偏心受压构件承载力计算例题

第7章偏心受压构件的正截面承载力计算当轴向压力N的作用线偏离受压构件的轴线时［图7-1a）］，称为偏心受压构件。

压力N的作用点离构件截面形心的距离e称为偏心距。

截面上同时承受轴心压力和弯矩的构件［图7-1b）］，称为压弯构件。

根据力的平移法则，截面承受偏心距为e的偏心压力N相当于承受轴心压力N和弯矩M（=Ne）的共同作用，故压弯构件与偏心受压构件的基本受力特性是一致的。

β)图7-1 偏心受压构件与压弯构件a)偏心受压构件b)压弯构件钢筋混凝土偏心受压（或压弯）构件是实际工程中应用较广泛的受力构件之一，例如，拱桥的钢筋混凝土拱肋，桁架的上弦杆、刚架的立柱、柱式墩（台）的墩（台）柱等均属偏心受压构件，在荷载作用下，构件截面上同时存在轴心压力和弯矩。

钢筋混凝土偏心受压构件的截面型式如图7-2所示。

矩形截面为最常用的截面型式，截面高度h大于600mm的偏心受压构件多采用工字形或箱形截面。

圆形截面主要用于柱式墩台、桩基础中。

图7-2 偏心受压构件截面型式a)矩形截面b)工字形截面c)箱形截面d)圆形截面在钢筋混凝土偏心受压构件的截面上，布置有纵向受力钢筋和箍筋。

纵向受力钢筋在截面中最常见的配置方式是将纵向钢筋集中放置在偏心方向的两对面［图7-3a）］，其数量通过正截面承载力计算确定。

对于圆形截面，则采用沿截面周边均匀配筋的方式［图7-3b）］。

箍筋的作用与轴心受压构件中普通箍筋的作用基本相同。

此外，偏心受压构件中还存在着一定的剪力，可由箍筋负担。

但因剪力的数值一般较小，故一般不予计算。

箍筋数量及间距按普通箍筋柱的构造要求确定。

图7-3 偏心受压构件截面钢筋布置形式a)纵筋集中配筋布置b)纵筋沿截面周边均匀布置7.1 偏心受压构件正截面受力特点和破坏形态钢筋混凝土偏心受压构件也有短柱和长柱之分。

本节以矩形截面的偏心受压短柱的试验结果，介绍截面集中配筋情况下偏心受压构件的受力特点和破坏形态。

7.1.1 偏心受压构件的破坏形态钢筋混凝土偏心受压构件随着偏心距的大小及纵向钢筋配筋情况不同，有以下两种主要破坏形态。

第5章偏心受压构件承载力一、选择题1.配有普通箍筋的轴心受压构件的压屈系数φ的含义是（）的比值。

A.细长构件的长度与同截面的短粗构件的长度B.细长构件的截面面积同短粗构件的截面面积C.细长构件的重量同短粗构件的重量D.细长构件的承载力与同截面短粗构件的承载力2.钢筋混凝土轴心受压构件随着构件长细比的增大，构件的承载力将（）。

A.逐步增大B.逐步降低C.不变D.与长细比无关3.钢筋混凝土轴心受压构件的应力重分布，就是随着轴力的增大截面中（）。

A.混凝土承担荷载的百分比降低，钢筋承担荷载的百分比提高。

B.混凝土承担荷载的百分比提高，钢筋承担荷载的百分比降低。

C.混凝土承担荷载的百分比和钢筋承担荷载的百分比都提高。

D.混凝土承担荷载的百分比和钢筋承担荷载的百分比都降低。

4.配置螺旋箍筋的轴心受压构件其核芯混凝土的受力状态是（）。

A.双向受压B.双向受拉C.三向受压D.三向受拉5.大、小偏心受压破坏的根本区别在于：截面破坏时，（）。

A.受压钢筋是否能达到钢筋抗压屈服强度B.受拉钢筋是否能达到钢筋抗拉屈服强度C.受压混凝土是否被压碎D.受拉混凝土是否破坏6.截面上同时作用有轴心压力N、弯矩M和剪力V的构件称为（）。

