1、结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算10.2.1 10.2.1 普通箍筋轴心受压构件的承载力计算普通箍筋轴心受压构件的承载力计算10.2.2 10.2.2 螺旋箍筋轴心受压构件的承载力计算螺旋箍筋轴心受压构件的承载力计算结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算l 定义作用在构件上的纵向拉力与构件截面形心线重合的构件作用在构件上的纵向拉力与构件截面形心线重合的构件 l 实例只有少数构件设计成钢筋混凝土轴心受拉构件。混凝土的抗拉只有少数构件设计成钢筋混凝土轴心受拉构件。混凝土的抗
2、拉强度很低（约为混凝土立方体抗压强度的强度很低（约为混凝土立方体抗压强度的1/121/121/201/20），在较），在较小的拉力作用下就会开裂，因此，采用钢筋混凝土轴心受拉构小的拉力作用下就会开裂，因此，采用钢筋混凝土轴心受拉构件是很不经济的件是很不经济的常见：拱和桁架中的拉杆、桁架的受拉腹杆、圆形水池壁常见：拱和桁架中的拉杆、桁架的受拉腹杆、圆形水池壁结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算10.1 10.1 轴心受拉构件正截面承载力计算轴心受拉构件正截面承载力计算 轴心受拉破坏时混凝土裂缝贯通，纵向受拉钢筋轴心受拉破坏时混凝土裂缝
3、贯通，纵向受拉钢筋达到其受拉屈服强度，正截面承载力公式如下：达到其受拉屈服强度，正截面承载力公式如下： syuAfNN 纵向钢筋抗拉强度设计值；纵向钢筋抗拉强度设计值；N 轴心受拉承载力设计值。轴心受拉承载力设计值。 yf 轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过程分为三轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过程分为三个阶段：从加载到个阶段：从加载到砼受拉开裂前砼受拉开裂前，砼开裂后到，砼开裂后到钢筋即钢筋即将屈服将屈服，受拉钢筋开始屈服到，受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服全部受拉钢筋达到屈服。结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算l 受力
4、过程10.2 钢筋混凝土轴心受拉构件钢筋混凝土轴心受拉构件结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算10.2 10.2 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算受压构件的三种形态受压构件的三种形态1）纵向钢筋与横向箍筋构件）纵向钢筋与横向箍筋构件2）纵向钢筋与连续螺旋箍筋构件）纵向钢筋与连续螺旋箍筋构件3）组合受压构件，纵向配置型钢、圆钢管，甚至附加纵筋）组合受压构件，纵向配置型钢、圆钢管，甚至附加纵筋钢管钢管结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算10.2.1 10.2.1
5、普通箍筋轴心受压构件的承载力计算普通箍筋轴心受压构件的承载力计算在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的不确定性通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的不确定性、混凝土混凝土质量的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。质量的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。但有些构件，如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的但有些构件，如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。普通钢箍柱普通钢箍
6、柱普通钢箍柱： 纵筋纵筋的作用的作用？ 箍筋箍筋的作用的作用？结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算一、轴心受压短柱的受力分析及破坏一、轴心受压短柱的受力分析及破坏轴心受压轴心受压短柱短柱08lbsycsuAfAfN轴心受压短柱的正截面承载力：轴心受压短柱的正截面承载力：0.0024003%ysfAAA 注：1.考虑到混凝土极限压应变为，应使； 2.当纵向钢筋配筋率时，应将上式中 改为。轴心受压短柱的破坏为轴心受压短柱的破坏为材料破坏材料破坏。结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载
7、力计算结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算二、轴心受压长柱的受力及破坏二、轴心受压长柱的受力及破坏轴心受压轴心受压长柱长柱suluNNsuluNN稳定系数稳定系数稳定系数稳定系数 主要与柱的主要与柱的长细比长细比l0/b有关有关注意：注意：如果柱在两个方向支承条件不同，应取两个如果柱在两个方向支承条件不同，应取两个方向方向l0和和l0分别计算长细比，取较大值查表确定稳定分别计算长细比，取较大值查表确定稳定系数系数 。结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算)(9 . 0syc
