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第7章 鋼筋混凝土柱的設(shè)計(jì)及構(gòu)造,教學(xué)目標(biāo): 通過本章學(xué)習(xí)掌握鋼筋混凝土柱的設(shè)計(jì)方法及構(gòu)造要求;理解結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)結(jié)果是通過計(jì)算書和施工圖來表達(dá)。,一、構(gòu)造要求,二、軸心受壓柱承載力計(jì)算,三、軸心受壓柱截面設(shè)計(jì)步驟,1.材料選擇 受壓構(gòu)件的承載力主要取決于混凝土強(qiáng)度,混凝土宜采用較高強(qiáng)度等級(jí),C25及以上等級(jí)的混凝土,對(duì)于高層建筑的底層柱可采用更高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土;縱向鋼筋一般選用HRB335和HRB400、RRB400級(jí)熱軋鋼筋;箍筋一般采用HPB235級(jí)、HRB335級(jí)鋼筋,也可采用HRB400級(jí)鋼筋。,一、構(gòu)造要求,一般采用正方形或矩形。截面尺寸不宜小于250250,控制在l0/b30、l0/h25、l0/d25。l0為柱的計(jì)算長度,b為柱的短邊,h為柱的長邊,d為圓形柱的直徑。當(dāng)截面的邊長在800以下時(shí),以50為模數(shù),邊長在800以上時(shí),以100為模數(shù)。 框架柱截面尺寸可取h(1/151/20)H,H為層高;柱截面寬度可取b(12/3)h。截面高度不宜小于400mm,寬度不宜小于350mm,為避免發(fā)生剪切破壞,柱凈高與截面長邊之比宜大于4。,2.確定構(gòu)件形狀和尺寸,受力縱筋的配筋率 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定全部縱向鋼筋的配筋率不宜大于5%,也不應(yīng)小于0.6%;從經(jīng)濟(jì)和施工方便角度考慮,受壓鋼筋的配筋率一般不超過3%,通常在0.5%2%之間。,3.縱向鋼筋,受力縱筋的直徑 不宜小于12mm,通常在1632mm范圍內(nèi)選用。 受力縱筋的布置和間距 矩形截面鋼筋根數(shù)不得少于4根。軸心受壓構(gòu)件中縱向受力鋼筋應(yīng)沿截面四周均勻配置,偏心受壓構(gòu)件中縱向受力鋼筋應(yīng)布置在離偏心壓力作用平面垂直的兩側(cè)。圓形截面鋼筋根數(shù)不宜少于8根,且不應(yīng)少于6根,應(yīng)沿截面四周均勻配置??v向受力鋼筋的凈間距不應(yīng)小于50mm;偏心受壓構(gòu)件中距不宜大于300mm(圖7.6)。,一、構(gòu)造要求,受力縱筋的作用 協(xié)助混凝土受壓,減少截面尺寸;承受可能產(chǎn)生的較小彎矩;防止脆性破壞,增加構(gòu)件延性;減小混凝土徐變變形。,4.縱向構(gòu)造鋼筋 當(dāng)偏心受壓柱的截面高度h不小于600mm時(shí),在側(cè)面應(yīng)設(shè)置直徑為1016mm的縱向構(gòu)造鋼筋,其間距不宜大于500mm,并相應(yīng)地設(shè)置拉筋或復(fù)合箍筋。拉筋的直徑和間距可與基本箍筋相同,位置與基本箍筋錯(cuò)開(圖7.7)。 圖7.7 偏壓柱構(gòu)造鋼筋的設(shè)置,一、構(gòu)造要求,箍筋的作用 防止縱筋向外壓屈,提高柱的受剪承載力,與縱筋形成骨架,且對(duì)核心部分的混凝土起到約束作用。 箍筋的形式 受壓構(gòu)件中的周邊箍筋應(yīng)作成封閉式。對(duì)于形狀復(fù)雜的構(gòu)件,不可采用具有內(nèi)折角的箍筋。其原因是,內(nèi)折角處受拉箍筋的合力向外,可能使該處混凝土保護(hù)層崩裂。 圖7.8 復(fù)雜截面的箍筋形式,一、構(gòu)造要求,5.箍筋,當(dāng)柱截面短邊尺寸大于400mm,且各邊縱向鋼筋多于3根時(shí),或當(dāng)柱截面短邊不大于400mm,但各邊縱向鋼筋多于四根時(shí),應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋,其布置要求是使縱向鋼筋至少每隔一根位于箍筋轉(zhuǎn)角處(見圖7.9所示)。