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1、钢筋混凝土柱的设计和构造本讲稿第一页，共十五页1.1.材料选择材料选择 受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，混凝土宜采用较高强度受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，混凝土宜采用较高强度等级等级,C25,C25及以上等级的混凝土，对于高层建筑的底层柱可采用更高强及以上等级的混凝土，对于高层建筑的底层柱可采用更高强度等级的混凝土；纵向钢筋一般选用度等级的混凝土；纵向钢筋一般选用HRB335HRB335和和HRB400HRB400、RRB400RRB400级热轧级热轧钢筋；箍筋一般采用钢筋；箍筋一般采用HPB235HPB235级、级、HRB335HRB335级钢筋，也可采用级钢筋，也可采用HRB
2、400HRB400级钢筋。级钢筋。一、构造要求一、构造要求 一般采用正方形或矩形。截面尺寸不宜小于一般采用正方形或矩形。截面尺寸不宜小于250250250250，控制在，控制在l l0 0/b30/b30、l l0 0/h25/h25、l l0 0/d25/d25。l l0 0为柱的计算长度，为柱的计算长度，b b为柱的短边，为柱的短边，h h为柱为柱的长边，的长边，d d为圆形柱的直径。当截面的边长在为圆形柱的直径。当截面的边长在800800以下时，以以下时，以5050为模数，边为模数，边长在长在800800以上时，以以上时，以100100为模数。为模数。框架柱截面尺寸可取框架柱截面尺寸可取
3、h h（1/151/151/201/20）H H，H H为层高；柱截面宽度可为层高；柱截面宽度可取取b b（1 12/32/3）h h。截面高度不宜小于。截面高度不宜小于400mm400mm，宽度不宜小于，宽度不宜小于350mm350mm，为，为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4 4。2.2.确定构件形状和尺寸确定构件形状和尺寸本讲稿第二页，共十五页受力纵筋的配筋率受力纵筋的配筋率 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定全部纵向钢筋的配筋率不宜大于规定全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5%5%，也不应小于也不应小于0.6%0.6%；从经济和施
4、工方便角度考虑，受压钢筋的配筋率一；从经济和施工方便角度考虑，受压钢筋的配筋率一般不超过般不超过3%3%，通常在，通常在0.5%0.5%2%2%之间。之间。3.3.纵向钢筋纵向钢筋受力纵筋的直径受力纵筋的直径 不宜小于不宜小于12mm12mm，通常在，通常在161632mm32mm范围内选用。范围内选用。受力纵筋的布置和间距受力纵筋的布置和间距 矩形截面钢筋根数不得少于矩形截面钢筋根数不得少于4 4根。轴心受压构件中纵向受力钢筋应根。轴心受压构件中纵向受力钢筋应沿沿截面四周均匀配置截面四周均匀配置，偏心受压构件中纵向受力钢筋应布置在离偏心压，偏心受压构件中纵向受力钢筋应布置在离偏心压力作用平面
5、垂直的两侧。圆形截面钢筋根数不宜少于力作用平面垂直的两侧。圆形截面钢筋根数不宜少于8 8根，且不应少于根，且不应少于6 6根，应沿截面四周均匀配置。纵向受力钢筋的净间距不应小于根，应沿截面四周均匀配置。纵向受力钢筋的净间距不应小于50mm50mm；偏心；偏心受压构件中距不宜大于受压构件中距不宜大于300mm300mm（图（图7.67.6）。）。一、构造要求一、构造要求受力纵筋的作用受力纵筋的作用 协助混凝土受压，减少截面尺寸；承受可能产生的较小弯矩；防协助混凝土受压，减少截面尺寸；承受可能产生的较小弯矩；防止脆性破坏，增加构件延性；减小混凝土徐变变形。止脆性破坏，增加构件延性；减小混凝土徐变变
