钢筋混凝土柱设计.ppt

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1、项目二项目二 钢筋混凝土柱设计钢筋混凝土柱设计任务一任务一：轴心受压柱的设计：轴心受压柱的设计 柱是以承受轴向压力为主的受压构件柱是以承受轴向压力为主的受压构件。 在建筑结构中，柱支承水平结构构成空间，并逐层传在建筑结构中，柱支承水平结构构成空间，并逐层传递上部结构荷载至基础。柱在水工混凝土结构中应用非常递上部结构荷载至基础。柱在水工混凝土结构中应用非常广泛，广泛，如水闸工作桥立柱、渡槽的支承刚架立柱、水电站如水闸工作桥立柱、渡槽的支承刚架立柱、水电站厂房立柱等。厂房立柱等。 另外，闸墩、桥墩等也都属于柱另外，闸墩、桥墩等也都属于柱。 根据轴向压力作用位置不同，根据轴向压力作用位置不同，受压柱

2、可以分为受压柱可以分为轴心受轴心受压柱压柱和和偏心受压柱偏心受压柱两种类型。两种类型。 （1）当轴向压力通过柱截面）当轴向压力通过柱截面重心重心时，时，称为轴心受压柱称为轴心受压柱；当轴向压力与柱截面重心有一个偏心矩当轴向压力与柱截面重心有一个偏心矩e0时，称为偏心受压时，称为偏心受压柱。柱。 （2）当柱截面上同时作用有通过截面重心的轴向压力）当柱截面上同时作用有通过截面重心的轴向压力N和弯矩和弯矩M时，因为轴向压力时，因为轴向压力N和弯矩和弯矩M可以换算成具有偏可以换算成具有偏心矩心矩e0 = M /N的偏心轴向压力，所以也的偏心轴向压力，所以也称为偏心受压柱称为偏心受压柱。如图如图3-3所

3、示所示。 实际工程中，真正的轴心受压柱是不存在的。因为实际的实际工程中，真正的轴心受压柱是不存在的。因为实际的荷载合力对构件截面重心来说总是或多或少存在着偏心荷载合力对构件截面重心来说总是或多或少存在着偏心. . 例如例如: :混凝土混凝土浇注不均匀浇注不均匀，构件尺寸的，构件尺寸的施工误差施工误差，钢筋的，钢筋的不对称布置，装配式构件安装定位的不准确，都会导致轴向力不对称布置，装配式构件安装定位的不准确，都会导致轴向力产生偏心。当偏心矩小到在设计中可忽略不计时，如等跨柱网产生偏心。当偏心矩小到在设计中可忽略不计时，如等跨柱网的内柱、只承受节点荷载的桁架压杆、码头中的桩等结构，则的内柱、只承受

4、节点荷载的桁架压杆、码头中的桩等结构，则可近似按轴心受压柱计算。可近似按轴心受压柱计算。钢筋混凝土柱的构造钢筋混凝土柱的构造一、截面形式和尺寸一、截面形式和尺寸三、纵向钢筋三、纵向钢筋二、混凝土二、混凝土四、箍筋四、箍筋一、截面形式和尺寸一、截面形式和尺寸 1.截面形式截面形式 （1）轴心受压构件一般采用轴心受压构件一般采用方形方形或或圆形圆形截面。截面。 （2）偏心受压构件常采用）偏心受压构件常采用矩形矩形截面，截面长边布置在截面，截面长边布置在弯矩弯矩作用作用方向，长边与短边的比值一般为方向，长边与短边的比值一般为1.52.5。偏心受压构件可采用偏心受压构件可采用工字形工字形、T形形等形状

5、的截面。等形状的截面。 柱截面尺寸与长度相比不宜太小柱截面尺寸与长度相比不宜太小. 水工建筑中，现浇立柱的边长不宜小于水工建筑中，现浇立柱的边长不宜小于300mm，否则施否则施工缺陷所引起的影响就较为严重。水平浇筑的装配式柱则不工缺陷所引起的影响就较为严重。水平浇筑的装配式柱则不受此限制。受此限制。 为了施工支模方便，截面尺寸一般采用整数。为了施工支模方便，截面尺寸一般采用整数。柱截面边柱截面边长在长在800mm及以下时及以下时，以，以50mm为模数递增，为模数递增，800mm以上时，以上时，以以100mm为模数递增。为模数递增。二、混凝土二、混凝土 柱的受压承载力主要取决于混凝土的强度，柱的

6、受压承载力主要取决于混凝土的强度，采用强度等采用强度等级较高的混凝土，级较高的混凝土，可减小构件截面尺寸并节省钢材，比较经可减小构件截面尺寸并节省钢材，比较经济。柱常用的混凝土强度等级是济。柱常用的混凝土强度等级是C25或更高强度等级的混凝土或更高强度等级的混凝土；若截面尺寸不是由强度条件确定时（如闸墩），也可采用若截面尺寸不是由强度条件确定时（如闸墩），也可采用C15混凝土。混凝土。三、纵向钢筋三、纵向钢筋（1 1）强度）强度 （2 2）配筋率）配筋率 （3 3）根数与直径）根数与直径 （4 4）布置与间距）布置与间距 柱内纵向受力钢筋与混凝土共同承担轴向压力和弯柱内纵向受力钢筋与混凝土共同

