混凝土结构设计原理课件.ppt

1、轴心受力构件轴心受力构件轴心受力构件轴心受力构件主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程；力全过程；掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截 面承载力的计算方法；面承载力的计算方法；熟悉轴心受力构件的构造要求。熟悉轴心受力构件的构造要求。重点：重点：重点：重点：轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算轴心受力构件轴心受力构件 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算1 轴心受压构件的实际应用轴心受压构件的实际应用 多多高高层层建建筑筑中中的的框框架架柱柱，单单层层工工业业厂厂房房中中

2、屋屋架架的的上上弦弦杆杆，桥桥 梁结构中的桥墩，拱、桩等均属于受压构件。梁结构中的桥墩，拱、桩等均属于受压构件。利利用用混混凝凝土土构构件件承承受受以以轴轴向向压压力力为为主主的的内内力力，可可以以充充分分发发挥挥 混凝土材料的强度优势，因而在工程结构中混凝土受压构件混凝土材料的强度优势，因而在工程结构中混凝土受压构件 应用比较普遍。应用比较普遍。建建筑筑实实际际结结构构中中，理理想想的的轴轴心心受受压压构构件件几几乎乎是是不不存存在在的的，这这 是是因因为为：通通常常施施工工制制造造的的误误差差、荷荷载载作作用用位位置置的的不不确确定定性性、混混凝凝土土质质量量的的不不均均匀匀性性等等，使使

3、得得上上述述构构件件存存在在一一定定的的初初始始偏偏 心距。心距。轴心受力构件轴心受力构件轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算框架结构中的柱框架结构中的柱(Columns of Frame Structure)轴心受压轴心受力构件轴心受力构件轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算屋架结构中的上弦杆屋架结构中的上弦杆(Top Chord of Roof Truss Structure)轴心受拉轴心受力构件轴心受力构件轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算桩基础桩基础(Pile Foundation)轴心受压轴心受拉构件轴心受拉构件n受力过程及破坏特征受力过程及破坏特征一一 建

4、筑工程中的轴拉构件建筑工程中的轴拉构件1 计算公式计算公式1N 拉力的组合设计值；拉力的组合设计值；fy 钢筋抗拉强度设计值，钢筋抗拉强度设计值，fy 300 N/mm2；As 纵向钢筋面积。纵向钢筋面积。n n某钢筋混凝土屋架下弦的拉力设计值某钢筋混凝土屋架下弦的拉力设计值N=700KNN=700KN，采用，采用HRB335HRB335级钢筋配筋。试求级钢筋配筋。试求所需纵向受力钢筋面积，并为其选用钢筋。所需纵向受力钢筋面积，并为其选用钢筋。n n【解解】2.构造要求构造要求v 箍筋直径箍筋直径 d6mm,间距间距s 200mm(腹杆中腹杆中 s 150mm)。v 纵筋应沿截面周边均匀对称布

5、置，并宜优先纵筋应沿截面周边均匀对称布置，并宜优先 采用直径较小的钢筋。采用直径较小的钢筋。v 不得采用绑扎的搭接接头。不得采用绑扎的搭接接头。v 纵筋一侧配筋率纵筋一侧配筋率 ，且，且 。（为混凝土轴心抗拉强度设计值）为混凝土轴心抗拉强度设计值）轴心受力构件轴心受力构件轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算二二 轴心受压构件轴心受压构件 实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱按照实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱按照箍筋的作用及配置方式分为两种：箍筋的作用及配置方式分为两种：l 普通箍筋柱（普通箍筋柱（Tied Columns）配有纵向钢筋和普通箍筋的柱配有纵向

6、钢筋和普通箍筋的柱l 螺旋箍筋柱（螺旋箍筋柱（Spiral Columns）配有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱配有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱 纵筋的作用：纵筋的作用：l 提高承载力，减小截面尺寸提高承载力，减小截面尺寸l 提高混凝土的变形能力提高混凝土的变形能力l 抵抗构件的偶然偏心抵抗构件的偶然偏心l 减小混凝土的收缩与徐减小混凝土的收缩与徐 轴心受力构件轴心受力构件轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算普通钢箍柱普通钢箍柱Tied ColumnsTied Columns螺旋钢箍柱螺旋钢箍柱Spiral ColumnsSpiral Columns2/2轴心受力构件轴心受力构件轴心受压构件承载力计算

7、轴心受压构件承载力计算1 短柱与长柱短柱与长柱 短柱（短柱（Short Columns）是如何形成是如何形成 的？的？我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称为我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称为短柱短柱。在实。在实际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地下车库的柱子，以及楼梯际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地下车库的柱子，以及楼梯间处的柱都容易形成短柱。间处的柱都容易形成短柱。窗间墙的短柱窗间墙的短柱轴心受力构件轴心受力构件轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 受压短柱的破坏过程受压短柱的破坏过程n 在开始加载时，混凝土在开始加载时，混凝土和钢筋都处于弹性工作阶段，和钢筋都处

8、于弹性工作阶段，钢筋和混凝土的应力基本上钢筋和混凝土的应力基本上按弹性模量的比值来分配。按弹性模量的比值来分配。n 随着荷载的增加，混凝随着荷载的增加，混凝土应力的增加愈来愈慢，而土应力的增加愈来愈慢，而钢筋的应力基本上与其应变钢筋的应力基本上与其应变成正比增加，柱子变形增加成正比增加，柱子变形增加的速度就快于外荷增加的速的速度就快于外荷增加的速度。随着荷载的继续增加，度。随着荷载的继续增加，柱中开始出现微小的纵向裂柱中开始出现微小的纵向裂缝缝。应应力力轴力轴力混凝土的应力增长钢筋应力增长轴心受压构件轴心受压构件轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算n 在临近破坏荷载在临近破坏荷载时，柱