A.偏心受压构件B.受弯构件C.轴心受拉构件D.轴心受压构件7.大偏心受压构件在偏心压力的作用下，截面上的应力分布情况是（）。

A.截面在离偏心力较近一侧受拉，而离偏心力较远一侧受压B.截面在离偏心力较近一侧受压，而离偏心力较远一侧受拉C.全截面受压D.全截面受拉8.小偏心受压构件在偏心压力的作用下，当偏心距较大时，截面上的应力分布情况是（ a ）。

A.截面在离偏心力较近一侧受压，而离偏心力较远一侧受拉B.截面在离偏心力较近一侧受拉，而离偏心力较远一侧受压C.全截面受压D.全截面受拉9.小偏心受压构件在偏心压力的作用下，当偏心距很小时，截面上的应力分布情况是（ c ）。

A.截面在离偏心力较近一侧受压，而离偏心力较远一侧受拉B.截面在离偏心力较近一侧受拉，而离偏心力较远一侧受压C.全截面受压D.全截面受拉10.由偏心受压构件的M与N相关曲线可知：在大偏心受压范围内（）。

第8章 偏心受压构件正截面承载力知 识 点 回 顾•破坏形式及特点 •大小偏心划分 •大偏心算法第8章 偏心受压构件正截面承载力8.1.4 矩形截面偏心受压构件正截面承载力 1. 大偏心受压x £ xb 正截面破坏åN =0g 0 N £ N u = a1 f c bx + f y¢ As¢ - f y Asxö æ ¢ g 0 Ne £ N u e = a1 f c bx ç h0 - ÷ + f y¢ As¢ ( h0 - as ) 2ø èå M As = 0适用条件： x £ xb ¢ x ³ 2 as As 配筋率： r= ³ r min = max ( 0.45 ft fy, 0.2% ) bh第8章 偏心受压构件正截面承载力¢ 当 x < 2as 时，受压钢筋（此时不屈服）计算， 有两种处理方式： （1）规范算法设混凝土合力中心与 As¢ 形心重合。

åM¢ As=0¢ Ne¢ £ N u e¢ = f y As ( h0 - as )（2）平截面假定算法¢ s s¢ = Ese cu (1 - b1 as x )第8章 偏心受压构件正截面承载力2. 小偏心受压构件 （1）基本计算公式 x > xb矩形截面小偏心受压构件承载力计算简图第8章 偏心受压构件正截面承载力小偏心受压构件计算公式：åN =0åMAsg 0 N £ N u = a1 f c bx + f y¢ As¢ - s s Asxö æ ¢ g 0 Ne £ N u e = a1 f c bx ç h0 - ÷ + f y¢ As¢ ( h0 - as ) 2ø è=0依据平截面假定（ b1 = 0.8 ）：æ b1hoi ö s si = Ese cu ç - 1÷ è x ø公路桥规：æ b1 - x ö s si = ç ÷ fy è b1 - xb øxb < x £ 2 b1 - xb第8章 偏心受压构件正截面承载力依据平截面假定:公路桥规：第8章 偏心受压构件正截面承载力（2） “反向破坏”的计算公式 偏心距很小，且远离轴向压力一侧的钢筋配置得 不够多，偏心压力有可能位于换算截面形心轴和 截面几何中心之间。

四、计算题（要求写出主要解题过程及相关公式，必要时应作图加以说明。

每题15分。

）第3章 轴心受力构件承载力1．某多层现浇框架结构的底层内柱，轴向力设计值N=2650kN ，计算长度m H l 6.30==，混凝土强度等级为C30（f c =14.3N/mm 2），钢筋用HRB400级（2'/360mm N f y =），环境类别为一类。

确定柱截面积尺寸及纵筋面积。

（附稳定系数表）2．某多层现浇框架厂房结构标准层中柱,轴向压力设计值N=2100kN,楼层高l 0=H =5.60m ，混凝土用C30（f c =14.3N/mm 2），钢筋用HRB335级（2'/300mm N f y =），环境类别为一类。

确定该柱截面尺寸及纵筋面积。

（附稳定系数表）3．某无侧移现浇框架结构底层中柱，计算长度m l 2.40=，截面尺寸为300mm ×300mm ，2'/300mm N fy =），混凝土强度等级为C30（f c =14.3N/mm 2），环境类别为一类。

