第五章钢筋混凝土柱.ppt

第五章第五章钢筋混凝土柱混凝土受压、受拉构件（柱）混凝土受压、受拉构件（柱）柱子是建筑结构中最常见的竖向承重构件，在柱子是建筑结构中最常见的竖向承重构件，在结构中起着支撑结构，将各种作用传向基础的作用。结构中起着支撑结构，将各种作用传向基础的作用。 柱子根据受力情况的不同可分：轴心受压构件、柱子根据受力情况的不同可分：轴心受压构件、偏心受压构件、轴心受拉构件、偏心受拉构件等。偏心受压构件、轴心受拉构件、偏心受拉构件等。 设计内容设计内容：根据具体情况进行正截面受压承载：根据具体情况进行正截面受压承载力计算、正截面受拉承载力计算以及斜截面受剪承力计算、正截面受拉承载力计算以及斜截面受剪承载力计算、裂缝宽度验算。载力计算、裂缝宽度验算。5.1 5.1 钢筋混凝土受压构件钢筋混凝土受压构件受压构件根据受力情况分为轴心受压构件、受压构件根据受力情况分为轴心受压构件、单向偏心受压构件、双向偏心受压构件。单向偏心受压构件、双向偏心受压构件。(a)轴心受压 (b)单向偏心受压 (c)双向偏心受压1. 1. 截面形式及尺寸截面形式及尺寸 截面形式截面形式：正方形、矩形、圆形及多边形，工业厂房：正方形、矩形、圆形及多边形，工业厂房也有工字形截面。也有工字形截面。 尺寸尺寸：一般不宜小于一般不宜小于250250250250，为避免构件长细，为避免构件长细比过大，一般控制在比过大，一般控制在 3030， 2525或或 2525（ 为柱的计算长度，为柱的计算长度，b b、h h分别为矩形截面的短边、长分别为矩形截面的短边、长边，边，d d为圆形截面直径）。为圆形截面直径）。 为了施工方便，截面尺寸应符合模数要求，为了施工方便，截面尺寸应符合模数要求，b b800800时，以时，以5050为模数；为模数；b b800800时，以时，以100100为模数。当截面为模数。当截面尺寸过大时，应选用尺寸过大时，应选用I I形或空腹截面。形或空腹截面。bl /0hl /0dl /00l2. 2. 材料选择材料选择混凝土强度等级对受压构件的承载力影混凝土强度等级对受压构件的承载力影响较大，通常用响较大，通常用C20C20C40C40或更高。或更高。钢筋一般选用钢筋一般选用HRB335HRB335和和RRB400RRB400级，高强钢级，高强钢筋不能充分发挥作用，不宜选用高强钢筋来提高受压筋不能充分发挥作用，不宜选用高强钢筋来提高受压构件的承载力。构件的承载力。3. 3. 配筋配筋（1 1）纵向钢筋）纵向钢筋混凝土受压构件中外荷载主要由混凝土负混凝土受压构件中外荷载主要由混凝土负担，担，纵向钢筋主要是协助混凝土承受压力以减小截面纵向钢筋主要是协助混凝土承受压力以减小截面尺寸，增加构件的延性，防止构件的突然脆性破坏；尺寸，增加构件的延性，防止构件的突然脆性破坏；同时，纵向钢筋还可以承担构件失稳破坏时，凸出面同时，纵向钢筋还可以承担构件失稳破坏时，凸出面出现的拉力以及由于荷载的初始偏心、混凝土收缩徐出现的拉力以及由于荷载的初始偏心、混凝土收缩徐变、构件的温度变形等因素所引起的拉力等。变、构件的温度变形等因素所引起的拉力等。 布置布置：轴心受压构件的纵向钢筋应沿截面四周均：轴心受压构件的纵向钢筋应沿截面四周均匀布置，偏心受压构件的纵筋应按计算要求布置在与匀布置，偏心受压构件的纵筋应按计算要求布置在与偏心压力作用平面垂直的两侧。偏心压力作用平面垂直的两侧。 钢筋直径：钢筋直径：为增加钢筋骨架的刚度，减小钢筋在为增加钢筋骨架的刚度，减小钢筋在施工时的纵向弯曲及减少箍筋用量，纵筋根数宜少而施工时的纵向弯曲及减少箍筋用量，纵筋根数宜少而粗，粗，纵筋根数宜少而粗，一般在纵筋根数宜少而粗，一般在12123232范围内选范围内选用，不应少于用，不应少于4 4根。根。 间距间距：纵向受力钢筋净间距不应小于：纵向受力钢筋净间距不应小于5050，偏心，偏心受压柱中，垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力受压柱中，垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋以及轴心受压柱中各边的纵向受力钢筋，其中距钢筋以及轴心受压柱中各边的纵向受力钢筋，其中距不宜大于不宜大于300300。