8、uAfAfNN可靠度调整系数可靠度调整系数 0.9是考虑初始偏心的影响，以及主要承是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性。受恒载作用的轴心受压柱的可靠性。轴心受压轴心受压长长柱的正截面承载力：柱的正截面承载力： 用于用于截面设计截面设计与与截面校核截面校核时，只需计算出长细比，时，只需计算出长细比，查表确定查表确定 ，然后代入基本数据计算即可。，然后代入基本数据计算即可。0.0024003%ysfAAA 注：1.考虑到混凝土极限压应变为，应使； 2.当纵向钢筋配筋率时，应将上式中 改为。二、轴心受压长柱的受力及破坏二、轴心受压长柱的受力及破坏结结构构设设计计原原理理中国
9、矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算三、受压构件一般构造要求三、受压构件一般构造要求1.材料强度材料强度：混凝土混凝土：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，一般应采用强：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用用C25C40，在高层建筑中，在高层建筑中，C50C60级混凝土也经常使用。级混凝土也经常使用。钢筋钢筋：通常采用通常采用HRB335级和级和HRB400级钢筋，不宜过高。级钢筋，不宜过高。2.截面形状和尺寸截面形状和尺寸：采
10、用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。采用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。柱的截面尺寸不宜小于柱的截面尺寸不宜小于250mm250mm，且一般应控制在，且一般应控制在l0/b30及及l0/h25范围内。范围内。当柱截面的边长在当柱截面的边长在800mm以下时，一般以以下时，一般以50mm为模数，边长在为模数，边长在800mm以上时，以以上时，以100mm为模数。为模数。结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算3.纵向钢筋纵向钢
11、筋： 1)直径及根数直径及根数 柱中纵向受力钢筋的的直径柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于不宜小于12mm，且选配钢筋时宜根，且选配钢筋时宜根数少而粗，对矩形截面根数不得少于数少而粗，对矩形截面根数不得少于4根，圆形截面根数根，圆形截面根数不宜不宜少于少于8根，根，不应不应少于少于6根，且应沿周边均匀布置。根，且应沿周边均匀布置。配筋率配筋率 规范规范规定，轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配规定，轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率筋率不应不应小于小于0.6%；当混凝土强度等级大于当混凝土强度等级大于C60时不应小于时不应小于0.7%；当纵向钢筋等级为当纵向钢筋等级为HRB4
12、00或或RRB400时，不应小于时，不应小于0.5。一侧受一侧受压钢筋的配筋率不应小于压钢筋的配筋率不应小于0.2%。另一方面，考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量，全另一方面，考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量，全部纵筋配筋率部纵筋配筋率不宜不宜超过超过5%。全部纵向钢筋的配筋率按全部纵向钢筋的配筋率按r r =(As+As)/A计算，一侧受压钢筋的配计算，一侧受压钢筋的配筋率按筋率按r r =As/A计算，其中计算，其中A为构件全截面面积。为构件全截面面积。结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算3)纵筋间距纵筋间距当
13、柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净距净距不小于不小于50mm 。对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小间距应按梁的规定取值对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小间距应按梁的规定取值(上层上层30mm&1.5d) 。截面各边纵筋的中距不宜大于。截面各边纵筋的中距不宜大于300mm。4.4.箍箍 筋：筋：受压构件中箍筋应采用受压构件中箍筋应采用封闭式封闭式，其直径不应小于，其直径不应小于d d/4/4，且不小于，且不小于6mm6mm，此处，此处d d为纵筋的最大直径。为纵筋的最大直径。箍筋间距不应大于箍筋间距不应大于400mm400mm及构件截面短边尺寸，且不应大于及构件截面