6、形。本讲稿第三页，共十五页4.4.纵向构造钢筋纵向构造钢筋 当偏心受压柱的截面高度当偏心受压柱的截面高度h h不小于不小于600mm600mm时，在侧面应设置直径为时，在侧面应设置直径为101016mm16mm的纵向构造钢筋，其间距不宜大于的纵向构造钢筋，其间距不宜大于500mm500mm，并相应地设置拉，并相应地设置拉筋或复合箍筋。拉筋的直径和间距可与基本箍筋相同，位置与基本筋或复合箍筋。拉筋的直径和间距可与基本箍筋相同，位置与基本箍筋错开（图箍筋错开（图7.77.7）。）。图图7.7 偏压柱构造钢筋的设置偏压柱构造钢筋的设置一、构造要求一、构造要求本讲稿第四页，共十五页箍筋的作用箍筋的作用
7、 防止纵筋向外压屈，提高柱的受剪承载力，与纵筋形成骨架，且对防止纵筋向外压屈，提高柱的受剪承载力，与纵筋形成骨架，且对核心部分的混凝土起到约束作用。核心部分的混凝土起到约束作用。箍筋的形式箍筋的形式 受压构件中的周边箍筋应作成封闭式。对于形状复杂的构件，受压构件中的周边箍筋应作成封闭式。对于形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋。其原因是，内折角处受拉箍筋的合力不可采用具有内折角的箍筋。其原因是，内折角处受拉箍筋的合力向外，可能使该处混凝土保护层崩裂。向外，可能使该处混凝土保护层崩裂。图图7.8 复杂截面的箍筋形式复杂截面的箍筋形式一、构造要求一、构造要求5.5.箍筋箍筋本讲稿第五页，共十五
8、页 当柱截面短边尺寸大当柱截面短边尺寸大于于400mm400mm，且各边纵向钢筋，且各边纵向钢筋多于多于3 3根时，或当柱截面短根时，或当柱截面短边不大于边不大于400mm400mm，但各边纵，但各边纵向钢筋多于四根时，应设向钢筋多于四根时，应设置复合箍筋，其布置要求置复合箍筋，其布置要求是使纵向钢筋至少是使纵向钢筋至少每隔一每隔一根位于箍筋转角处根位于箍筋转角处（见图（见图7.97.9所示）。所示）。图图7.9 箍筋的构造箍筋的构造 （a）轴心受压柱）轴心受压柱(b)偏心受压柱偏心受压柱一、构造要求一、构造要求5.5.箍筋箍筋箍筋的形式箍筋的形式本讲稿第六页，共十五页箍筋的直径和间距箍筋的直
9、径和间距 箍筋直径不应小于箍筋直径不应小于d/4d/4，且不应小于，且不应小于6mm6mm，（，（d d为纵向钢筋的最大为纵向钢筋的最大直径）。箍筋间距不应大于直径）。箍筋间距不应大于400mm400mm及构件截面的短边尺寸，且不应大及构件截面的短边尺寸，且不应大于于1515d d（d d 为纵向钢筋的最小直径）。为纵向钢筋的最小直径）。柱内纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋间距应加密，其直径不柱内纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋间距应加密，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的应小于搭接钢筋较大直径的0.25 0.25 倍。当搭接钢筋受压时，箍筋倍。当搭接钢筋受压时，箍筋间距不应大于间距不应大于10d10d
10、，且不应大于，且不应大于200mm200mm；当搭接钢筋受拉时，箍筋间；当搭接钢筋受拉时，箍筋间距不应大于距不应大于5d5d，且不应大于，且不应大于100mm100mm，d d为纵向钢筋的最小直径。当为纵向钢筋的最小直径。当受压钢筋直径受压钢筋直径d d25mm25mm时，尚应在搭接接头两个端面外时，尚应在搭接接头两个端面外100mm100mm范围范围内各设置两个箍筋。内各设置两个箍筋。一、构造要求一、构造要求5.5.箍筋箍筋本讲稿第七页，共十五页 钢筋混凝土受压构件按纵向力与构件截面形心相互位置的钢筋混凝土受压构件按纵向力与构件截面形心相互位置的不同，可分为轴心受压构件与偏心受压构件（单向偏
