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第六章轴向受力构件2—偏心受压柱
(d) ρ/+ρ>=ρmin=0.6%; (e) ρ/+ρ<=ρmax=5%。
,ρ= );
6.3.5 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算
6.3.3.3 大偏心受压构件承载力计算 大偏压(ξ≤ξb)
6.3.5 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算
6.3.3.4 小偏心受压构件承载力计算 小偏压(ξ>ξb) 1)基本计算公式
6.3 偏心受压构件正截面承载力计算
6.3.1 偏心受压构件正截面破坏形态
受拉破坏 受压破坏
6.3.2 两种偏心受压破坏形态的界限
大、小偏心受压破坏形态的根本区别是破坏时远离纵 向力一侧的纵向钢筋是否达到受拉屈服。
6.3.3 附加偏心距ea和初始偏心距ei
考虑到工程中实际存在着竖向荷载作用位置的不确定性、 混凝土质量的不均匀性、配筋的不对称性以及施工偏差等因 素,规范在偏心受压构件受压承载力计算中,规定必须计入 轴向压力在偏心方向的附加偏心距ea。参考国外规范的经验, 规范把ea取为20mm和偏心方向尺寸的1/30两者中的较大值。 因此,轴向压力的计算初始偏心距ei应为:
6.3.7 矩形截面对称配筋的计算方法
6.3.7.1 对称配筋的截面配筋设计
建筑工程中,柱截面常用对称配筋。对称配筋情况下, fy= fy/、As=As/ ,as=as/ 。
对称配筋通常用于控制截面在不同荷载组合下可能承受 正、负弯矩作用,如承受不同方向风荷载、地震荷载的框架 柱,以及为避免安装可能出现错误的预制排架柱等,都应采 用对称配筋。
6.3.4 偏心受压长柱的纵向弯曲影响
6.3.4.1 偏心距增大系数—二阶效应 N
N0
Nus Num
Nusei Numei
Nul Nul ei
Num fm Nul fl
M0
M
图
6.3.4 偏心受压长柱的纵向弯曲影响
6.3.4.1 偏心距增大系数—二阶效应
② 比较细长的偏压柱(中长柱或长柱)(5<l0/h≤30): ◆ f 与ei相比已不能忽略; ◆ f 随轴力增大而增大,柱跨中弯矩M = N ( ei + f ) 的增长 速 度大于轴力N的增长速度; ◆ 即M随N 的增加呈明显的非线性增长; ◆ 虽然最终在M和N的共同作用下达到截面承载力极限状态, 但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱; ◆ 因此,对于中长柱,在设计中应考虑附加挠度 f 对弯矩 增大的影响。
6.3.6 矩形截面非对称配筋的计算方法
计算分为截面设计和承载力复核两类。 6.3.6.1 截面设计—大偏心受压 (1) As和As/均未知,三个未知数两个方程。此时,为使 (As+As/)的总用钢量最小,应取ξ= ξb(使压区混凝土充分 发挥,并保证受拉钢筋屈服), 求得As/,最后求As 。 若求得的As/<0,则取As/=ρminbh,然后按As/已知,求As的 问题。 (2) 已知As/,求As。两个未知数,两个方程,可求解唯一 解,计算过程与双筋矩形截面受弯构件类似,计算过程 中注意验算适用条件。 例题参见教材。
N
◆ 此后,裂缝迅速开展,受压区高度减小
◆ 最后受压侧钢筋A's 受压屈服,压区混凝土 压碎而达到破坏。
◆ 这种破坏具有明显预兆,变形能力较大,破
坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似,承载力主
要取决于受拉侧钢筋。破坏始自受拉钢筋先屈服,
最后受压区混凝土被压碎而破坏,破坏时一般受
fyAs
f'yA's
压钢筋也能达到屈服强度。属塑性破坏。
楼盖类型
柱的类别
l0
现浇楼盖 装配式楼盖
底层柱 其余各层柱
底层柱 其余各层柱
1.0H 1.25H 1.25H 1.5H
6.3.4 偏心受压长柱的纵向弯曲影响
6.3.4.2 构件的计算长度l0 (3)当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值 的75%以上时,框架柱的计算长度l0可按下列公式计 算,并取其中的较小值。
着荷载的增大而不断加大的,
因而弯矩的增长也就越来越快。
我们把截面弯矩中的Ne0称为初 始弯矩或一阶弯矩,而把Nf称
为附加弯矩或二阶弯矩。见图。
6.3.4 偏心受压长柱的纵向弯曲影响
6.3.4.1 偏心距增大系数—二阶效应
(1)长细比对偏心受压柱受压承载力的影响 从二阶效应的角度根据长细比的不同,可把偏心受压构
6.3.6 矩形截面非对称配筋的计算方法
承载力复核:已知轴向力设计值N和弯矩设计值M,验算截面是否 安全;已知N值,求所能承受的弯矩设计值M。
6.3.6.3 承载力复核—大偏心受压
对轴向压力N的作用点取矩:
当
时,说明为大偏心受压,
按大偏心受压求出承载力Nu。
当
时,说明截面为小偏心
受压,应改为小偏压公式重新复核。
N
N
As 太
多
ssAs
f'yA's
ssAs