14、短边尺寸，且不应大于1515d d，此处此处d d为纵筋的最小直径。为纵筋的最小直径。当柱中全部纵筋的配筋率超过当柱中全部纵筋的配筋率超过3%3%，箍筋直径不应小于，箍筋直径不应小于8mm8mm，箍筋，箍筋间距不应大于间距不应大于1010倍纵筋最小直径，也不应大于倍纵筋最小直径，也不应大于200mm200mm；箍筋末端应做；箍筋末端应做成成135135的弯钩，且弯钩末端平直段长度不应小于的弯钩，且弯钩末端平直段长度不应小于1010倍箍筋直径，或倍箍筋直径，或焊成封闭式。焊成封闭式。结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算当柱截面短边大于
15、当柱截面短边大于400mm，且各边纵筋配置根数超过且各边纵筋配置根数超过3根时，或根时，或当柱截面短边不大于当柱截面短边不大于400mm，但各边纵筋配置根数超过但各边纵筋配置根数超过4根时，根时，应设置复合箍筋。应设置复合箍筋。对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以避免箍筋对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以避免箍筋受拉时产生向外的拉力，使折角处混凝土破损。受拉时产生向外的拉力，使折角处混凝土破损。复杂截面的箍筋形式结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算例题讲解例题讲解:例例10-1：某多层现浇框架结构房屋，底层
16、中间柱按轴心：某多层现浇框架结构房屋，底层中间柱按轴心受压构件计算。该柱以承受恒荷载为主，安全等级二受压构件计算。该柱以承受恒荷载为主，安全等级二级。轴力设计值级。轴力设计值N2160kN，从基础顶面到一层楼盖，从基础顶面到一层楼盖顶面的高度顶面的高度H5.6m，混凝土强度等级，混凝土强度等级C25，钢筋采，钢筋采用用HRB400。 求：该柱截面尺寸及纵筋面积求：该柱截面尺寸及纵筋面积5600N=2160kN结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算【解解】基本设计参数：基本设计参数：fc=11.9N/mm2，fy=360N/mm21）初
17、定截面尺寸）初定截面尺寸 轴心受压构件，采用正方形截面。轴力值较大，取轴心受压构件，采用正方形截面。轴力值较大，取bh400mm。2）确定稳定系数）确定稳定系数取计算长度取计算长度l0=1.0H=5600mm则则3）计算纵筋面积）计算纵筋面积05600144000.92lb查表得 320.92160 100.90.9211.94004003601957.5()csyNf AAfmm 4 255600N=2160kN结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算10.2.2 10.2.2 螺旋箍筋轴心受压构件的承载力计算螺旋箍筋轴心受压构件的承
18、载力计算普通钢箍柱螺旋钢箍柱结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度124cf结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)212corysssdf A122ysscorf As dcorss
19、ycdsAff118达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）sycoruAfAN1corcorssysycorcAdsAfAfAf18124cf结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)01sssscorAsAdsAdAsscorss1002ssysycorcuAfAfAfNsycoruAfAN1corcorssysycorcAdsAfAfAf18达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）124cf结结构构设
20、设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)01sssscorAsAdsAdAsscorss1002ssysycorcuAfAfAfN00.9(2)uccoryssysNNf Af Af A 螺旋箍筋对承载力的影响系数螺旋箍筋对承载力的影响系数 ，当，当fcu,k50N/mm2时，取时，取 = 1.0；当当fcu,k=80N/mm2时，取时，取 =0.85，其间直线插值。其间直线插值。规范规范公式公式结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承
21、载力计算采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。如螺旋箍筋配置过多，极限承载力提高过大，则会在远未达到极如螺旋箍筋配置过多，极限承载力提高过大，则会在远未达到极限承载力之前保护层产生剥落，从而影响正常使用。限承载力之前保护层产生剥落，从而影响正常使用。 规范规范规定：规定：按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按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%。对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不是全部受压，对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不是全部受压，螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。螺旋箍筋的约束作用得
