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1、第四章:钢筋混凝土轴心受力构件,本章重点 了解轴心受力构件在建筑工程中的应用情况 了解轴心受拉构件和轴心受压的受力全过程；掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截面的计 算方法；熟悉轴心受力构件的一般构造要求。,4-1 概述,钢筋砼轴心受力构件可分为受压和受拉两大类，建筑工程中大多数为轴心受压构件。钢筋砼受压构件又分为轴心受压构件和偏心受压构件两类。图4-1为轴心受拉构件。实际工程中理想的轴心受压构件也是不存在的，但是在设计以恒载为主的多层房屋的内柱和屋架的受压腹杆图4-2等构件时，可近似的简化为轴心受压构件计算。,图4-1 轴心受拉构件,图4-2 轴心受压构件实例,4-2 钢筋砼轴心受拉构件正截面
2、承载力计算,一、受力过程及破坏特征轴心受拉构件从加载到破坏为止，其受力过程可分为三个不同阶段。第阶段钢筋和混凝土共同承受拉力，第阶段砼裂缝稳定发展阶段 第阶段钢筋全部达到屈服，裂缝开展很大，构件达到了破坏状态。,结论 A:第一阶段承受拉力只有极限状态的20%30%，一般砼轴拉构件不裂，承载力很低 B:到了第三阶段，砼早已退出工作，只有钢筋 提供承载力,二、轴心受拉构件正截面承载力计算正截面是指与构件轴线垂直的截面。对轴心受拉构件正截面承载力的计算而言，以构件的第三阶段的受力特征为依据，由平衡条件可得（图4-4）,三、构造要求 纵向受力钢筋 受力钢筋沿截面周边均匀对称布置，并宜优先选择直径较小的
3、钢筋；为避免配筋过少引起的脆性破坏，轴心手受拉构件一侧的受拉钢筋的配筋率应不小于0.2%和0.45ft/fy的较大值；轴心受拉构件的受力钢筋不得采用绑扎的搭接接头。箍筋箍筋直径一般采用6mm或8mm，间距100-200mm。,例4-1 某钢筋砼屋架下弦拉杆，截面尺寸2002002，按轴心受拉构件设计，轴心拉力设计值N=600kN，选用HRB335纵向钢筋，砼C30。试求拉杆所需纵向钢筋面积，并为其选配钢筋。解 a;数据准备 由附表查得ft=1.43N/mm2,fy=300N/mm2b;计算钢筋用量 由式（4-1）可得c;验算配筋率，全部受拉钢筋的最小配筋率 而实际配筋率，可以 d;配置纵向受拉
4、钢筋425（As=1964mm2），箍筋6200，配筋如图所示，从安全与经济两个方面考虑，选用钢筋时，应尽可能使实际配筋面积接近计算需要的面积，二者之差宜控制在5%内。,4-3轴心受压构件概述,截面多为正方形，需要时也可做成矩形、圆形、多边形等轴心受压构件内配有纵向钢筋和箍筋。根据箍筋的配筋方式不同，轴心受压构件可分为配置普通箍筋和配置间距较密的螺旋箍筋（或环式焊接钢筋）两大类（图4-6）,4-4配有普通箍筋的轴心受压构件设计,一、钢筋骨架的组成和作用 钢筋骨架由纵向受压钢筋和箍筋共同组成。纵向钢筋除了与砼共同承担轴向压力外，还能承担由于初始偏心和其他偶然因素引起的附加弯矩在构件中产生的拉应力
5、。而箍筋可以固定纵向受力钢筋的位置，防止纵向钢筋在砼压碎之前压屈，保证纵筋与砼共同受力直到构件破坏。,二、受力分析及破坏特征 根据构件的长细比的不同，轴心受压构件可分为短柱和长柱。,短柱：混凝土压碎，钢筋压屈 长柱：构件压屈,l0/i28(l0 为柱计算长度，i为回转半径。)矩形截面柱，l0/b8,1、短柱的实验研究结果在整个加载过程中，无纵向弯曲变形，当达到极限荷载时，砼的应力达到fc，纵筋也能达到fy，钢筋和砼都能得到充分的利用，柱子因砼被压碎而告破坏。2、长柱的实验研究加载过程中，初始偏心距将使构件产生附加弯矩和弯曲变形，结果表明，长柱的承载力低于相同条件短柱的承载力。引入稳定系数的方法
6、来考虑长柱纵向挠曲的不利影响，值1.0，且随着长细比的增大而减少。对于长细比很大的构件，构件丧失稳定而引起破坏所以，设计初定受压构件截面尺寸时，对矩形截面l0/b取15左右，防止发生由于长细比过大失稳。,表4-1 钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数,二、正截面承载力计算方法由静力平衡条件并考虑长细比等因素的影响后，承载力可按下式计算：（4-1）式中 N-轴向压力设计值；-钢筋混凝土构件的稳定系数 fc-混凝土轴心抗压强度设计值（当现浇受压构件截面的长边或直径小于300mm，乘以0.8折减系数）A-构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于3%时，公式(4-1)中的A应改用(A-As)代替。-全部纵向钢筋
7、的截面面积；-钢筋抗压强度设计值0.9-修正系数,例4-2 某钢筋混凝土轴心受压柱，承受轴心压力设计值N=2460kN，若柱的计算长度l0=4.5m，选用C25级混凝土（）和HRB335级钢筋（），试设计该柱截面，并确定截面配筋解:初估截面尺寸柱的常用长细比815之间，取长细比为12，则b=4500/12=375，取b=h=400mm确定稳定系数由，查表4-1得=0.961。计算 由式（4-1）可求得:,图4-10 例题4-2截面配筋图,验算配筋率 选822（=3041mm2，与计算误差为（3134-3041）/3134=2.97%，满足要求）截面配筋（图4-10）,三、构造要求1、材料砼宜采