f'yA's
6.3 偏心受压构件正截面承载力计算
6.3.1 偏心受压构件正截面破坏形态
② 小偏心受压破坏:
◆ 截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大; ◆ 受拉侧钢筋应力较小; ◆ 当相对偏心距e0/h0很小时,‘受拉侧’还可能出现受压情 况; ◆ 截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏; ◆ 承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋,破坏时受压 区高度较大,受拉侧钢筋未达到受拉屈服,破坏具有脆性性质; ◆ 第二种情况在设计应予避免,因此受压破坏一般为偏心距 较小的情况,故常称为小偏心受压。
6.3 偏心受压构件正截面承载力计算
6.3.1 偏心受压构件正截面破坏形态 试验表明,从加荷开始到接近破坏为止,偏心受压构件截面的
平均应变分布也都较好地符合平截面假定。
两类破坏形态——大偏心受压破坏(受拉破坏)和小偏心受压
破坏(受压破坏) :
①大偏心受压破坏(受拉破坏):见图。
◆ 截面受拉侧混凝土较早出现裂缝,As的应力 随荷载增加发展较快,首先达到屈服。
6.3.5.2 大、小偏心的初步判别 由于As和As/未知,混凝土受压区高度无法确定。在正
常配筋情况下,可按下列方法初步判别: 按小偏心受压计算 按大偏心受压计算
大偏心 小偏心
求出
判别
6.3.5 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算
6.3.3.3 大偏心受压构件承载力计算 大偏压(ξ≤ξb),见图
规范还规定,当偏心受压构件的长细比l0/i≤17.5(即l0/h≤5 或l0/d≤5)时,可取η=1.0
6.3.4 偏心受压长柱的纵向弯曲影响
6.3.4.2 构件的计算长度l0
(1)刚性屋盖单层房屋排架柱、露天吊车柱和栈桥 柱,其计算长度可按表6-2取用。
(2) 一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构,各层柱 的计算长度l0可按下表采用。
e ei
Nu
e’
Nu
x
C fy’As
fyAs
1fc
6.3.6 矩形截面非对称配筋的计算方法
计算分为截面设计和承载力复核两类。
6.3.6.3 承载力复核—小偏心受压
对轴向压力N的作用点取矩,由平衡条件可 得:
e e’ ei
Nu
x
C s sAs
1fc fy’As’
求得x值,再根据小偏心受压构件的基本公式求出Nu。
6.3.6 矩形截面非对称配筋的计算方法
计算分为截面设计和承载力复核两类。 6.3.6.2 截面设计—小偏心受压 (1)由小偏心受压计算基本公式(三个方程)可知,未知数
共有As/、As、σs和x四个,必须补充另一条件。 由于小偏心受压时,远离纵向力一侧的纵向钢筋As
不管是受拉还是受压均不会屈服。因此,As可按最小 配筋率配置,即取As=ρminbh。利用基本公式求得x和As/。
:柱的上端、下端节点处交汇的各柱线刚度之和 与交汇的各梁线刚度之和的比值。
:比值
中的较小值。
6.3.5 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算
6.3.5.1 基本假定 (1) 平截面假定; (2) 受拉区混凝土不参加工作; (3) 受压区混凝土应力图形采用等效矩形;
6.3.5 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算
件的受力情况区分为以下三类:短柱、长柱和细长柱,见下图。 ① 偏心受压短柱(l0/h≤5): ◆ 侧向挠度 f 与初始偏心距ei相比很小; ◆ 柱跨中弯矩M=N(ei+f ) 随轴力N的增加基本呈线性增长; ◆ 直至达到截面承载力极限状态产生破坏; ◆ 对短柱可忽略挠度f影响。 ◆ 破坏属于材料破坏。
小偏心受压构件破坏时的应力图形
与超筋受弯构件相似。主要是远离轴压 力一侧的钢筋As的应力 ,可能受拉 ,也可能受压,但达不到fy,对小偏压 截面的两种应力分布图形,依平衡条件 得(图) :
e e’ ei
Nu
x
C s sAs
1fc fy’As’
(近似公式) 式中 σs拉正压负,-fy/≤σs≤fy x—受压取高度,当x>h时,取x=h。
◆ 形成这种破坏的条件是:偏心距e0较大,且 受拉侧纵向钢筋配筋率合适。
6.3 偏心受压构件正截面承载力计算
6.3.1 偏心受压构件正截面破坏形态 ② 小偏心受压破坏(受压破坏)有两种情况:见图。 (A) 当相对偏心距e0/h0较小; (B) 虽然相对偏心距e0/h0较大,但受拉侧纵向钢筋配置较多时。
6.3.4 偏心受压长柱的纵向弯曲影响
6.3.4.1 偏心距增大系数—二阶效应
(2)偏心距增大系数η 规范推荐两种方法来考虑二阶效应问题,一种是较为准
确的“考虑二阶效应的弹性分析法”,另一种是规范的近似 方法。下面只对规范的方法简单的加以介绍。
为了考虑纵向弯曲的影响,《规范》将初始偏心距乘以 一个大于1的偏心距增大系数η。