第5章

受壓構件正截面的性能與設計

軸心受壓構件：縱向壓力作用線與構件截面形心軸線重合。偏心受壓構件：縱向壓力作用線與構件截面形心軸線不重合；或既有軸心壓力，又有彎矩等作用。

偏心受壓分為單向偏心和雙向偏心。受壓構件：承受軸向壓力為主的構件。

典型構件：柱、墻、桁架的受壓桿件等。

受壓構件往往在結構中具有重要作用，一旦產生破壞，將導致整個結構的損壞，甚至倒塌。5.1受壓構件的構造要求

一、截面形式及尺寸

軸心受壓構件多采用方形截面，偏心受壓多采用矩形截面。也可根據(jù)要求采用其他形式的截面形狀。截面尺寸不宜小于250mm。為了避免長細比太大而過多降低構件承載力，構件長細比≤30。當截面尺寸小于等于800mm時，以50mm為模數(shù)；當截面尺寸大于800mm時，以100mm為模數(shù)。二、材料

宜采用較高強度等級的混凝土，一般為C25-C40。縱向鋼筋不宜采用高強度鋼筋，宜采用HRB(F)400、HRB(F)

500級，也可采用HRB(F)335級。箍筋一般采用HPB300和HRB335級。

三、縱向鋼筋

1、直徑、根數(shù)：縱向受力鋼筋直徑d不宜小于12mm，矩形截面縱筋根數(shù)不應少于4根，圓形截面縱筋根數(shù)不應少于6根，不宜少于8根。

2、縱筋布置：軸心受壓構件的縱向鋼筋應沿柱截面周邊均勻布置；偏心受壓構件縱向鋼筋應布置偏心方向的兩側，通常沿柱的短邊方向設置。圓形截面縱向鋼筋應沿截面周邊均勻布置。

3、縱筋間距：當柱為豎向澆筑混凝土時，縱筋凈距不應小于50mm，對水平澆筑的預制柱，其縱向鋼筋的最小凈距應按梁的規(guī)定取值?？v筋中距不應大于300mm，混凝土保護層最小厚度為20mm。

4、配筋率：一側縱向鋼筋的配筋率不應小于0.2%，全部縱筋的配筋率不小于0.6%(0.6%

，

0.55%

），詳見附表18。

5、構造縱筋：當柱的截面高度h≥600mm時，在側面應設置直徑為10--16mm的縱向構造鋼筋，并相應地設置復合箍筋或拉筋。

四、箍筋箍筋應采用封閉式。箍筋直徑不應小于6mm，且不應小于d/4。此處d為縱筋的最大直徑。箍筋間距不應大于構件截面短邊尺寸及400mm，且不應大于15d。此處d為縱筋的最小直徑。

當柱中全部縱筋的配筋率超過3%，箍筋直徑不宜小于8mm，間距不應大于縱向受力鋼筋最小直徑的10倍，且不應大于200mm。箍筋末端應作成135°的彎鉤，或焊成封閉式。

當柱截面短邊大于400mm，且各邊縱筋配置根數(shù)多于3根時，或當柱截面短邊不大于400mm，但各邊縱筋配置根數(shù)多于4根時，應設置復合箍筋?！魧孛嫘螤顝碗s的柱，不得采用具有內折角的箍筋，以避免箍筋受拉時使折角處混凝土破損。

按箍筋的形式不同分為配置普通箍筋柱和配置螺旋箍筋柱。本節(jié)主要講述配置普通箍筋柱的承載力計算。5.2

軸心受壓構件正截面承載力計算

鋼筋混凝土軸心受壓構件的特點可以充分發(fā)揮混凝土材料的強度優(yōu)勢理想的軸心受壓構件幾乎是不存在的,構件存在一定的初始偏心距。軸心受壓構件的箍筋配置方式普通箍筋柱螺旋箍筋柱hbss普通箍筋柱Dss螺旋箍筋柱箍筋縱筋