,圖7.9 箍筋的構(gòu)造 (a)軸心受壓柱 (b)偏心受壓柱,一、構(gòu)造要求,5.箍筋,箍筋的形式,箍筋的直徑和間距 箍筋直徑不應(yīng)小于d/4,且不應(yīng)小于6mm,(d為縱向鋼筋的最大直徑)。箍筋間距不應(yīng)大于400mm及構(gòu)件截面的短邊尺寸,且不應(yīng)大于15d(d 為縱向鋼筋的最小直徑)。 柱內(nèi)縱向鋼筋搭接長度范圍內(nèi)的箍筋間距應(yīng)加密,其直徑不應(yīng)小于搭接鋼筋較大直徑的0.25 倍。當(dāng)搭接鋼筋受壓時(shí),箍筋間距不應(yīng)大于10d,且不應(yīng)大于200mm;當(dāng)搭接鋼筋受拉時(shí),箍筋間距不應(yīng)大于5d,且不應(yīng)大于100mm,d為縱向鋼筋的最小直徑。當(dāng)受壓鋼筋直徑d25mm時(shí),尚應(yīng)在搭接接頭兩個(gè)端面外100mm范圍內(nèi)各設(shè)置兩個(gè)箍筋。,一、構(gòu)造要求,5.箍筋,鋼筋混凝土受壓構(gòu)件按縱向力與構(gòu)件截面形心相互位置的不同,可分為軸心受壓構(gòu)件與偏心受壓構(gòu)件(單向偏心受壓和雙向偏心受壓構(gòu)件),如圖7.3所示。當(dāng)縱向外力N的作用線與構(gòu)件截面形心軸線重合時(shí)為軸心受壓構(gòu)件,當(dāng)縱向外力N的作用線與構(gòu)件截面形心軸線不重合時(shí)為偏心受壓構(gòu)件。 (a)軸心受壓 (b)(c)單向偏心受壓 (d)雙向偏心受壓 圖7.3 軸心受壓和偏心受壓,二、軸心受壓柱承載力計(jì)算,1.短柱破壞形態(tài) 由于混凝土和鋼筋具有相近的壓應(yīng)變,兩者可共同工作,當(dāng)混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變時(shí),柱的四周出現(xiàn)明顯的縱向裂縫,混凝土保護(hù)層脫落,縱向鋼筋被壓曲,向外凸出,混凝土被壓壞而導(dǎo)致構(gòu)件破壞。破壞時(shí),一般中等強(qiáng)度的鋼筋能達(dá)到抗壓屈服強(qiáng)度,兩者強(qiáng)度都能充分利用。,二、軸心受壓柱承載力計(jì)算,短柱破壞形態(tài),長柱破壞形態(tài),2.長柱破壞形態(tài) 實(shí)際工程中構(gòu)件的初始偏心是不可避免的,對(duì)于長柱而言側(cè)向彎曲不能忽略,構(gòu)件將在壓力和彎矩的共同作用下,在壓應(yīng)力較大的一側(cè)首先出現(xiàn)縱向裂縫,接著混凝土被壓碎,縱向鋼筋壓彎向外凸出,由于混凝土柱失去平衡,壓應(yīng)力較小的一側(cè)的混凝土受力狀態(tài)將迅速發(fā)生變化,由受壓變?yōu)槭芾?,?gòu)件破壞 。,3. 承載能力計(jì)算 長柱的承載能力比短柱低,規(guī)范引入了穩(wěn)定系數(shù) 來表示長柱承載能力的降低程度。,二、軸心受壓柱承載力計(jì)算,求穩(wěn)定系數(shù) 穩(wěn)定系數(shù)主要和構(gòu)件的長細(xì)比 有關(guān),長細(xì)比越大, 值越?。ㄒ姳?.1)。構(gòu)件的計(jì)算長度l0與構(gòu)件兩端支承情況有關(guān),一般多層房屋中梁柱為剛接的框架結(jié)構(gòu),各層柱的計(jì)算長度l0可按表7.2確定。,l0 /b,計(jì)算公式,式中:N軸向壓力設(shè)計(jì)值 Nu軸向抗壓承載力設(shè)計(jì)值 A構(gòu)件的截面面積,當(dāng)縱筋的配筋率大于3%時(shí),A改用AAS。 As全部縱向鋼筋的截面面積 fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值; fy縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 0.9調(diào)整系數(shù),為了保證軸心受壓和偏心受壓具有相近的保證率。,(7.2),配置縱向鋼筋 根據(jù)計(jì)算,確定柱中縱向受力鋼筋的直徑和根數(shù)。 選擇箍筋 應(yīng)根據(jù)規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造要求選用適當(dāng)?shù)墓拷睢?