7、承担轴向压力和弯矩。柱内配置的纵向受力钢筋常用矩。柱内配置的纵向受力钢筋常用HRB335级级、HRB400级或级或RRB400级。级。对受压钢筋来说，不宜采用高强度钢筋对受压钢筋来说，不宜采用高强度钢筋。 （1）强度）强度 受压构件的纵向钢筋，其数量受压构件的纵向钢筋，其数量不能过少不能过少。否则构。否则构件破坏时呈脆性，这对抗震不利。件破坏时呈脆性，这对抗震不利。（2）配筋率）配筋率 钢筋混凝土柱基本最小配筋率钢筋混凝土柱基本最小配筋率min项项次次分分 类类钢筋等级钢筋等级HPB235HRB335HRB400、RRB4001受弯构件、偏心受拉构件的受拉钢筋受弯构件、偏心受拉构件的受拉钢筋梁

8、梁板板0.250.200.200.150.200.152轴心受压柱的全部纵向钢筋轴心受压柱的全部纵向钢筋0.600.550.503偏心受压构件的受拉或受压钢筋偏心受压构件的受拉或受压钢筋柱、肋拱柱、肋拱墩墙、板、板拱墩墙、板、板拱0.250.200.200.150.200.15 纵向钢筋也不宜过多，配筋过多既不经济，也不纵向钢筋也不宜过多，配筋过多既不经济，也不便于施工。便于施工。 柱中全部纵向受力钢筋的经济柱中全部纵向受力钢筋的经济配筋率在配筋率在0.8%2%范围内范围内。 若荷载较大及截面尺寸受限制时若荷载较大及截面尺寸受限制时，配筋率可适当，配筋率可适当提高，但全部纵向钢筋配筋率提高，但

9、全部纵向钢筋配筋率不宜超过不宜超过5% 。纵向钢筋纵向钢筋（3 3）根数与直径）根数与直径 方形和矩形柱中纵向钢筋的根数方形和矩形柱中纵向钢筋的根数不得少于不得少于4根根，每边，每边不得不得少于少于2根根；圆形柱中纵向钢筋宜沿周边均匀布置，；圆形柱中纵向钢筋宜沿周边均匀布置，根根数不宜少于数不宜少于8根，且不应少于根，且不应少于6根根。纵向受力钢筋直径。纵向受力钢筋直径d不不宜小于宜小于12 mm，过小则钢筋骨架柔性大，施工不便。工，过小则钢筋骨架柔性大，施工不便。工程中通常在程中通常在1232mm范围范围内选择。内选择。（4 4）布置与间距）布置与间距 轴心受压柱的纵向受力钢筋应轴心受压柱的

10、纵向受力钢筋应沿周边均匀沿周边均匀布置布置.； 偏心受压柱的纵向受力钢筋则沿偏心受压柱的纵向受力钢筋则沿垂直垂直于弯矩作用平面的于弯矩作用平面的两个边布置。两个边布置。 当偏心受压柱的截面长边当偏心受压柱的截面长边h 600mm时，沿平行于弯矩时，沿平行于弯矩作用平面的两个侧面应设置作用平面的两个侧面应设置直径为直径为1016mm的纵向构造钢的纵向构造钢筋，其间距不应筋，其间距不应大于大于400mm，并相应设置复合箍筋或连系拉，并相应设置复合箍筋或连系拉筋。筋。 轴心受压柱和偏心受压柱中的纵向受力钢筋，其间距（中矩）轴心受压柱和偏心受压柱中的纵向受力钢筋，其间距（中矩）不应大于不应大于300m

11、m。纵向钢筋的净距不应小于。纵向钢筋的净距不应小于50mm ，如图，如图3-4所所示。水平浇筑的预制柱，纵筋最小静距要求与梁相同。示。水平浇筑的预制柱，纵筋最小静距要求与梁相同。 纵向钢筋的混凝土保护层厚度的要求与梁相同纵向钢筋的混凝土保护层厚度的要求与梁相同。四四 箍筋箍筋（1 1）作用、级别与形状）作用、级别与形状 （2 2）直径）直径 （3 3）间距）间距 （4 4）复合箍筋）复合箍筋 柱中的箍筋柱中的箍筋: （1）保证纵向钢筋的位置正确）保证纵向钢筋的位置正确. （2）防止纵向钢筋受压时向外弯凸和混凝土保护层横向胀防止纵向钢筋受压时向外弯凸和混凝土保护层横向胀裂剥落裂剥落. （3）可以

