第六讲--纵向受力构件.ppt

1 纵向受力构件的内力 当构件受到轴心压力时，其变形放大如右图（a）中Δl、Δb所示。根据平衡概念可知任意截面m-m的内力N=F。如右图（b）所示。 　　实际工程中大部分的纵向受力构件为偏心受力构件，主要是偏心受压构件，例如厂房中的排架柱、框架柱、承受非节点荷载的屋架上弦杆等。 　　偏心受力构件是轴向变形和弯曲变形的组合变形构件，它同时承受轴力和弯矩。把偏压F等效为轴压F’和受弯M时： F’=F ；M=F×e0 内力计算时应将其组合变形分解为基本变形，单独计算在轴向荷载、弯矩作用下的各截面的轴向内力、弯矩，并分别绘制相应的轴力图、弯矩图，即得构件的内力图。 【例1】已知某柱，梁传给柱顶的竖向荷载为F1，柱顶承受弯矩为M，承受水平荷载为F, 该柱的自重为FW，求该柱的内力并绘出内力图。 【解】（1）将组合变形分解为基本变形 　　该柱为组合变形柱,同时承受竖向荷载F1及FW，弯矩M及水平荷载F，将其分解为三个基本变形，如下页图（c）、（d）、（e）。 （2）绘制内力图 　　柱顶轴力为F1，柱底轴力为F1+FW，其两点连线即为该柱轴力图，即N图。 　　柱两端弯矩均为M，左侧受拉，取正，其两点连线即为弯矩图，即M图。 　　柱两端剪力均为V=F，使脱离体顺时针转动，取正，其两点连线即为剪力图，即V图。 2. 钢筋混凝土受压构件 　　钢筋混凝土受压构件在工业及民用建筑中应用十分广泛。 首先介绍轴压柱的常见类型、尺寸、一般构造要求及承载力计算。 　 　　普通箍筋柱：破坏时，混凝土处于单向受压状态。常用截面形式为矩形或正方形。 螺旋箍筋柱：破坏时，混凝土处于三向受压状态。螺旋箍筋也称间接钢筋，螺旋箍筋柱常用的截面形式为圆形或多边形。 　　　矩形截面尺寸不宜小于250mm×250mm。为了避免柱长细比过大，承载力降低过多，常取l0/b≤30，l0/h≤25，b、h分别表示截面的短边和长边，l0表示柱子的计算长度，它与柱子两端的约束能力大小有关。 混凝土宜采用C20或更高强度等级。钢筋宜用HRB335、HRB400或RRB400级。 　　柱中纵向受力钢筋直径不宜小于12mm；全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5%； 柱中纵向钢筋的净距不应小于50mm，且不宜大于300mm； 圆柱中纵向钢筋不宜少于8根，不应小于6根，且宜延周边均匀布置； 箍筋直径不应小于d/4，且不应小于6mm，d为纵向钢筋的最大直径； 箍筋间距不应大于400mm，及构件截面的短边尺寸，且不应大于15d，d为纵向钢筋的最小直径。 根据长细比的不同，可将轴心受压柱分为长柱和短柱。其破坏形态也不同。 注：长细比为柱子的计算长度l0与截面宽度b(直径d)之比。L0/b≤8或l0/d ≤7时为短柱，否则为长柱。 下图为短柱轴压破坏的应力-荷载曲线示意图和破坏示意图。为避免混凝土被压碎时钢筋未屈服，普通箍筋柱中不应使用高强钢筋作为受力钢筋。 　　长柱的破坏形式有两种：长细比较大时，破坏是由于压缩变形和弯曲变形过大，导致材料强度不足而破坏，属于材料破坏；长细比很大时，主要是纵向弯曲过大，而导致材料未达到设计强度之前而失稳破坏。 长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载，长细比越大，承载能力降低越多。 　　钢筋混凝土轴心受压柱正截面承载力计算公式为： 　N≤Nu=0.9φ（fcA+fy′As′） 　　上式的适用条件为0.6%≤ρ′= As′/A≤3%； 当ρ′3%时，公式中的A用A-As′代替； ρmax不能超过5%。 上式中的φ按下表取值： 1.截面设计 　　已知轴向压力设计值N，材料强度设计值fy′及fc，构件的计算长度l0、截面尺寸b×h。求纵向受压钢筋的截面面积As′。 　　计算步骤如下： 第一步：求稳定系数φ 　　由l0/b或l0/d查稳定系数表。 第二步：求As′ 　　假设ρ′3%，得： 【例2】某轴心受压柱截面尺寸b×h=350mm×350mm，计算长度l0=7000mm，混凝土强度等级为C20（fc=9.6N/mm2），钢筋为HRB335级（fy′=300N/mm2），若该柱承受轴向压力设计值N=1500kN，求所需纵向受压钢筋的截面面积。 【解】（1）求轴心受压构件稳定系数φ 　　由l0/b=7000/350=208，查表得φ=0.75。 （2）求As′ As′=3487mm2 （3）验算适用条件 　　ρ′=As′/A=2.8%0.6%，并且小于3%，与假设一致。 　　选用4Φ25+4Φ