配筋率配筋率：为使纵向钢筋起到提高受压构件截面承：为使纵向钢筋起到提高受压构件截面承载力的作用，纵向钢筋应满足最小配筋率的要求（见载力的作用，纵向钢筋应满足最小配筋率的要求（见附表），附表），为了施工方便和经济要求，为了施工方便和经济要求，且全部纵向钢筋且全部纵向钢筋配筋率不易超过配筋率不易超过5.0%5.0%，一般采用，一般采用0.5%0.5%2.0%2.0%。 构造钢筋构造钢筋：当偏心受压构件的截面高度：当偏心受压构件的截面高度h h600600时时，应在截面两个侧面设置直径为应在截面两个侧面设置直径为10101616的纵向构的纵向构造钢筋，造钢筋，以防止构件因温度和混凝土收缩应力而产生以防止构件因温度和混凝土收缩应力而产生裂缝，裂缝，并相应地设置复合箍筋和拉筋。并相应地设置复合箍筋和拉筋。（2 2）箍筋）箍筋 作用作用：防止纵向钢筋受压屈曲和保证其位置的正：防止纵向钢筋受压屈曲和保证其位置的正确性，形成钢筋骨架，便于施工。确性，形成钢筋骨架，便于施工。 间距、直径间距、直径：间距不应大于：间距不应大于400400及短边尺寸，及短边尺寸，且且不应大于不应大于1515d d, , d d为纵向受力钢筋最小直径。为纵向受力钢筋最小直径。 当采用热轧钢筋时不应小于当采用热轧钢筋时不应小于d d/4/4及及6 6，当采用冷，当采用冷拔低碳钢丝时不应小于拔低碳钢丝时不应小于d d/5/5及及5 5（d d为纵筋最大直为纵筋最大直径）。当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率大于径）。当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率大于3%3%时，时，箍筋直径不应小于箍筋直径不应小于8 8，间距不应大于纵向受力钢，间距不应大于纵向受力钢筋最小直径的筋最小直径的1010倍及倍及200200。箍筋形式箍筋形式：柱中箍筋应做成封闭式。当柱截面短边尺寸：柱中箍筋应做成封闭式。当柱截面短边尺寸大于大于400400且每边纵筋根数超过且每边纵筋根数超过3 3根时，或当柱截面短边尺寸根时，或当柱截面短边尺寸不大于不大于400400，但每边纵筋根数超过，但每边纵筋根数超过4 4根时，应设置复合钢筋。根时，应设置复合钢筋。纵筋至少每隔一根放置于箍筋转角处，在设计中不可采用内纵筋至少每隔一根放置于箍筋转角处，在设计中不可采用内折角钢筋。折角钢筋。柱中纵向受力钢筋搭接长度范围内应配置箍筋，柱中纵向受力钢筋搭接长度范围内应配置箍筋，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的其直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.250.25倍。当钢倍。当钢筋受拉时，箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的筋受拉时，箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的5 5倍，且不应大于倍，且不应大于100100；当钢筋受压时，箍筋间距；当钢筋受压时，箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的不应大于搭接钢筋较小直径的1010倍，且不应大于倍，且不应大于200200；当受压钢筋直径大于；当受压钢筋直径大于2525时，尚应在搭接时，尚应在搭接接头两个端面外接头两个端面外100100范围内各设置两个箍筋。范围内各设置两个箍筋。 1. 1. 配有普通箍筋的轴心受压柱的正截面承载力计算配有普通箍筋的轴心受压柱的正截面承载力计算 以恒载为主的多以恒载为主的多层房屋的内柱、屋架层房屋的内柱、屋架的弦杆、受压腹杆可的弦杆、受压腹杆可近似的按轴心受压构近似的按轴心受压构件计算。件计算。