9、身出现很多明时，柱身出现很多明显的纵向裂缝，混凝显的纵向裂缝，混凝土保护层剥落，箍筋土保护层剥落，箍筋间的纵筋被压曲向外间的纵筋被压曲向外鼓出，混凝土压碎。鼓出，混凝土压碎。n 柱子发生破坏时，柱子发生破坏时，混凝土的应变达到其混凝土的应变达到其抗压极限应变，而钢抗压极限应变，而钢筋的应力一般小于其筋的应力一般小于其屈服强度屈服强度。轴心受力构件轴心受力构件轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 什么是长柱（什么是长柱（Slender Columns）我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为长柱。长柱。在实在实际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都

10、属于长柱。轴心受压长柱际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。轴心受压长柱与短柱的主要受力区别在于：由于偏心所产生的附加弯矩和失稳与短柱的主要受力区别在于：由于偏心所产生的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必须考虑。破坏在长柱计算中必须考虑。轴心受力构件轴心受力构件 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 轴心受压长柱的破坏过程轴心受压长柱的破坏过程n 由于初始偏心距的存在，构件受荷由于初始偏心距的存在，构件受荷后产生附加弯矩，伴之发生横向挠度。后产生附加弯矩，伴之发生横向挠度。n 构件破坏时，首先在靠近凹边出现构件破坏时，首先在靠近凹边出现大致平行于纵轴方向的纵向裂缝，同时大致平行于纵

11、轴方向的纵向裂缝，同时在凸边出现水平的横向裂缝，随后受压在凸边出现水平的横向裂缝，随后受压区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，横向区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，横向挠度迅速发展，构件失去平衡，最后将挠度迅速发展，构件失去平衡，最后将凸边的混凝土拉断。凸边的混凝土拉断。n 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范采用稳定系采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度。数来表示长柱承载力的降低程度。轴心受压长柱轴心受压长柱稳定系数稳定系数 主要与柱的主要与柱的长细比长细比 l0/b 有关，有关，稳定系数的定义如下：稳定系数的定义如下：轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算l l l l0 0 0 0/b/b

12、/b/bl l l l0 0 0 0/d/d/d/dl l l l0 0 0 0/i/i/i/il l l l0 0 0 0/b/b/b/bl l l l0 0 0 0/d/d/d/dl l l l0 0 0 0/i/i/i/i887728281.01.0303026261041040.520.5210108.58.535350.980.98323228281111110.480.48121210.510.542420.950.95343429.529.51181180.440.441414121248480.920.92363631311251250.40.41616141455550.87

13、0.87383833331321320.360.36181815.515.562620.810.81404034.534.51391390.320.322020171769690.750.75424236.536.51461460.290.292222191976760.70.7444438381531530.260.262424212183830.650.65464640401601600.230.23262622.522.590900.60.6484841.541.51671670.210.212828242497970.560.56505043431741740.190.19规范规范给出

14、的稳定系数与长细比的关系给出的稳定系数与长细比的关系 轴心受力构件轴心受力构件 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算2 普通箍筋柱受压承载力的计算普通箍筋柱受压承载力的计算 计算简图计算简图fcfyAsNfyAsAs 计算公式计算公式 轴心受力构件轴心受力构件n n 例题例题1 某无侧移多层现浇框架结构的第某无侧移多层现浇框架结构的第n n二层中柱，承受轴心压力设计值二层中柱，承受轴心压力设计值 ，n n柱的计算长度柱的计算长度 ，混凝土强度等级为，混凝土强度等级为n n（），用），用HRB400级钢筋配筋级钢筋配筋n n（），环境类别为一类。试），环境类别为一类。试n n设计该截面。

15、设计该截面。n n 解（解（1）假定）假定 则由公则由公n n式可求得式可求得n n 采用正方形截面，则采用正方形截面，则n n取取n n （2 2）计算）计算）计算）计算 及及及及n n 则则则则 由表查由表查由表查由表查n n得得得得 。n n （3 3）求）求）求）求n n选用选用选用选用4 4根直径是根直径是根直径是根直径是18mm18mm的三级钢筋，的三级钢筋，的三级钢筋，的三级钢筋，。n n 故计算中取故计算中取故计算中取故计算中取 n n是可行的是可行的是可行的是可行的(如果所得如果所得如果所得如果所得 则在计算则在计算则在计算则在计算 值时，值时，值时，值时，n n应扣除应扣除

16、应扣除应扣除 值，重新计算值，重新计算值，重新计算值，重新计算)。n n 符合最小配筋率的要求。符合最小配筋率的要求。符合最小配筋率的要求。符合最小配筋率的要求。轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 核心区混凝土三轴受压状态的产生核心区混凝土三轴受压状态的产生3 轴心受压螺旋式箍筋柱正截面承载力计算轴心受压螺旋式箍筋柱正截面承载力计算fyAss1 dcorfyAss1S 轴心受力构件轴心受力构件轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 f 为被约束后混凝土的轴心抗压强度为被约束后混凝土的轴心抗压强度;为系数。为系数。混凝土受到的径向压应力值混凝土受到的径向压应力值 的计算方法的计算方法 螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式轴心受力构件轴心受力构件轴心受拉构件承载力计算轴心受拉构件承载力计算混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范有关螺旋箍的规定：有关螺旋箍的规定：螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的 50%。对长细比对长细比l0/d大于大于12的柱不考虑螺旋箍筋的