22、不到有效发挥。规范规范规定：规定：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约束作用。的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。螺旋箍筋的约束效果与其截面面积螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距和间距s有关，为保证有一有关，为保证有一定约束效果，定约束效果，规范规范规定：规定：螺旋箍筋的换算面积螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋不得小于全部纵筋As 面积的面积的25%螺旋箍筋的间距螺旋箍筋的间距s不应大于不应大于dcor/5，且不大于且不大于80mm，同时为方便同时为方便施工，施工，s也不宜小于也不宜小于40mm。结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课
23、程 第10章 轴心受力构件承载力计算【例例10-2】某现浇框架结构体系宾馆，其门厅现浇的圆形某现浇框架结构体系宾馆，其门厅现浇的圆形钢筋混凝土柱直径钢筋混凝土柱直径450mm，承受轴向压力设计值，承受轴向压力设计值N4680kN，从基础顶面到一层楼盖顶面的距离，从基础顶面到一层楼盖顶面的距离H4.5m，混凝土强度等级混凝土强度等级C30，柱中纵向钢筋，柱中纵向钢筋HRB400，箍筋，箍筋HPB235。试进行该柱的配筋计算。试进行该柱的配筋计算。【解解】基本参数：基本参数：fc14.3N/mm2；HRB400级钢筋，级钢筋，fyfy360N/mm2；HPB235级钢筋，级钢筋，fyv210N/m
24、m2。1）按普通箍筋柱计算）按普通箍筋柱计算取计算长度取计算长度l0=1.0H=4500mm，则，则04500104500.9575ld查表得 结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算dcor450230390mm221194594corcordAmm2）按螺旋式箍筋柱计算）按螺旋式箍筋柱计算32214680 100.90.957514.34500.943608768()csyNf AAfmm 87685.51%5%,159043sAAr纵筋过多。223%,0.03 1590434771.310254909ssAmmAmmr 设纵筋实配
25、，00.9(2)uccoryssysNNf Af Af A 结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算3220.94680 100.914.3 119459360490922 1 2104106()0.251227.3,ccorysssoyvsNf Af AAfmmAmm 满足要求。21114mm153.94645,sscorssssoAmmdAsmmsmmA初选螺旋箍筋直径，单根面积。实取符合构造规定。10 25S45mm1445结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算21419
26、0corssssodAAmms3）承载力复核）承载力复核00.9(2)47124680uccoryssysNf Af Af AkNNkN 10.9 ()3482.8ucysNf Af AkN 按普通箍筋柱计算的承载力：147121.51.53482.85224.2uuNkNNkN结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算一、轴心受压短柱的受力及破坏一、轴心受压短柱的受力及破坏轴心受压轴心受压短柱短柱08lbsycsuAfAfN轴心受压短柱的正截面承载力：轴心受压短柱的正截面承载力：0.0024003%ysfAAA 注：1.考虑到混凝土极限
27、压应变为，应使； 2.当纵向钢筋配筋率时，应将上式中 改为。轴心受压短柱的破坏为材料破坏。轴心受压短柱的破坏为材料破坏。本节内容本节内容结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算二、轴心受压长柱的受力及破坏二、轴心受压长柱的受力及破坏轴心受压轴心受压长柱长柱suluNNsuluNN稳定系数稳定系数稳定系数稳定系数 主要与柱的长细比主要与柱的长细比l0/b有关有关)(9 . 0sycuAfAfNN可靠度调整系数可靠度调整系数 0.9是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性。用的轴
28、心受压柱的可靠性。结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)sAdAsscorss1000.9(2)uccoryssysNNf Af Af A 螺旋箍筋对承载力的影响系数螺旋箍筋对承载力的影响系数 ，当，当fcu,k50N/mm2时，取时，取 = 1.0；当当fcu,k=80N/mm2时，取时，取 =0.85，其间直线插值。其间直线插值。三、轴心受压螺旋箍筋柱的承载力三、轴心受压螺旋箍筋柱的承载力结结构构设设计计原原理理中国矿业大学精品课程中国矿业大学精品课程 第10章 轴心受力构件承载力计算本节结束本节结束 谢谢谢谢