柱承载轴心压力设计值N=900kN ，试核算该柱是否安全。

（附稳定系数表）第4章 受弯构件正截面承载力1．已知梁的截面尺寸为b ×h=200mm ×500mm ，混凝土强度等级为C25,f c =11.9N/mm 2，2/27.1mm N f t =, 钢筋采用HRB335，2/300mm N f y =截面弯矩设计值M=165KN.m 。

环境类别为一类。

求：受拉钢筋截面面积。

2．已知梁的截面尺寸为b ×h=200mm ×500mm ，混凝土强度等级为C25，22/9.11,/27.1mm N f mm N f c t ==，截面弯矩设计值M=125KN.m 。

环境类别为一类。

3．已知梁的截面尺寸为b ×h=250mm ×450mm;受拉钢筋为4根直径为16mm 的HRB335钢筋，即Ⅱ级钢筋，2/300mm N f y =，A s =804mm 2；混凝土强度等级为C40，22/1.19,/71.1mm N f mm N f c t ==；承受的弯矩M=89KN.m 。

第六章 偏心受压构件承载力计 算 题1．（矩形截面大偏压）已知荷载设计值作用下的纵向压力KN N 600=,弯矩KN M 180=·m,柱截面尺寸mm mm h b 600300⨯=⨯，mm a a s s 40'==，混凝土强度等级为C30，f c =14.3N/mm 2,钢筋用HRB335级，f y =f ’y =300N/mm 2，550.0=b ξ，柱的计算长度m l 0.30=，已知受压钢筋2'402mm A s =（），求：受拉钢筋截面面积A s 。

2．（矩形不对称配筋大偏压）已知一偏心受压柱的轴向力设计值N = 400KN,弯矩M = 180KN·m,截面尺寸m mm h b 500300⨯=⨯,mm a a s s 40'==,计算长度l 0 = 6.5m, 混凝土等级为C30，f c =14.3N/mm 2，钢筋为HRB335，, 2'/300mm N f f y y ==，采用不对称配筋，求钢筋截面面积。

3． （矩形不对称配筋大偏压）已知偏心受压柱的截面尺寸为mm mm h b 400300⨯=⨯，混凝土为C25级，f c =11.9N/mm 2 , 纵筋为HRB335级钢，2'/300mm N f f y y ==,轴向力N ，在截面长边方向的偏心距mm e o 200=。

距轴向力较近的一侧配置416纵向钢筋2804'mm A S =，另一侧配置220纵向钢筋2628mm A S =，,35'mm a a s s ==柱的计算长度l 0 = 5m 。

求柱的承载力N 。

4．（矩形不对称小偏心受压的情况）某一矩形截面偏心受压柱的截面尺寸,500300mm mm h b ⨯=⨯计算长度,40,6'0mm a a m l s s ===混凝土强度等级为C30，f c =14.3N/mm 2,0.11=α,用HRB335级钢筋，f y =f y ’=300N/mm 2,轴心压力设计值N = 1512KN,弯矩设计值M = 121.4KN ·m,试求所需钢筋截面面积。

受压构件承载力计算1、某现浇框架柱，截面尺寸为 300X 300,轴向压力设计值 N = 1400 kN ，计算 长度3.57 m ,采用C30混凝土、U 级(HRB335)钢筋。

求所需纵筋面积。

解：I 。

., b =3570 300 二“.9，查得书=0.9515, A' 1159 3：'亠= =0.01288 > fin =0.006A 300 汇3002、已知某正方形截面轴心受压柱，计算长度 7.5 m ,承受轴向压力设计值 N = 1800 kN ，混凝土强度等级为 C20，采用U (HRB335)级钢筋。

试确定构件截面 尺寸及纵向钢筋截面面积。

3、 已知一偏心受压柱，b X h = 450 X 450，a = a' = 4,0C30, HRB335 钢筋， E b = 0.55，承受纵向力 N = 350 kN ，计算弯距 M = 220 kN • m 。

