第八章钢筋混凝土轴心受压构件

（6）截面形式：矩形（常用）；圆形；多边形 （7）配筋形式：纵筋；箍筋（普通、螺旋)
轴心受压构件内配有纵向钢筋和箍筋。 轴心受压构件内配有纵向钢筋和箍筋。根据箍 筋的配置方式不同， 筋的配置方式不同，轴心受压构件可分为配置 普通箍筋和配置螺旋箍筋(或环式焊接钢筋 或环式焊接钢筋)两 普通箍筋和配置螺旋箍筋 或环式焊接钢筋 两 大类。 大类。
四、配有螺旋箍筋的轴心受压构件承载能力计算 配有螺旋箍筋的轴心受压构件承载能力计算 螺旋
1. 配筋形式
螺旋钢箍柱 和 焊接环筋柱
s
s
dcor
dcor
2. 试验研究
螺旋箍筋的 约束使柱的 承载力提高
Nc
Nc
保护层剥落 使柱的承载 力降低
标距 荷载不大 时螺旋箍 柱和普通 箍柱的性 能几乎相 同
（三）. 长柱轴心受压试验研究
长柱的承载力<短柱 的承载力（相同材料、 截面和配筋）
原因：长柱受轴力和 弯矩（二次弯矩）的 共同作用
‘规范”采用稳定系数来反映这种柱的承载能力随长细比增大而 降低的现象.
稳定系数
N ϕ= N
l u s u
稳定系数ϕ 主要与柱的长细 比l0/b有关 有关
i= I/A
（8）根据构件的长细比 构件的计算长度 与构 根据构件的长细比(构件的计算长度 根据构件的长细比 构件的计算长度lo与构 件的截面回转半径i之比 的不同， 之比)的不同 件的截面回转半径 之比 的不同，轴心受压构 件可分为长柱和短柱。 件可分为长柱和短柱。 短柱是指，对矩形截面l/b≤8 l/b≤8、 短柱是指，对矩形截面l/b≤8、对圆形截面 l/d≤7、对一般截面l/i≤28 l/i≤28的柱子 l/d≤7、对一般截面l/i≤28的柱子 。反之为 长柱。 长柱。
二、构造要求 (1)材料 材料 混凝土强度对受压构件的承载力影响较大， 混凝土强度对受压构件的承载力影响较大，故 宜采用强度等级较高的混凝土 强度等级较高的混凝土， 宜采用强度等级较高的混凝土，如C25，C30， ， ， C40等。在高层建筑和重要结构中，尚应选择 等 在高层建筑和重要结构中， 强度等级更高的混凝土。 强度等级更高的混凝土。 钢筋与混凝土共同受压时， 钢筋与混凝土共同受压时，若钢筋强度过高 (如高于 如高于0.002Es)，则不能充分发挥其作用， 如高于 ，则不能充分发挥其作用， 不宜用高强度钢筋作为受压钢筋。同时， 故不宜用高强度钢筋作为受压钢筋。同时，也 不得用冷拉钢筋作为受压钢筋。 不得用冷拉钢筋作为受压钢筋。
第七章 轴心受压构件的 截面承载力计算
一、概述
（1）轴心受力构件的含义: 工程上轴力作用线与构件截面形心轴线相重合时 称为轴心受力构件。 （2） 轴心受力构件分： 轴心受拉构件、轴心受压构件； （3）轴心受拉构件特点： 轴心受拉构件承载能力低，但设计简单，因此， 拱和桁架结构中的拉杆，以及池的池壁等结构构 件，可近似的按轴心受拉构件设计计算。圆形 圆
长 N cu ϕ= 短 N cu
λ = l0 / i
和长细比l0/b（矩形截面）直接相关
试验研究表明： l0 / b < 8时，ϕ = 1 l0 / b = 4 ~ 34时，ϕ = 1.177 − 0.021l0 / b l0 / b = 35 ~ 50时，ϕ = 0.87 − 0.012l0 / b
yk
（5）对于高强度钢筋在构件破坏时可能达 不到屈服：短柱破坏时，钢筋应力为 σ′s=0.002Es=0.002×2×10N/㎜ 2=400N/㎜2，钢材的强度不能被充分利 用。此时计算中钢筋的强度（屈服强度 或条件屈服强度）只能取400N/mm^2 （6）总之，在轴心受压短柱中，不 总之，在轴心受压短柱中，
