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第四章 钢筋混凝土轴心受力构件 正截面承载力计算. §4-1 概述. 一、轴心受力构件的定义： 轴向力作用线与构件 截面形心线重合的构件。. 二、分类：. 轴心受力构件. 压. 压. 压. 拉. 拉. 三、工程应用情况：. 实际工程中理想的轴心受力构件不存在。. 图 4-1 轴心受力构件. §4-2 钢筋混凝土轴心受拉构件 正截面承载力计算. 正截面的概念：. 一、受力特征：. 分为三个阶段：. I 加载至混凝土即将开裂：钢筋与混凝土共同受力，. II 开裂后至钢筋即将屈服；.
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第四章 钢筋混凝土轴心受力构件 正截面承载力计算 §4-1 概述 一、轴心受力构件的定义：轴向力作用线与构件 截面形心线重合的构件。 二、分类： 轴心受力构件
压 压 压 拉 拉 三、工程应用情况： 实际工程中理想的轴心受力构件不存在。 图4-1 轴心受力构件
§4-2 钢筋混凝土轴心受拉构件 正截面承载力计算 正截面的概念： 一、受力特征： 分为三个阶段： I 加载至混凝土即将开裂：钢筋与混凝土共同受力， II 开裂后至钢筋即将屈服； III 全部钢筋屈服至且裂缝开展超过规定的要求。
N (kN) 200 混凝土：fc=30.8MPa; ft=1.97MPa; Ec=25.1103MPa. 钢筋： fy=376MPa; fsu=681MPa; Es=205103MPa; As=284mm2. 150 100 N 915 152 50 152 N 平均应变 0 0.001 0.002 0.003 0.004 图4-2 轴心受拉构件破坏的三个阶段
二、基本计算公式 （4-1） 式中各符号的含义： ﹡承载力与混凝土和构件截面尺寸无关； ﹡高强钢筋不能发挥作用。 三、构造要求： 1、钢筋连接有绑扎连接、焊接连接、螺栓连接、套筒挤压连接等多种方式。轴拉构件不 得采用绑扎的搭接接头。
2、纵筋一侧配筋率 且 （为混凝土轴心抗拉强度设计值）。（配筋率的概念） 3、纵筋应沿截面周边均匀对称布置，并宜优先采用直径较小的钢筋。 4、箍筋直径 d≥6mm, 间距s ≤200mm (腹杆中 s ≤150mm)。 四、举例： P56例4-1 通过该例题，强调今后基本构件的设计中需注意的几点： 1、步骤，2、已知条件的查找，3、钢筋的选择 4、配筋图的表达。
§4-3 钢筋混凝土轴心受压构件 正截面承载力计算 概述： 轴压构件的截面形式： 正方形、矩形、圆形、多边形及环形等。 钢筋骨架
纵筋的作用： 1、帮助混凝土承受压力； ２、承担由初始偏心引起的附加弯矩所产生的拉力； ３、防止构件突然脆性破坏以增加构件的延性； ４、减小混凝土的徐变变形。 箍筋的作用： 图4-3 普通箍筋柱和螺旋箍筋柱 1、与纵筋形成骨架，防止纵筋受力后向外凸。 2、密排箍筋或螺旋式箍筋约束核心混凝土横向变形，进一步提高构件承载力及受压延性。
一、配置普通箍筋的轴心受压构件 1、试验研究分析 轴心受压构件按长细比不同分为短柱和长柱，《规范》规定以为l0/i =28为界，其中l0为柱的计算长度，i为截面的最小回转半径。 （4-2） 混凝土压应力 钢筋的压应力 （4-3）
式中： ——混凝土弹性系数； ——钢筋与混凝土弹性模量之比， 当N较小时，构件处于弹性阶段，此时弹性系数 =1，故钢筋应力 与混凝土应力 成直线增长，当Ｎ增大时，混凝土出现塑性应变，弹性系数 就减小。 因此 和 的应力增长就成曲线形状（图3-4）。 在轴心受压短柱中，不论受压钢筋在构件破坏时是否屈服，构件的最终承载力都是由混凝土被压碎来控制的。 图4-4 应力-荷载曲线示意图
对于长柱的承载能力 低于相同条件下的短柱承载能力 。目前采用引入稳定系数 来考虑这个因素， 值随着长细比的增大而减小，可查表4-1。 钢筋混凝土受压构件的稳定系数 表4-1 注： —构件计算长度；b—矩形截面短边；d—圆形截面直径； —截面最小回转半径。
2、基本计算公式 （4-4） ﹡当现浇钢筋混凝土轴心受压构件截面长边或直径大于300mm时，构件制作缺陷对承载力的影响较大，式（4-4）中混凝土强度设计值乘以系数0.8（构件质量确有保障时不受此限制）。 图4-5 轴心受压柱计算图