（1）受力分析及破坏形态）受力分析及破坏形态 短柱短柱（ 8 8）：在轴心荷载作用下，截面压应变）：在轴心荷载作用下，截面压应变基本为均匀分布，混凝土和钢筋始终保持共同变形；基本为均匀分布，混凝土和钢筋始终保持共同变形； bl /0压压压拉拉当荷载较小时，两者应力按弹性规律分布；当当荷载较小时，两者应力按弹性规律分布；当荷载增加较大时，由于混凝土塑性变形发展，压缩荷载增加较大时，由于混凝土塑性变形发展，压缩变形增加的速度快于荷载的增长速度，而钢筋压应变形增加的速度快于荷载的增长速度，而钢筋压应力较混凝土应力增长快，直到屈服；破坏时，柱四力较混凝土应力增长快，直到屈服；破坏时，柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋之间的纵筋压曲外凸，周出现明显的纵向裂缝，箍筋之间的纵筋压曲外凸，混凝土压碎崩裂，此混凝土压碎崩裂，此 时混凝土轴心受压强度设时混凝土轴心受压强度设 计值为计值为f fc c，纵筋抗压强度，纵筋抗压强度 设计值为设计值为f fyy。混凝土压碎钢筋凸出当短柱破坏时，混凝土达到极限压应变当短柱破坏时，混凝土达到极限压应变 =0.002=0.002，相应的纵向钢筋应力值，相应的纵向钢筋应力值: : =2 =210105 50.002=400 N/mm0.002=400 N/mm2 2。 因此，当纵筋为高强度钢筋时，构件破坏因此，当纵筋为高强度钢筋时，构件破坏时纵筋可能达不到屈服强度。显然，在时纵筋可能达不到屈服强度。显然，在这是不经济的这是不经济的 s/sssE：各种偶然因素：各种偶然因素造成的偏心距的影响不可忽略，长柱常因侧向挠度增大发造成的偏心距的影响不可忽略，长柱常因侧向挠度增大发生纵向弯曲破坏，破坏时凹面出现纵向裂缝，混凝土被压生纵向弯曲破坏，破坏时凹面出现纵向裂缝，混凝土被压碎，纵向钢筋被压弯、外凸；凸面混凝土出现横向裂缝，碎，纵向钢筋被压弯、外凸；凸面混凝土出现横向裂缝，构件破坏。其承载能力低于其它条件相同的短柱。构件破坏。其承载能力低于其它条件相同的短柱。 规范规范采用构件的稳定系数采用构件的稳定系数 来表示长柱承载能力降低的程度。来表示长柱承载能力降低的程度。 以稳定系数代表长柱和短柱承载以稳定系数代表长柱和短柱承载 能力之比。能力之比。 bl /0短长cucuNNbl /0bl /0bl /0bl /00l0l0l0l0l（2）正截面受压承载力计算）正截面受压承载力计算 为了使轴心受压构件的正截面承载力计算与偏心受压为了使轴心受压构件的正截面承载力计算与偏心受压构件的正截面承载力计算具有相近的可靠度，构件的正截面承载力计算具有相近的可靠度，规范规范在在轴心受压构件承载力公式中引进了轴心受压构件承载力公式中引进了0.90.9的折减系数，的折减系数， 给出给出如下的轴心受压构件正截面承载力计算公式：如下的轴心受压构件正截面承载力计算公式：)(9 . 0sycuAfAfNN式中：式中：N Nu u轴向压力承载力设计值；轴向压力承载力设计值； N N轴向压力设计值；轴向压力设计值； 钢筋混凝土构件的稳定系数；钢筋混凝土构件的稳定系数； f fc c混凝土的轴心抗压强度设计值；混凝土的轴心抗压强度设计值； A A构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于3%3%时，时， A A 应改为应改为A Ac=c=A AA As s/ /； f fyy纵向钢筋的抗压强度设计值；纵向钢筋的抗压强度设计值；（3）基本公式的应用）基本公式的应用 在实际工程中遇到的轴心受压构件的设计问题分为截面在实际工程中遇到的轴心受压构件的设计问题分为截面设计和截面复核两大类。设计和截面复核两大类。 1)1)截面设计。截面设计。 在设计截面时可以先选定材料强度等级，并根据轴向压在设计截面时可以先选定材料强度等级，并根据轴向压力的大小以及房屋总体高度和建筑设计的要求确定构件截面力的大小以及房屋总体高度和建筑设计的要求确定构件截面的形状、尺寸、柱子的计算高度，然后利用表（的形状、尺寸、柱子的计算高度，然后利用表（5.15.1）确定）确定稳定系数，再由公式（稳定系数，再由公式（5.15.1）求出所需的纵向钢筋数量。）求出所需的纵向钢筋数量。 如果计算所得纵筋的配筋率偏高，可考虑增大截面尺寸如果计算所得纵筋的配筋率偏高，可考虑增大截面尺寸后重新计算，反之则考虑能否减小柱的截面尺寸。箍筋则按后重新计算，反之则考虑能否减小柱的截面尺寸。箍筋则按构造要求配置。构造要求配置。在实际工程中轴心