8、用强度等级较高的砼，如C30,C40等。在高层建筑和重要结果中，应选用强度更高的砼。不宜选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。2、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、圆形截面或正多边形截面；截面最小边长不宜小于250mm，构件长细比一般为15左右，不宜大于30。,3、纵向钢筋纵向受压钢筋直径d12mm，以选用较大直径的钢筋。矩形截面根数不应少于4根，圆型柱不宜少于8根。全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5%。4、箍筋应采用封闭式箍筋，箍筋直径6mm，常用箍筋间距s在100mm300mm之间。当柱每边的纵向受力钢筋不多于3根（或当柱短边尺寸b）400mm
9、而纵筋不多于4根）时，可采用单个箍筋，否则应设置复合箍筋（图4-11）,图4-11 轴心受压柱的箍筋形式,4-5配有螺旋式箍筋的轴心受压构件设计,螺旋箍筋柱的工程应用情况：当轴向受压构件的轴向荷载设计值较大，但其截面尺寸由于建筑上及使用上的要求而受到限制，为了提高构件的承载能力，设计成螺旋箍筋柱。这种柱的用钢量相对较大，构件的延性好抗震能力强，而截面常设计成圆形，如图4-13所示。,图4-13 配有螺旋式或焊接环式箍筋柱及截面,一、受力分析及破坏特征 实验表明，在轴向压力作用下，配置间距较密螺旋式箍筋柱，能有效地限制砼核心部分的变形，使核心砼处在三向压应力下工作。箍筋外部的砼将被压坏开始剥落，
10、而箍筋以内即核心部分的砼仍能继续承载，只有当箍筋达到抗拉屈服强度而失去约束砼横向变形的能力时，核心砼才被压碎而导致整个构件破坏，承载力提高，其破坏形式如图4-12所示。,二、正截面承载力计算 当有径向压应力2从周围作用在砼上时，核心砼的抗压强度将从单向受压的fc提高到fc1，按砼三轴受压试验的结果可得(4-2)取一螺距（间距）s间的柱体为脱离体，螺旋箍筋的受力状态如图4-14所示，并列平衡方程得,（4-3）,（4-3）式代入（4-2）式中，得根据轴向力平衡条件可得：,规范从提高安全度考虑，采用下式设计：,按螺旋箍筋柱设计应满足构造要求：1、按公式(4-6)算得Nu应大于按式(4-1)算得的Nu
11、,但不能大于1.5倍。2、当l0/d12时；3、当螺旋箍筋的换算截面面积Ass025%As注意：三个条件必须同时满足,例4-3 某多层框架结构，底层门厅柱为圆形截面，直径d=400mm，柱的计算长度l0=4.2m，轴心压力设计值N=2950KN。砼强度等级为C30，纵向钢筋采用HRB400，箍筋采用HRB335。砼保护层厚度30mm。试求柱中所需纵筋及箍筋。解 材料设计参数准备由附表查得C30砼的fc=14.3N/mm2,=1.0；HRB400钢筋fy=360N/mm2,HRB335钢筋的fy=300N/mm2判定螺旋箍筋柱是否适用，适用,定As依据工程设计经验柱的经济配筋率在=1%4%之间，
12、本题取=2.5%，则 选用1020（As=3142mm2）求所需的间接钢筋的换算面积 Ass0 柱的核心直径 柱的核心面积 根据式（4-7）得 因为，故可考虑螺旋箍筋的作用。,确定螺旋箍筋的直径和间距螺旋箍筋的直径取为10mm，Ass0=78.5mm2,则螺旋箍筋的间距由式(4-8)得取s=50mm，满足40mms80mm以及s0.2dcor=0.2340=68mm。复核承载力及砼保护层是否过早脱落 由 l0/d=10.5查表4-1得=0.95，则 代入式（4-7）有=0.9（14.390746+3603142+213601676）=3272000N=3272KNN=2950KN截面承载力符合
13、要求。,而按普通箍筋柱的承载力计算公式（4-1）得Nu2=0.90.95（3603142+14.33.144002/4）=2503000N=2503KN而1.5 Nu2=1.52503000=3755000N Nu1=3272000N该螺旋箍筋柱满足要求，砼保护层不会过早脱落三、构筑要求螺旋箍筋：直径dd纵/4，6mm;间距s80mm,dcor/s。,本章小结1.轴心受拉构件的受力过程可以分为三个阶段，正截面受拉承载力计算以第三阶段为依据，拉力全部由纵向钢筋承受。2.轴心受压构件根据配置箍筋的不同分为普通箍筋的轴心受压构件和螺旋式箍筋的轴心受压构件两类。,3.螺旋式箍筋可以约束其内砼的横向变形，因而可以提高构件的受压承载力。但是，只有当柱的长细比以及螺旋式箍筋的直径、间距等满足一定的要求时，才能起作用，而且其受压承载力的大小不得超过普通箍筋轴心受压构件承载力的1.5倍。4.而普通箍筋轴心受压构件，根据长细比的不同分成短柱和长柱。对于长柱而言，随着长细比的增大，构件承载力不断减少，按构造配的箍筋无法约束的横向变形，不考虑对承载力的贡献。,