柱计算长度 为10= 3.0m ,受压区钢筋 A's = 402 (2#16),求受拉区钢筋面积。

解：(1) 设计参数:1=1.0, a =a ' = 40 h 0=410 ,f c =14.3 N/mm 2 , f y =300N/mm 2e 0= 630,取 c a =20,e i = e 0 + e a = e 0+20=648&.5fcA _0.514.3江450 汉450 _4.［取匸 1=11N3500002 =1.15-0.01b=1.15-0.01 3000=1.08，取 Z 2=1 h 450=1 -- 1(_3000)2 1 1=1.026484501400 - 450 (2) 受压区高度 n e i = 661> 0.3 h 0 按大偏压计算e =661+(450/2- 40)= 846,X ' ' 'Ne 二：1 f c bx(h °) f y A s (h ° -a ) 2*1400咒103l0.9 汉 0.962 -14.3 300 3002=1159.5m解:A'sdb = 7500 400 =18.75，查得书=0.7875 2— 9.6 汇 400 汉 400 = 3345.6mm ,=0.021>；-min-0.006匚=1 --1400eh °1300 1800X03^0.^ 0.7875A'sA 3345.6 400 400350000 846 =1 14.3 450x(410 -x2)300 402(410 -40)x 二110mm：：： X b 二b h0二0.55 410 二225.5mm2a = 80mm(3) 求钢筋面积N = :r f c bx f y A s - f y A sA s =1594mm2，取 4 # 22, A s = 1520mm2(4) 验算配筋率A s _ bh1520450 450= 0.75%」min0.2%垂直于弯矩作用方向的承载力验算l0/b=6.6 , 可得，=1.0N =°.9 [f c bh f y(A s A s)] =3125kN>350kN 满足要求。

[ 例6-1 ] 某矩形截面钢筋混凝土柱，构件环境类别为一类。

600m 600mm m m m 400==h b ，，柱的计算长度.m 2.70=l 。

承受轴向压力设计值.kN 1000=N ，柱两端弯矩设计值分别为m kN 450.m kN 40021×=×=M M ，。

该柱采用HRB400级钢筋（2N/mm 360=¢=y y f f ）混凝土强度等级为C25（2t 2c N/mm 27.1N/mm 9.11==f f ，）。

若采用非对称配筋，试求纵向钢筋截面面积并绘截面配筋图。

纵向钢筋截面面积并绘截面配筋图。

[解] 1.材料强度和几何参数材料强度和几何参数C25混凝土，2c N/mm 9.11=fHRB400级钢筋2N/mm 360=¢=y yf f HRB400级钢筋，C25混凝土，8.00.1518.011b ===b a x ，，由构件的环境类别为一类，柱类构件及设计使用年限按50年考虑，构件最外层钢筋的保护层厚度为20mm ，对混凝土强度等级不超过C25的构件要多加5mm ，初步确定受压柱箍筋直径采用8mm ，柱受力纵筋为20～25mm ，则取mm 45128520s =+++=¢=s a a 。

600m 600mm m m m 400==h b ，，2.求弯矩设计值（考虑二阶效应后）求弯矩设计值（考虑二阶效应后）由于889.0450/400/21==M M ，mm 2.173600121121====h A Ii 102M/7200/173.241.5734-1223.33M l i ==>=。

应考虑附加弯矩的影响。

应考虑附加弯矩的影响。

根据式（6-1 ）～式（）～式（ 6-3）有：）有： 0.1428.11010006004009.115.05.03c>=´´´´==N A fc z ，取0.1c =z 9667.04504003.07.03.07.021m =+=+=M M C mm 203060030a ===he 13.10.1)6007200(555/)20101000/10450(130011/)/(1300112362002ns =´+´´+=÷øöçèæ++=c a h l h e N M z h 考虑纵向挠曲影响后的弯矩设计值为：考虑纵向挠曲影响后的弯矩设计值为： m kN 57.49145013.19667.02×=´´==M C M ns m h3．求i e ，判别大小偏心受压，判别大小偏心受压mm 57.4911010001057.491360=´´==N Me m m 57.5112057.4910=+=+=a i e e e m m 5.1665553.03.00=´=>h e i 可先按大偏心受压计算。