在截面尺寸、配筋、強度相同的條件下，長柱的承載力低于短柱，設計時采用采用降低系數(shù)來考慮。lo/i

28，lo/b

8，短柱

一、軸心受壓柱的破壞形式lo/d7短柱

長柱

二、正截面受壓承載力計算公式

–––穩(wěn)定系數(shù)，反映受壓構件的承載力隨長細比增大而降低的現(xiàn)象。按表5-1采用。A

–––截面面積；NAsfcfyAsbh三、構造要求1、材料強度等級宜采用高強度混凝土，不宜采用高強度鋼筋。2、截面形式及尺寸一般采用方形截面。最小邊長不宜小于350mm。3、縱向鋼筋縱向鋼筋的配筋率ρ′=As′/A不得小于0.5%，不宜大于3%，常用配筋率在0.5%~3%范圍內；縱向受力鋼筋直徑d不應小于12mm，數(shù)量不應少于4根，并沿柱截面四周均勻、對稱布置；柱中縱筋凈距不應小于50mm，中距不應大于300mm，混凝土保護層最小厚度為20mm。1、截面設計：已知：bh，fc,f

y,l0,N,求As四、設計計算方法若截面尺寸未知，可先假設估算出截面尺寸，再用公式計算出?？芍苯忧蠼猓豪}5-1、5-2。2、截面復核：

安全；否則，不安全。已知：bh，fc,f

y,l0,As,求Nu當NuN，bhAsNe0偏心受壓N,M=Ne0壓彎構件偏心距e0=0時，為軸心受壓構件；當e0→∞時，即N=0時，為受彎構件；偏心受壓構件的受力性能和破壞形態(tài)界于軸心受壓構件和受彎構件之間；建筑結構中的鋼筋混凝土柱子絕大多數(shù)均為壓彎構件。破壞形態(tài)與相對偏心距和縱筋數(shù)量有很大關系5.3偏心受壓構件正截面的受力性能一、破壞形態(tài)1、大偏心受壓破壞（受拉破壞）偏心矩較大且受拉鋼筋配置不太多時發(fā)生。破壞形態(tài)與適筋受彎構件的破壞形態(tài)完全相同：受拉鋼筋首先達到屈服，然后是受壓鋼筋達到屈服，最后由于受壓區(qū)混凝土壓碎而導致構件破壞。構件破壞前有明顯預兆，裂縫開展顯著，變形急劇增大，其破壞屬于塑性破壞。

N的偏心距較大，且As不太多。與適筋受彎構件相似.大偏心受壓破壞（受拉破壞）cuNfyAs

fyAs

NN(a)(b)e02、小偏心受壓破壞（受壓破壞）偏心距較小，或者偏心距較大但受拉鋼筋配置過多。破壞時混凝土被壓碎，受壓鋼筋屈服，離縱向壓力較遠一側的鋼筋無論是受壓還是受拉，均沒有達到屈服。

構件破壞前沒有明顯預兆，屬于脆性破壞。NfyAs

fyAs

NNNsAs

sAs

cmax2cmax1cu(a)(c)(b)eiei小偏心受壓破壞（受壓破壞）相同之處：截面的最終破壞都是受壓區(qū)邊緣混凝土被壓碎，受壓鋼筋屈服.不同之處：截面破壞的起因不同，受拉破壞是受拉鋼筋先屈服而后受壓混凝土被壓碎；受壓破壞是截面的受壓部分先發(fā)生破壞。界限破壞：在受拉鋼筋應力達到屈服強度的同時，受壓區(qū)混凝土被壓碎。二、大小偏心受壓破壞的界限大偏心受壓小偏心受壓界限破壞

大、小偏心受壓破壞的界限，可采用受彎構件正截面中的超筋與適筋的界限予以劃分。

由于施工誤差、計算偏差及材料的不均勻等原因，實際工程中不存在理想的軸心受壓構件。為考慮這些因素的不利影響，引入附加偏心距ea。在正截面壓彎承載力計算中，偏心距取理論偏心距e0=M/N與附加偏心距ea之和，稱為初始偏心距ei?！兑?guī)范》規(guī)定，附加偏心距ea取20mm與h/30兩者中的較大值，此處h是指偏心方向的截面尺寸。三、附加偏心距原始偏心矩：附加偏心矩：初始偏心矩：柱：在壓力作用下產生縱向彎曲短柱中長柱細長柱–––材料破壞–––失穩(wěn)破壞