12、抵抗剪力，从而提高柱的承载能力和延性）可以抵抗剪力，从而提高柱的承载能力和延性。（1）作用、级别与形状作用、级别与形状 柱的箍筋柱的箍筋一般采用一般采用HPB235级钢筋、级钢筋、HRB335级钢筋级钢筋，也也可采用可采用HRB400级钢筋级钢筋，且应做成封闭式，并与纵筋绑扎或焊且应做成封闭式，并与纵筋绑扎或焊接形成整体骨架。接形成整体骨架。 对于热轧钢筋，箍筋直径对于热轧钢筋，箍筋直径不应小于不应小于0.25倍倍纵向钢筋的最大纵向钢筋的最大直径，且不应直径，且不应小于小于6mm。（2）直径）直径 箍筋的间距（箍筋的间距（中距中距）不应大于构件截面的短边尺寸，且）不应大于构件截面的短边尺寸，且

13、不应不应大于大于400mm，同时在绑扎骨架中，同时在绑扎骨架中不宜大于不宜大于15d；在焊接骨；在焊接骨架中架中不宜大于不宜大于20d。其中，。其中，d为纵向钢筋的最小直径为纵向钢筋的最小直径，如图，如图3-4所示。所示。（3）间距）间距 (1)(1)当柱内纵向钢筋采用绑扎搭接时，搭接长度范围内的箍筋当柱内纵向钢筋采用绑扎搭接时，搭接长度范围内的箍筋应加应加密。密。 (2)(2)当钢筋受拉时，其箍筋间距当钢筋受拉时，其箍筋间距s s55d d，且，且ss 100mm100mm；当钢筋；当钢筋受压时，受压时，箍筋间距箍筋间距s 10d，且，且s 200mm。 (3)(3)当受压钢筋当受压钢筋直径

14、直径d25mm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100mm范围内各设置两个箍筋。范围内各设置两个箍筋。 (4)(4)当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3%时，箍筋直径时，箍筋直径d 8mm，间距，间距s 10d（d为纵向钢筋的最小直径），且为纵向钢筋的最小直径），且s 200mm，而且应采用焊接封闭式箍筋。而且应采用焊接封闭式箍筋。（4）复合箍筋复合箍筋 当柱截面短边尺寸当柱截面短边尺寸大于大于400mm，且各边纵向钢筋且各边纵向钢筋多于多于3根根时，时， 当柱截面短边尺寸当柱截面短边尺寸不大于不大于400mm，但各边纵向钢筋但各边纵向钢

15、筋多多于于4根根时，应设置复合箍筋，以防止位于中间的纵向钢筋向外时，应设置复合箍筋，以防止位于中间的纵向钢筋向外弯凸。弯凸。 复合箍筋布置原则是尽可能使每根纵向钢筋均处于箍复合箍筋布置原则是尽可能使每根纵向钢筋均处于箍筋的转角处，若纵向钢筋根数较多，允许纵向钢筋隔一根位筋的转角处，若纵向钢筋根数较多，允许纵向钢筋隔一根位于箍筋的转角处。于箍筋的转角处。 轴心受压柱的复合箍筋布置如图轴心受压柱的复合箍筋布置如图3-5所示。偏心受压柱的所示。偏心受压柱的复合箍筋布置如图复合箍筋布置如图3-6所示。所示。 轴心受压柱的设计轴心受压柱的设计试验分析试验分析 一一 普通箍筋柱的计算普通箍筋柱的计算 二二

16、 一、试验分析一、试验分析短柱破坏试验短柱破坏试验长柱破坏试验长柱破坏试验（一）（一）（二）（二） 轴心受压柱按照箍筋配置方式不同，可分为轴心受压柱按照箍筋配置方式不同，可分为普通普通箍筋柱箍筋柱和和螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱。本节仅学习普通箍筋柱。本节仅学习普通箍筋柱。 柱承载力计算理论也是建立在试验基础之上。试柱承载力计算理论也是建立在试验基础之上。试验表明，构件的长细比对构件承载力影响较大。轴心验表明，构件的长细比对构件承载力影响较大。轴心受压柱的长细比是指柱计算长度受压柱的长细比是指柱计算长度l0与截面最小回转半与截面最小回转半径径i或矩形截面的短边尺寸或矩形截面的短边尺寸b之比。之比。 当当l0/i28或或l0/b8，为短柱为短柱；当当l0/i28或或l0 / b8，为长柱为长柱。（一）短柱破坏试验（一）短柱破坏试验 弹性弹性 阶段阶段 砼与钢筋始终保持共同变形，整个截面的应变是砼与钢筋始终保持共同变形，整个截面的应变是均匀分布的，两种材料的均匀分布的，两种材料的压应变压应变保持一致保持一致，应力的比应力的比值值基本上等于两者弹性模量之比。基本上等于两者弹性模量之比。 弹塑性弹塑性