11、心受压和不同，可分为轴心受压构件与偏心受压构件（单向偏心受压和双向偏心受压构件），如图双向偏心受压构件），如图7.37.3所示。当纵向外力所示。当纵向外力N N的作用线与构的作用线与构件截面形心轴线重合时为轴心受压构件，当纵向外力件截面形心轴线重合时为轴心受压构件，当纵向外力N N的作用线与的作用线与构件截面形心轴线不重合时为偏心受压构件。构件截面形心轴线不重合时为偏心受压构件。（a a）轴心受压）轴心受压 （b b）（）（c c）单向偏心受压）单向偏心受压 （d d）双向偏心受压）双向偏心受压 图图7.3 7.3 轴心受压和偏心受压轴心受压和偏心受压二、轴心受压柱承载力计算二、轴心受压柱承载
12、力计算本讲稿第八页，共十五页1.1.短柱破坏形态短柱破坏形态 由于混凝土和钢筋具有相近的压应变，两者可共由于混凝土和钢筋具有相近的压应变，两者可共同工作，当混凝土达到极限压应变时，柱的四周出同工作，当混凝土达到极限压应变时，柱的四周出现明显的纵向裂缝，混凝土保护层脱落，纵向钢筋现明显的纵向裂缝，混凝土保护层脱落，纵向钢筋被压曲，向外凸出，混凝土被压坏而导致构件破坏。被压曲，向外凸出，混凝土被压坏而导致构件破坏。破坏时，一般中等强度的钢筋能达到抗压屈服强度，破坏时，一般中等强度的钢筋能达到抗压屈服强度，两者强度都能充分利用。两者强度都能充分利用。二、轴心受压柱承载力计算二、轴心受压柱承载力计算短
13、柱破坏形态短柱破坏形态长柱破坏形态长柱破坏形态2.2.长柱破坏形态长柱破坏形态 实际工程中构件的初始偏心是不可避免的，对于长柱而实际工程中构件的初始偏心是不可避免的，对于长柱而言侧向弯曲不能忽略，构件将在压力和弯矩的共同作用下，言侧向弯曲不能忽略，构件将在压力和弯矩的共同作用下，在压应力较大的一侧首先出现纵向裂缝，接着混凝土被压碎，在压应力较大的一侧首先出现纵向裂缝，接着混凝土被压碎，纵向钢筋压弯向外凸出，由于混凝土柱失去平衡，压应力较纵向钢筋压弯向外凸出，由于混凝土柱失去平衡，压应力较小的一侧的混凝土受力状态将迅速发生变化，由受压变为受小的一侧的混凝土受力状态将迅速发生变化，由受压变为受拉，
14、构件破坏拉，构件破坏 。本讲稿第九页，共十五页3.3.承载能力计算承载能力计算 长柱的承载能力比短柱低，长柱的承载能力比短柱低，规范规范引入了稳定系数引入了稳定系数 来表来表示长柱承载能力的降低程度。示长柱承载能力的降低程度。二、轴心受压柱承载力计算二、轴心受压柱承载力计算求稳定系数求稳定系数 稳定系数主要和构件的长细比稳定系数主要和构件的长细比 有关，长细比越大，有关，长细比越大，值越小（见表值越小（见表7.17.1）。构件的计算长度）。构件的计算长度l l0 0与构件两端支承情况有关，与构件两端支承情况有关，一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构，各层柱的计算长度一般多层房屋中梁柱为刚接的框架
15、结构，各层柱的计算长度l l0 0可可按表按表7.27.2确定。确定。l0/b/b计算公式计算公式式中：式中：N N轴向压力设计值轴向压力设计值 N Nu u轴向抗压承载力设计值轴向抗压承载力设计值 A A构件的截面面积，当纵筋的配筋率大于构件的截面面积，当纵筋的配筋率大于3%3%时，时，A A改用改用A AA AS S。As全部纵向钢筋的截面面积全部纵向钢筋的截面面积 fcfc混凝土轴心抗压强度设计值混凝土轴心抗压强度设计值;fy纵向钢筋的抗压强度设计值纵向钢筋的抗压强度设计值 0.90.9调整系数，为了保证轴心受压和偏心受压具有相近的保证率。调整系数，为了保证轴心受压和偏心受压具有相近的保