驗(yàn)算配筋率 柱中全部縱向鋼筋的配筋率不宜大于5%,也不應(yīng)小于0.6%;同時(shí)一側(cè)受壓鋼筋的配筋率不應(yīng)小于0.2%;當(dāng)采用HRB400級(jí)、RRB400級(jí)鋼筋時(shí),全部縱向鋼筋最小配筋率不應(yīng)小于0.5%。 畫出配筋圖,3. 承載能力計(jì)算,二、軸心受壓柱承載力計(jì)算,3、計(jì)算簡(jiǎn)圖 除裝配式框架外,一般可將框架結(jié)構(gòu)的梁、柱節(jié)點(diǎn)視為剛性節(jié)點(diǎn),柱固結(jié)于基礎(chǔ)頂面。 4、荷載及內(nèi)力計(jì)算 結(jié)構(gòu)承受的作用包括豎向荷載、水平荷載和地震作用。豎向荷載包括結(jié)構(gòu)自重及樓(屋)面活荷載;水平荷載為風(fēng)荷載;地震作用主要是水平地震作用。多層建筑中的柱以軸力為主。,三、軸心受壓柱截面設(shè)計(jì)步驟,1.材料選擇,2.確定構(gòu)件形狀和尺寸,5.截面設(shè)計(jì),配置縱向鋼筋,選擇箍筋,驗(yàn)算配筋率,畫配筋圖,案例二應(yīng)用: 1、圖7.2中KZ3計(jì)算書: (一) 材料 混凝土強(qiáng)度等級(jí): C30 fc=14.3N/mm2 ; ft=1.43N/mm2 鋼 筋 級(jí) 別:HRB400 fy =360N/mm2 (二) 構(gòu)件尺寸 對(duì)于有抗震設(shè)防要求的框架結(jié)構(gòu), (為柱軸壓比限值,抗震等級(jí)一級(jí)時(shí)為0.7,二級(jí)時(shí)為0.8,三級(jí)時(shí)為0.9) 框架柱截面高度、寬度不宜小于300 mm 取b500mm ,h500mm (三)計(jì)算簡(jiǎn)圖 KZ1與KL3為剛性節(jié)點(diǎn),固結(jié)于基礎(chǔ)頂面 (四) 荷載及內(nèi)力計(jì)算 KZ3按軸心受壓柱計(jì)算,考慮到彎矩的影響將柱軸力乘以1.2的放大系數(shù) N11801.2=1416kN(含柱自重) 內(nèi)力N1180是由結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件算出的。,(五) 截面設(shè)計(jì) 1、縱向受力鋼筋 l0=1.0H =1.04.6m=4.6m(對(duì)底層柱應(yīng)取至基礎(chǔ)頂面計(jì)算) ,查表7.1 得 =0.988 因?yàn)镹11800.9, 不需計(jì)算,所以采用構(gòu)造配筋(參考第八章內(nèi)容)。 選擇鋼筋12 22( =4561.2mm2) 2、箍筋 按構(gòu)造要求配置箍筋:選雙肢箍 10 200,柱端箍筋加密為 10 100 3、驗(yàn)算配筋率 ,且5%,(六) 配筋簡(jiǎn)圖,?,個(gè)人道德素養(yǎng),做好個(gè)人道德素養(yǎng);不要因?yàn)樨澬”阋?,貪一時(shí)方便而不顧道德品行丟失把人格尊嚴(yán)都降低了。,因?yàn)橐粋€(gè)人把道德品質(zhì)丟失了,再想建立起來將是萬分的困難。,所以每個(gè)人都應(yīng)該尊首道德底線,不應(yīng)敗壞基本道德品質(zhì)。,以下是公司裡面出現(xiàn)的不好的現(xiàn)象: 1、廁所紙巾偷到宿舍去用 2、車間應(yīng)急藥箱裡面的藥偷走 (偷盜行為可恥),以下是公司裡面出現(xiàn)的不好的現(xiàn)象: 1、公共場(chǎng)所隨意扔垃圾 2、電視房垃圾亂丟,以下是公司裡面出現(xiàn)的不好的現(xiàn)象: 惡意損壞公共財(cái)物,以下是公司裡面出現(xiàn)的不好的現(xiàn)象: 吃飯不要浪廢食物,道德與生活,從字義看兩者的意義與差別: 1、倫理的意義: 倫類別、關(guān)係;理紋理、道理。 倫理人類社會(huì)裡種種身分間合理的關(guān)係,行為分際(做人要守本分)。(哪些人際關(guān)係、身分) 2、道德的意義: 道道路、道理;德獲得。 道德走人走的道路,便可獲得人的待遇。(不走捷徑、不誤入歧途尊嚴(yán)、榮譽(yù))人道 (ps.如何批評(píng)一個(gè)人罔顧為人?),道德與生活,1、利己
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