②配筋率：最小配筋率：规范规定，对轴心受压、偏心受压构件， 配筋率：最小配筋率：规范规定，对轴心受压、偏心受压构件， 全部纵向配筋率（ 不应小于0.6%（原因：纵筋配置过小对 原因： 全部纵向配筋率（As/bh）*100%不应小于 ） 不应小于 提高柱的抗载承载能力作用不大），同一侧配筋率（ 提高柱的抗载承载能力作用不大），同一侧配筋率（As’/bh）*100%不宜小 ） 不宜小 对偏心受压柱情况) 于0.2%(对偏心受压柱情况 对偏心受压柱情况 最大配筋率：全部纵向钢筋的最大配筋率 最大配筋率：全部纵向钢筋的最大配筋率ρ不宜大于5.0%，常 用范围为0.5%～2.0%,
1. 短柱试验研究
Nc
As
钢筋屈服
混凝土压碎
Nc
h
b
A
Nc
o
∆l
混凝土压碎
钢筋凸出
第一阶段：加载至钢筋屈服 第二阶段：钢筋屈服至混凝 土压碎
2 基本结论
（1）对短柱，在整个加载过程中可能的初始偏心对构 件承载力无明显影响； （2）由于钢筋和混凝土之间存在着粘结力、两者的压 应变相等。 （3）当达到极限荷载时，钢筋混凝上短柱的极限压应 变大致与混凝土棱柱体受压破坏时的压应变相同，即 ε0=0.002。此时混凝土的应力达到棱柱体抗压强度fck。 （4）若钢筋的屈服压应变小于混凝土破坏时的压应变 则钢筋首先达到抗压屈服强度 f '，钢筋承担的压力维 持不变，而继续增加的荷载全部由混凝土承担，直至 混凝土被压碎，在这类构件中钢筋和混凝土的抗压强 度都得到充分利用。
(2)截面形式 截面形式 轴心受压构件以方形为主 根据需要也可采用矩形截面、 方形为主， 轴心受压构件以方形为主，根据需要也可采用矩形截面、圆形截面或 正多边形截面；截面最小边长不宜小于250mm。 。 正多边形截面；截面最小边长不宜小于 截面尺寸：构件长细比一般l0/b ≤ 30，通常为 左右。圆形截面一般 通常为15左右 左右。 截面尺寸：构件长细比一般 l0/b≤25。对矩形截面（偏心构件：b/h=1/1.2~1/2.0). 对矩形截面（偏心构件： 截面模数：为施工支模方便，截面尺寸要采用整数， 截面模数：为施工支模方便，截面尺寸要采用整数，800mm及一下 及一下 的倍数， 以上的100mm的倍数。 的倍数。 的，取50mm的倍数，800以上的 的倍数 以上的 的倍数 (3)纵向钢筋 纵向钢筋 纵向受力钢筋直径d不宜小于 不宜小于12mm，一般为 ①纵向受力钢筋直径 不宜小于 ，一般为12~32mm为便于 为便于 施工宜选用较大直径钢筋，以减少纵向弯曲， 施工宜选用较大直径钢筋，以减少纵向弯曲，并防止在临近破坏时钢 筋过早压曲。圆柱中纵向钢筋的根数不宜少于8根 且不应小于6根 筋过早压曲。圆柱中纵向钢筋的根数不宜少于 根，且不应小于 根。 矩形柱中不宜少于4根 矩形柱中不宜少于 根。
平衡方程 变形协调方程 物理方程
σ
c 2 ε c fc = f c 1 − 1 − ε0 = 1000 ε c (1 − 250 ε c ) f c
As’ σs’
N u = σ c A + σ s ' As '
σc
ε = εc = εs
σc
《混凝土结构设计规范》中，为安全计，取值小于上述结果，详见教材表6-1 混凝土结构设计规范》 为安全计，取值小于上述结果，
4 设计计算表达式
轴心受压短 轴心受压短柱 轴心受压长 轴心受压长柱 稳定系数
′ N = f c A + f y′ As
s u
N <N
l u
s u
N ϕ= N
l u s u
稳定系数ϕ 主要与柱的长细 比l0/b有关 有关