16、证率。（7.2）本讲稿第十页，共十五页配置纵向钢筋配置纵向钢筋 根据计算，确定柱中纵向受力钢筋的直径和根数。根据计算，确定柱中纵向受力钢筋的直径和根数。选择箍筋选择箍筋 应根据规范规定的构造要求选用适当的箍筋。应根据规范规定的构造要求选用适当的箍筋。验算配筋率验算配筋率 柱中全部纵向钢筋的配筋率不宜大于柱中全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5%5%，也不应小于，也不应小于0.6%0.6%；同；同时一侧受压钢筋的配筋率不应小于时一侧受压钢筋的配筋率不应小于0.2%0.2%；当采用；当采用HRB400HRB400级、级、RRB400RRB400级钢筋时，全部纵向钢筋最小配筋率不应小于级钢筋时，全部纵向钢
17、筋最小配筋率不应小于0.5%0.5%。画出配筋图画出配筋图3.3.承载能力计算承载能力计算二、轴心受压柱承载力计算二、轴心受压柱承载力计算本讲稿第十一页，共十五页3 3、计算简图、计算简图 除装配式框架外，一般可将框架结构的梁、柱节点视为刚性除装配式框架外，一般可将框架结构的梁、柱节点视为刚性节点，柱固结于基础顶面。节点，柱固结于基础顶面。4 4、荷载及内力计算、荷载及内力计算 结构承受的作用包括竖向荷载、水平荷载和地震作用。竖向结构承受的作用包括竖向荷载、水平荷载和地震作用。竖向荷载包括结构自重及楼（屋）面活荷载；水平荷载为风荷载；荷载包括结构自重及楼（屋）面活荷载；水平荷载为风荷载；地震作
18、用主要是水平地震作用。多层建筑中的柱以轴力为主。地震作用主要是水平地震作用。多层建筑中的柱以轴力为主。三、轴心受压柱截面设计步骤三、轴心受压柱截面设计步骤1.1.材料选择材料选择2.2.确定构件形状和尺寸确定构件形状和尺寸5.5.截面设计截面设计配置纵向钢筋配置纵向钢筋选择箍筋选择箍筋验算配筋率验算配筋率画配筋图画配筋图本讲稿第十二页，共十五页案例二应用：案例二应用：1 1、图、图7.27.2中中KZ3KZ3计算书：计算书：（一）（一）材料材料 混凝土强度等级：混凝土强度等级：C30 C30 f fc c=14.3N/mm=14.3N/mm2 2 ；f ft t=1.43N/mm=1.43N/
19、mm2 2钢钢 筋筋 级级 别：别：HRB400 HRB400 f fy y=360N/mm=360N/mm2 2 （二）（二）构件尺寸构件尺寸对于有抗震设防要求的框架结构，对于有抗震设防要求的框架结构，（为柱轴压比限值，抗震等级一级时为为柱轴压比限值，抗震等级一级时为0.70.7，二级时为，二级时为0.80.8，三级时为，三级时为0.90.9）框架柱截面高度、宽度不宜小于框架柱截面高度、宽度不宜小于300 mm300 mm取取b b500mm 500mm，h h500mm500mm（三）计算简图（三）计算简图KZ1KZ1与与KL3KL3为刚性节点，固结于基础顶面为刚性节点，固结于基础顶面（四
20、）（四）荷载及内力计算荷载及内力计算KZ3KZ3按轴心受压柱计算，考虑到弯矩的影响将柱轴力乘以按轴心受压柱计算，考虑到弯矩的影响将柱轴力乘以1.21.2的放大系数的放大系数 N N118011801.2=1416kN1.2=1416kN（含柱自重）（含柱自重）内力内力N N11801180是由结构计算软件算出的。是由结构计算软件算出的。本讲稿第十三页，共十五页（五）（五）截面设计截面设计1、纵向受力钢筋、纵向受力钢筋l0=1.0H=1.04.6m=4.6m（对底层柱应取至基础顶面计算）（对底层柱应取至基础顶面计算），查表，查表7.1 得得 =0.988因为因为N11800.9，不需计算，所以采用构造配筋（参考第八章内容）。不需计算，所以采用构造配筋（参考第八章内容）。选择钢筋选择钢筋12 22（=4561.2mm2）2、箍筋、箍筋按构造要求配置箍筋：选双肢箍按构造要求配置箍筋：选双肢箍 10 200，柱端箍筋加密为，柱端箍筋加密为 10 1003、验算配筋率、验算配筋率 ,且且5%本讲稿第十四页，共十五页（六）配筋简图本讲稿第十五页，共十五页