心N越大越不利；大偏心，N越小越不利(选择最不利内力)。受压破坏界限破坏受拉破坏A0203010008006004002001040Nu(kN)B利用M-N相关曲线寻找最不利内力：•作用在结构上的荷载往往有很多种，在结构设计时应进行荷载组合；•在受压构件同一截面上可能会产生多组M、N内力他们当中存在一组对该截面起控制作用；•这一组内力不容易凭直观多组M、N中挑选出来，但利用N-M相关曲线的规律，可比较容易地找到最不利内力组合短柱中长柱细长柱–––材料破坏–––失稳破坏•短柱：对于矩形截面柱l0/h≤8对于T形及工字形截面柱l0/i≤28对于环形及圆形截面柱l0/d≤7长柱：矩形截面柱8l0/h≤30对于T形及工字形截面柱28l0/i≤104对于环形及圆形截面柱7l0/d≤26细长柱：偏心距很大的柱；当偏心压力达到最大值时，侧向挠度突然剧增，此时钢筋和混凝土的应变均未达到材料破坏时的极限值；•轴压构件中：•偏压构件中：短长NNφ=偏心距增大系数N0N1N2N0eiN1eiN2eiN1af1N2af2BCADE短柱(材料破坏)中长柱(材料破坏)NM0即柱达到最大承载力是发生在其控制截面材料强度还未达其破坏强度，但由于纵向弯曲失去平衡，引起构件破坏侧向挠曲将引起附加弯矩，M增大较N更快，不成正比。二阶矩效应ei+f=ei(1+f/ei)=ei=1+f/ei–––偏心距增大系数M=N(ei+f)NNeiafeiNfff02110l0ycuh规范采用了的界限状态为依据，然后再加以修正21200)(140011hlhei式中：ei=e0+eal0–––柱的计算长度1–––考虑偏心距的变化对截面曲率的修正系数，