论受压钢筋在构件破坏时是否屈 服，构件的最终承载力都是由混 凝土压碎来控制。在临近破坏时， 凝土压碎来控制。在临近破坏时， 短柱四周出现明显的纵向裂缝， 短柱四周出现明显的纵向裂缝， 箍筋间的纵向钢筋发生压曲外鼓， 箍筋间的纵向钢筋发生压曲外鼓， 呈灯笼状， 呈灯笼状，以混凝土压碎而程
三、配有普通箍筋的轴心受压构件承载能力计算
（一）普通箍筋柱试验分析及破坏特征 普通箍筋柱试验分析及破坏特征
根据构件的长细比(构件的计算长度 与构件的截面回转半 根据构件的长细比 构件的计算长度lo与构件的截面回转半 构件的计算长度 之比)的不同 径i之比 的不同，轴心受压构件可分为 之比 的不同，轴心受压构件可分为: 短柱(对矩形截面lo/b≤8；对圆形截面lo/d≤7；对一般截面 短柱( ≤8； ≤7； ≤28， 为截面宽度)和长柱。 lo/i≤28， b为截面宽度)和长柱。
⑤当柱中全部纵向受力钢筋配筋率超过3％时，箍筋直径 且应焊成封闭环式， 不宜小于8mm，且应焊成封闭环式，或箍筋末端应做成 度的弯钩， 不小于135度的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于10倍 箍筋直径。 箍筋直径。其间距不应大于10d(为纵向钢筋的最小直径)。 且不应大于200mm。 ⑥在受压纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋直径不应小于 搭接钢筋较大直径的0.25倍，间距不应小于10d，且不应 大于200mm(d为受力钢筋最小直径)。
fy
σs
Nu
σs=Esεs εc ε0=0.002 εs
o
εy
εs,h
当ε0=0.002时，混凝土压碎，柱达到最大承载力
若ε s=ε0=0.002，则 轴心受压短柱中， 轴心受压短柱中， 当钢筋的强度超过 400N/mm2时，其 强度得不到充分发 挥
σ s ' = 0 .002 E s = 0 .002 × 200000 = 400 N / mm 2
′ N ≤ N u = 0.9ϕ ( f c A + f y′ As )
是考虑初始偏心的影响， 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 是考虑初始偏心的影响 载作用的轴心受压柱的可靠性。 载作用的轴心受压柱的可靠性。
轴心受压构件的承载力计算
5设计计算方法 (1)截面选择计算;
(2)承载能力校核.
(4)箍筋(直径、间距、复合箍筋 一般、高配筋率、搭接情况） 箍筋 直径 间距、 直径、 一般、高配筋率、搭接情况） 应当采用封闭式箍筋 采用封闭式箍筋， ①应当采用封闭式箍筋，以保证钢筋骨架的整体刚度并 保证构在破坏阶段箍筋对混凝土和纵向钢筋的侧向约 束作用。 束作用。 箍筋的间距s不应大于横截面短边尺寸， 不应大于横截面短边尺寸 ②箍筋的间距 不应大于横截面短边尺寸，且不大于 400mm。同时不应大于 。同时不应大于15d(d为纵向钢筋的最小直 为纵向钢筋的最小直 径)。 。 箍筋采用热轧钢筋时，其直径不应小于6mm，且不 ③箍筋采用热轧钢筋时，其直径不应小于 ， 应小于d/4；采用冷拔低碳钢筋时不应小于5mm和 应小于 ；采用冷拔低碳钢筋时不应小于 和 d/5(为纵向钢筋的最大直径 。 为纵向钢筋的最大直径)。 为纵向钢筋的最大直径 当柱每边的纵向受力钢筋不多于3根 或当柱短边尺寸 ④当柱每边的纵向受力钢筋不多于 根(或当柱短边尺寸 b≤400mm而纵筋不多于 根)时。可采用单个箍筋 否 而纵筋不多于4根 时 可采用单个箍筋,否 而纵筋不多于 则应设置复合箍筋(图2-9)。 则应设置复合箍筋 图 。