N0N1N2N0eiN1eiN2eiN1af1N2af2BCADE短柱(材料破壞)中長柱(材料破壞)細長柱(失穩(wěn)破壞)NM0四、偏心受壓構件的縱向彎曲影響結構側移二階效應（P-D

效應）

◆由重力在產生了側移的結構中形成的整體二階效應，也稱“重力二階效應”（由結構分析解決）。結構側移二階效應五、構件截面承載力計算中二階效應的考慮

桿件撓曲二階效應(p-d效應)

由軸壓力在桿件自身撓曲后引起的局部二階效應。通常效應起控制作用僅在少數(shù)偏壓構件中形成，反彎點不在柱高范圍內的較細長偏心壓桿則有可能屬于這類情況。桿件撓曲二階效應

二階效應P－d

效應對無側移的框架結構，二階效應是指軸向壓力在產生了撓曲變形的柱段中引起的附加內力；P－Δ效應對于有側移的框架結構，二階效應主要是指豎向荷載在產生了側移的框架中引起的附加內力。Neil0Nxy

《規(guī)范》對二階效應的分析方法P－Δ效應

計算機計算“考慮幾何非線性的彈性有限元法”手算“層增大系數(shù)法”或“整體增大系數(shù)法”

效應法●彎矩作用平面內截面對稱的偏心受壓構件，當同一主軸方向的桿端彎矩比M1/M2不大于0.9且設計軸壓比不大于0.9時，若構件的長細比滿足下式要求時，可不考慮軸向壓力在該方向撓曲桿件中產生的附加彎矩影響；否則應按截面的兩個主軸方向分別考慮軸向壓力在撓曲桿件中產生的附加彎矩影響。M1、M2—分別為偏心受壓構件兩端截面按結構分析確定的對同一主軸的組合彎矩設計值，絕對值較大端為M2

，絕對值較小端為M1

，當構件按單曲率彎曲時，取正值，否則取負值

l

c—構件的計算長度，可近似取偏心受壓構件相應主軸方向上下支撐點之間的距離；

i—偏心方向的截面回轉半徑?！窨紤]軸向壓力在撓曲桿件中產生的二階效應后控制截面彎矩設計值應按下列公式計算：Cm—構件端截面偏心距調節(jié)系數(shù)，當小于0.7時取0.7；hns—彎矩增大系數(shù)；當Cmhns小于1.0時，取Cmhns

=1.0;對剪力墻類構件，可取Cmhns

=1.0。N—與彎矩設計值M2相應的軸向壓力設計值；

5.4

矩形截非對稱配筋偏心受壓構件正截面承載力計算當

大偏心受壓構件計算簡圖基本公式Asbhash0NueifyAsxea1fc適用條件的處理方法

小偏心受壓構件計算簡圖ss值的確定Asbhash0NueissAsxea1fc基本公式

小偏心受壓構件反向受壓破壞時的計算Asbhash0Nuei=e0-eafc《混凝土規(guī)范》對反向受壓的規(guī)定對采用非對稱配筋的小偏心受壓構件，當軸向壓力設計值N>fcbh時,為防止As發(fā)生受壓破壞，

As應滿足上式要求;按反向受壓破壞計算時，取初始偏心距ei=e0-ea。

大、小偏心受壓破壞的設計判別當ei>0.3h0時，可能為大偏壓，也可能為小偏壓，可先按大偏壓設計當ei≤0.3h0

時，為小偏壓，按小偏心受壓設計

判別式的來源

C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80HRB3350.3580.3370.3220.3120.3040.2990.2950.2970.2990.3020.3050.3090.313HRB400RRB4000.4040.3770.3580.3450.3350.3290.3230.3250.3260.3280.3310.3340.337對稱配筋：5.5

矩形截面對稱配筋偏心受壓構件正截面承載力計算一、大偏心受壓：適用條件:當二.、小偏心受壓離縱向力較遠一側的鋼筋沒有達到屈服，應力為對偏心受壓構件，還要按軸心受壓構件進行垂直于彎矩作用平面的承載力驗算。–––大偏心受壓1、大小偏心受壓的判別三、設計計算–––小偏心受壓求縱向受力鋼筋面積（一）截面設計2、大偏心受壓例5-9、5-10。驗算最小