(五)矩形截面偏心受压构件正截面抗压承载力计算
1.非对称配筋矩形截面的计算公式
(17-85)
(17-86)
(17-87)
(17-88) 式中: e——轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离;
σs——受拉边或受压较小边的纵向钢筋应力;
e i——初始偏心距;
a——纵向受拉钢筋合力点至截面近边缘的距离}
e。
——轴向压力对截面重心的偏心距,取为M/N,当需要考虑二阶效应时,M为按式(17-82)计算的弯矩设计值。
在应用式(17-85)时,应考虑下列具体情况:
(1)当ξ=χ/h0≤ξb(界限相对受压区高度),为大偏心受压,取σs=ƒy;
(2)当ξ>ξb时,为小偏心受压。
而且应注意:
①σs可能受拉或受压,其值应按下式确定
(17-89) 而且由式(17-89)计算的值,应满足f y’≤σs≤f y。
②当ξ>h/h0时,应取ξ=χ/h o =h/h o代入式(17-85)和式(17-86)进行计算。
(3)为了确保式(16-86)中A s’的σs’= f y’,应满足χ≥2αs′。
当x<2αs′时,其正截面抗压承载力应按下列方法确定。
①近似取χ=2αs′
(17-90)
(17-91)
②不考虑A s’的作用,用式(17-85)和式(17-86)求出承载力值。
③取按①及②各自所算承载力中的大值为其承载力值。
(4)对于小偏心受压构件,为了避免远离轴向力一侧混凝土压坏,尚应按下式验算
(17-92) 式中:e′——轴向力作用点至受压区钢筋合力点之间的距离值,初始偏心距取e i’=e0–e a,
2.对称配筋矩形截面受压构件正截面抗压承载力计算
(1)大小偏心受压的判别条件
由式(17-85),当对称配筋,且ξ<ξb时,A s f y=A s’f y,可得其相对受压区高度ξ值为(17-93)
①当ξ≤ξb时,为大偏心受压;
②当ξ>ξb时,为小偏心受压。
(2)大偏心受压构件(ξ≤ξb)承载力计算
①当2a s’/h0≤ξ≤ξb时,
N≤α1f c bx
②当ξ<2αs′/h0时.Ne'=A s f y(h。
-αs’)
(3)小偏心受压构件(ξ>ξb)承载力计算
也可以用以下简化法求ξ值
(17-94) 由式(17-94)求出ξ值,直接代入式(17-86),即可以求出承载力或配筋。
3.偏心受压构件除应计算弯矩作用平面的抗压承载力外,尚应按轴心受压构件验算垂直于弯矩作用平面的抗压承载力,此时,可不计入弯矩的作用,但应考虑稳定系数ψ的影响。
(六)M-N承载力相关曲线
偏心受压构件实际上是弯矩M和轴心压力N共同作用的构件,偏心距e。
=M/N。
由图17-5所示偏心受压构件的M-N相关曲线可以得出以下结论:
(1)当N>N b(ξ>ξb)时,为小偏心受压。
(2)当N<N b(ξ≤ξb),为大偏心受压。
(3)当N=N b(ξ=ξb),为界限破坏,达到最大的抗弯承载力M max。
(七)偏心受压构件斜截面抗剪承载力计算
试验结果表明,当轴向力N产生的轴压比N/ƒC A≤0.3时,随着轴压比的增大,轴力将使构件的抗剪承载力提高,近似可取线性;但当N/ƒC A>0.5之后,内部微缝的发展将使构架的抗剪承载力降低,因此《混凝土规范》中偏于安全地取为
(17-95)
式中:λ——偏心受压构件计算截面的剪跨比,对框架柱,可取λ=H。
/2h。
,当λ<l时,取λ=1,当λ>3时,取λ=3,H n为柱净高,对承受均布荷载的其他偏心受压构件,取λ=1.5;
N——与剪力设计值V相对应的轴向压力设计值,当N>0.3ƒc A时,取N=0.3ƒc A;
A——为构件的截面积,矩形柱A=bh。
为了防止出现斜拉破坏,偏心受压构件的受剪截面应符合公式(17-47)和公式(17-48)的规定。
当符合下列公式要求时
(17-96) 可不进行斜截面抗剪承载力计算,仅需按构造要求配置箍筋。
(八)受压构件的基本构造要求
1.材料
混凝土强度等级应大于等于C20,且以等级高为宜;钢筋以ƒy≤0.002E。
为宜,一般为绑轧钢筋。
2.截面
轴压以方形、圆形为宜,偏压以矩形(现浇柱)、I形(预制柱)为宜,最小截面尺寸为250mm×250mm。
3.纵筋
直径d≥12mm;配筋率(按全部受压钢筋计算),ρmin=0.6%,ρmax=5%;净距s。
≥50mm(竖直浇筑混凝土),s n≥30mm及1.5d(水平浇筑混凝土);中距s≤300mm(轴压);偏心受压柱中,垂直弯矩作用平面的纵向受力钢筋,s≤300mm,当截面高度≥600mm时,在侧面应设置直径为10—16 mm的纵向构造钢筋,并相应地设置复合箍筋或拉筋。
4.箍筋
(1)箍筋应做成封闭式,末端应做成135°弯钩,弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的5倍。
(2)间距不应大于400mm及构件截面短边尺寸,且不应大于15d,d为纵筋的最小直径。
(3)直径不应小于d/4,且不应小于6mm,d为纵筋的最大直径。
(4)当全部纵向受力钢筋的配筋的率大于3%时,箍筋直径不应小于8mm,间距不应大于10d(d为最小受力钢筋直径),且不应大于200mm;箍筋末端应做成135°弯钩且弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的10倍;箍筋也可焊成封闭环式。
(5)当柱截面短边尺寸大干400mm且各边纵向钢筋多于3根时,或当柱截面短边尺寸不大于400mm,但各边纵向钢筋多于4根时,应设置复合箍筋。
(6)在纵筋搭接长度范围内箍筋的间距,当搭接钢筋为受拉时,不应大于5d,且不应大于100mm;当搭接钢筋为受压时,不应大于10d,且不应大于200mm,d为搭接钢筋的最小直径。