混凝土结构设计原理5偏压构件正截面课件

第第 5 讲讲钢筋混凝土单向偏压构件正截面承载力设计钢筋混凝土单向偏压构件正截面承载力设计单向偏心受压构件单向偏心受压构件近近侧侧：距距离离轴轴向向力力较较近近一一侧侧远远侧侧：距距离离轴轴向向力力较较远远一一侧侧偏压短柱破坏形态偏压短柱破坏形态远筋受拉屈服远筋受拉屈服近侧混凝土压碎近侧混凝土压碎大偏压（受拉破坏）偏心距较大、远筋不多小偏压（受压破坏）偏心距很小偏心距较小或偏心距较大但远筋较多偏心距特小近侧混凝土压碎；远筋受拉不屈服近侧混凝土压碎；远筋受拉不屈服近侧混凝土压碎；远筋受压不屈服近侧混凝土压碎；远筋受压不屈服远侧混凝土压碎（反向破坏）大小偏压判别大小偏压判别大偏大偏 小偏小偏 大偏大偏 小偏小偏 界限破坏界限破坏远侧钢筋受拉屈服远侧钢筋受拉屈服同时同时近侧混凝土被压碎近侧混凝土被压碎无侧移时偏压长柱挠曲变形二阶效应无侧移时偏压长柱挠曲变形二阶效应1.一阶弯矩最大处与二阶弯矩最大处处相接近时，弯矩增加得最多一阶弯矩最大处与二阶弯矩最大处处相接近时，弯矩增加得最多2.两端弯矩值不相等但单曲率弯曲时，弯矩增加得较多两端弯矩值不相等但单曲率弯曲时，弯矩增加得较多3.两端弯矩值不相等且双曲率弯曲时，弯矩增加得较少甚至很少两端弯矩值不相等且双曲率弯曲时，弯矩增加得较少甚至很少l 条条件件：两两端端弯弯矩矩作作用用产产生生了了挠挠曲曲变变形形l 原原因因：轴轴向向压压力力引引起起了了附附加加弯弯矩矩l 结结果果：危危险险截截面面偏偏离离柱柱端端，控控制制弯弯矩矩增增大大一阶变形最终变形一阶弯矩最终弯矩有侧移时偏压长柱二阶效应有侧移时偏压长柱二阶效应 端部或端部附近的弯矩相对加大端部或端部附近的弯矩相对加大 l 在在因因水水平平荷荷载载产产生生了了侧侧移移的的框框架架柱柱中中l 由由竖竖向向荷荷载载引引起起了了附附加加弯弯矩矩或或偏压构件考虑侧移二阶效应后端部弯矩偏压构件考虑侧移二阶效应后端部弯矩排架结构柱：排架结构的柱：框架结构柱剪力墙结构、框-剪结构及筒体结构框架结构、剪力墙结构、框-剪结构及筒体结构中的柱、墙：偏压构件不需考虑自身挠曲影响条件偏压构件不需考虑自身挠曲影响条件1、构件端部弯矩绝对值（同一主轴方向）比值：2、轴压比：绝对值较小者（考虑侧移影响后的端部弯矩）绝对值较大者（考虑侧移影响后的端部弯矩）构件按单曲率弯曲时构件按单曲率弯曲时取正号，否则取负号取正号，否则取负号3、构件长细比：考虑自身挠曲影响偏压构件弯矩设计值考虑自身挠曲影响偏压构件弯矩设计值当无需考虑自身挠曲影响时，取当无需考虑自身挠曲影响时，取对剪力墙结构，取对剪力墙结构，取矩形截面大偏压构件正截面承载力矩形截面大偏压构件正截面承载力矩形截面小偏压构件正截面承载力矩形截面小偏压构件正截面承载力非对称配筋截面设计计算方案非对称配筋截面设计计算方案先按大偏压计算先按大偏压计算应按小偏压计算应按小偏压计算大偏压已知压筋求拉筋大偏压已知压筋求拉筋大偏压两侧钢筋均未知大偏压两侧钢筋均未知关键关键：（总用筋量总用筋量最少）最少）大偏压构件纵筋面积计算技术处理大偏压构件纵筋面积计算技术处理 如果如果：压筋：压筋过弱过弱，按按压筋压筋未知重算未知重算 如果如果：压筋压筋过强过强，矩形截面小偏纵筋面积计算矩形截面小偏纵筋面积计算n 远筋一般不屈服，过多无用远筋一般不屈服，过多无用（轴压比大于1.0）例例501例例502矩形截面偏压构件对称配筋特点及其应用场合矩形截面偏压构件对称配筋特点及其应用场合1、弯矩变号、弯矩变号（弯矩相差或总用钢量增加不多）（弯矩相差或总用钢量增加不多）2、装配式柱、装配式柱（为了避免吊装时的就位错误）（为了避免吊装时的就位错误）应用更为广泛应用更为广泛对称配筋矩形截面偏压构件承载力计算基本公式对称配筋矩形截面偏压构件承载力计算基本公式（大偏压）（大偏压）（小偏压）（小偏压）对称配筋大偏压构件截面设计方法对称配筋大偏压构件截面设计方法 特别说明：当偏心距很小甚至接近轴心受压时，按理应当属于小偏心受压。