3、公式的应用 ﹡截面设计问题： 已知：N， ， ， ， 求：Ａ， 步骤： （1）根据构造要求及经验，定截面尺寸Ａ（b，h） b，h 或令 ， ，则
（2）计算 ，确定 （3）计算 （4）选配筋并绘制配筋图。 ﹡截面校核问题： 已知：b，h， ， ， ， 求： 步骤：（1）确定 （2）计算 ，若 ，则 若 ，则
4、构造要求 1）材料构造要求 混凝土抗压强度较高，为了减少柱截面尺寸，节约钢筋用量，应该采用强度等级较高的混凝土，对于高层建筑的底层柱，必要时可采用更高强度等级的混凝土。但钢筋不宜采用更高强度的钢筋，这是由于它与混凝土共同工作时，一般不能充分的挥其高强度的作用。 2）截面形式 轴心受压构件一般都采用正方形。在建筑上有美观要求时根据需要也可采用圆形及其它截面形式。为了施工方便，截面尺寸一般不小于250×250mm，而且要符合模数，800mm以下采用50mm的模数，800mm以上则采用100mm模数，构件长细比一般为15左右，不宜大于30。
3）纵向钢筋 纵筋是钢筋骨架的主要组成部分，为便于施工和保证骨架有足够的刚度，纵筋直径不宜小于12mm，通常选用16mm~28mm。纵筋要沿截面四周均匀布置，不得少于4根。全部受压钢筋的最小配筋率为0.6%，一侧的纵向钢筋最小配筋率为0.2%。纵筋间距一般不小于50mm。当构件在水平位置浇注时，纵筋净距不应小于30mm和1.5倍纵筋直径。 4）箍筋 ①应当采用封闭式箍筋，以保证钢筋骨架的整体刚度，并保证构件在破坏阶段箍筋对混凝土和纵向钢筋的侧向约束作用。
②箍筋采用热轧钢筋时，直径不应小于d/4，且不应小于6mm；采用冷拔低碳钢丝时应小于5mm和d/5（d为纵向钢筋的最大直径）。②箍筋采用热轧钢筋时，直径不应小于d/4，且不应小于6mm；采用冷拔低碳钢丝时应小于5mm和d/5（d为纵向钢筋的最大直径）。 ③箍筋间距不应大于400mm，且不应大于构件截面的短边尺寸；同时，在绑扎骨架中，不应大于15d；在焊接骨架中，不应大于20d（d为纵向钢筋的最小直径）。 ④当柱中全部纵向钢筋配筋率超过3%时，箍筋直径不宜小于8mm，间距不应大于纵向钢筋最小直径的10倍，且不应大于200mm。 ⑤当柱中每边的纵向受力钢筋不多于3根（或当柱短边尺寸而纵筋不多于4根时可采用单个箍筋，否则应设置复合箍筋（图4-6）。
图4-6 箍筋形式 二、配置螺旋箍筋的轴心受压构件 1、受力分析及破坏特征 箍筋的纵向约束作用： 纵向压缩 横向变形 纵向裂纹 若约束横向变形，使混凝土处于三向受压状态 承载力提高当N增大，砼的横向变形足够大时，对箍筋形成径向压力，反过来箍筋对砼施加被动的径向均匀约束压力。
应用：仅在轴向受力较大，而截面尺寸受到限制时采用，通常配置的箍筋比较多。应用：仅在轴向受力较大，而截面尺寸受到限制时采用，通常配置的箍筋比较多。 2、正截面受压承载力计算 (4-5) 由隔离体平衡得到（图4-7） (4-6a) (4-6b) 图4-7 混凝土径向压力示意图
(4-7) 根据轴心受力平衡条件，其正截面受压承载力计算如下： (4-8) 式子变换后得： (4-9) 式中 ——构件核心截面面积； ——螺旋式（或焊接环式）间接钢筋的换算截面面积；
但考虑到混凝土强度等大于C50时，间接钢筋对混凝土约束作用将会降低，给出一个折减系数 ，当混凝土强度等级为C80时，取0.85；当混凝土强度等级不超过C50时，取1.0；其间按线性内插法取用。 (4-10) 按式（4-10）算得构件受压承载力设计值不应大于按式（4-4）算得构件受压承载力设计值的1.5倍。 当遇到下列任意一种情况时，不考虑间接钢筋影响，而按式（4-4）进行计算： １）当l0/d>12时； ２）当按式（4-10）算得的受压承载力小于按式（4-4）算得的受压承载力时；
３）当间接钢筋的换算截面面积小于纵向钢筋的全部３）当间接钢筋的换算截面面积小于纵向钢筋的全部 截面面积25%时。 3、构造要求 在计算中考虑间接钢筋作用时，其螺距（或环形箍筋间距）s不应大于80mm，及dcor/5。同时亦不应小于40mm。螺旋箍筋柱截面尺寸常做成圆形或正多边形，纵向钢筋可选6～8根沿截面周边均匀布置。