然而当轴力又较小时，按上述公式判断的结果有可能为大偏压。其原因是截面尺寸过大，截面并未达到承载力极限状态。此时，无论实际是大偏压还是小偏压，都只需按最小配筋率配筋。所以，仍可按大偏压计算，其结果应当肯定是最小配筋量。对称配筋小偏压构件截面设计迭代技术对称配筋小偏压构件截面设计迭代技术误差：5%对称配筋小偏压构件截面设计近似方法对称配筋小偏压构件截面设计近似方法对称配筋矩形截面大偏压柱截面设计计算过程对称配筋矩形截面大偏压柱截面设计计算过程已知数据已知数据否否否否否否选配钢筋选配钢筋否否验算弯矩验算弯矩平面外轴平面外轴压承载力压承载力结束结束否否否否验算偏压验算偏压承载力承载力（小偏压公式）（小偏压公式）否否（特特殊殊处处理理）对称配筋矩形截面小偏压柱截面设计特殊处理技术对称配筋矩形截面小偏压柱截面设计特殊处理技术例例5036505006505003C C223C C22例例504例例505矩形截面偏压构件截面复核方法矩形截面偏压构件截面复核方法l 均按非对称配筋方案计算l 轴力、弯矩、配筋情况均已知，检验受压承载力检验受压承载力（大偏公式）（大偏公式）（小偏公式）（小偏公式）例例506大偏大偏（偏）（偏）对称配筋单向偏压对称配筋单向偏压 I 形截面柱截面类型形截面柱截面类型 I 形截面柱正截面承载力计算公式（对称配筋）形截面柱正截面承载力计算公式（对称配筋）柱截面形式及其尺寸柱截面形式及其尺寸l 形式：轴压方，圆、正多边；偏压矩；I（装配；减重）l 模数（宜）：50；100（800）l 工形截面：腹板厚度100，翼缘厚度120l 最小截面250250；高宽比1.53.0l 长细比（按截面短边考虑）：30；方柱宜为15左右柱纵向钢筋柱纵向钢筋l 全部纵向受力钢筋的最大配筋率：全部纵向受力钢筋的最大配筋率：5%l 钢筋直径：不宜小于12，一般1632；提倡粗筋提倡粗筋；4根l 钢筋净距：不应小于钢筋净距：不应小于50l 偏压柱，截面高度600时，腰筋（10；复合箍，拉筋）l 根数：矩形截面不应少于4根，圆形截面不应少于6根柱纵向受力钢筋最小配筋率（柱纵向受力钢筋最小配筋率（%）构件类型钢筋种类钢筋强度等级最小配筋率计算面积受压全部纵筋500MPa0.50全截面面积400MPa0.55335MPa 300MPa0.60单侧纵筋0.20轴拉单侧受拉纵筋0.2045ft/fy（较大值）小偏拉大偏拉扣除受压翼缘面积受压构件全部纵筋，当用C60以上混凝土时，最小配筋率应再增加 0.10偏拉构件的受压钢筋，应按受压构件的单侧纵筋考虑柱箍筋形式（一）柱箍筋形式（一）周边箍筋封闭周边箍筋封闭柱箍筋形式（二）柱箍筋形式（二）正确正确错误错误内折角内折角矩形截面对称配筋偏压柱承载力相关性矩形截面对称配筋偏压柱承载力相关性 对于给定截面尺寸、材料强度及配筋情况的构件，可以在无数组不同的轴力和弯矩组合下达到承载能力极限状态。u 大偏：大偏：Mu Nuu 小偏：小偏：Mu Nul Mu0时，时，Nu达到最大达到最大l Nu0时，时，Mu并非最大并非最大l 界限破坏，界限破坏，Mu达到最大达到最大ABC矩形截面对称配筋柱偏压分区图矩形截面对称配筋柱偏压分区图区：区：大偏压大偏压区：区：小偏压小偏压区：区：小偏压小偏压区：区：构造配筋构造配筋矩形截面对称配筋偏压柱最不利内力组选定原则矩形截面对称配筋偏压柱最不利内力组选定原则 大偏压弯矩相同时，轴力越小配筋越多（12）轴力相同时，弯矩越大配筋越多（31）弯矩越大、轴力越小（弯矩越大、轴力越小（3）越不利（配筋越多）越不利（配筋越多）小偏压弯矩相同时，轴力越大配筋越多（45）轴力相同时，弯矩越大配筋越多（65）弯矩越大、轴力越大（弯矩越大、轴力越大（6）越不利（配筋越多）越不利（配筋越多）123456