单元13 钢筋混凝土受压和受拉构件承载力计
算
【学习目标】
1、会进行轴心受压柱截面设计，能准确绘制和识读其结构施工图； 2、能够看懂柱的结构施工图，并且可以指导工人钢筋下料； 3、能够灵活运用O3G101-1柱平法；
4、能够分析柱的受力及配筋情况，能够进行柱的的图纸会审； 【知识点】
钢筋混凝土受压构件的构造要求；轴心受压构件的承载力计算；偏心受压构件的承载力计算求；受拉构件承载力计算；O3G101-1柱平法。 【工作任务】
项 目 钢筋混凝土受压柱设计 【教学设计】
本单元的教学内容是受压和受拉构件，本单元设计一个项目----钢筋混凝土受压柱设计。要完成这个项目，教学分6个步骤完成，布置项目——学生收集相关设计资料及工程实际调研——教师教学（按知识点分别依次教学）——学生动手设计(提出问题，教师解答)——学生检验设计成果（分小组讨论）——教师、工程技术人员检验评价 13．1 受压构件的构造要求 13.1.1受压构件实例
按照纵向力在截面上作用位置的不同，纵向受力构件分为轴心受力构件和偏心受力构件。纵向力作用线与构件轴线重合的构件称为轴心受力构件，否则为偏心受力构件。偏心受力构件又可分为单向偏心受力构件和双向偏心受力构件。纵向力可以是拉力，也可以是压力，因此，轴心受力构件可分为轴心受拉构件和轴心受压构件（如图13.1,13.2）。偏心受力构件可分为偏心受拉构件和偏心受压构件。建筑工程中，受压构件是最重要最常见的承重构件之一。
本课只介绍轴心受力构件和单向偏心受力构件。 13.1.2材料强度
受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，采用较高强度等级的混凝土可以减小构件截面尺寸，节省钢材，因而柱中混凝土一般宜采用较高强度等级，但不宜选用高强度钢筋。其原因是受压钢筋要与混凝土共同工作，钢筋应变受到混凝土极限压应变的限制，而混凝土极限压应变很小，所以高强度钢筋的受压强度不能充分利用。《混凝土规范》规定受压钢筋的最大抗压强度为400N/mm2。一般柱中采用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度等级的混凝土，例如采用C40或以上；纵向钢筋一般采用HRB400和HRB335级热轧钢筋。
13.1.3截面型式及尺寸要求
钢筋混凝土受压构件通常采用方形或矩形截面，以便制作模板。一般轴心受压柱以方形为主，偏心受压柱以矩形为主。当有特殊要求时，也可采用其他形式的截面，如轴心受压柱可采用圆形、多边形等，偏心受压柱还可采用I形、T形等。
为了充分利用材料强度，避免构件长细比太大而过多降低构件承载力，柱截面尺寸不宜过小。一般应符合
≤25及
≤30（其中
为柱的计算长度，h和b分别为截面
的高度和 宽度）。对于方形和矩形截面，其尺寸不宜小于250×250mm。为了便于模板尺寸模数化，柱截面边长在800mm以下者，宜取50mm 的倍数；在800mm以上者，取为100mm的倍数。
13.1.4配筋构造 1、纵向受力钢筋
13.3柱子纵向钢筋的布置 （a）轴心受压柱(b)偏心受压柱
轴心受压构件的荷载主要由混凝土承担，设置纵向受力钢筋的目的有三：协助混凝土承受压力，减小截面尺寸；承受可能的弯矩，以及混凝土收缩和温度变形引起的拉应力；防止构件突然的脆性破坏。轴心受压柱的纵向受力钢筋应沿截面四周均匀对称布置，偏心受压柱的纵向受力钢筋布置在弯矩作用方向的两对边，圆柱中纵向受力钢筋宜沿周边均匀布置。
纵向受力钢筋直径d不宜∮12mm，通常采用 12～32mm。一般宜采用根数较少，直径较粗的钢筋，以保证骨架的刚度。方形和矩形截面柱中纵向受力钢筋不少于４根，圆柱中不宜少于8根且不应少于6根。纵向受力钢筋的净距不应小于50mm，偏心受压柱中垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋及轴心受压柱中各边的纵向受力钢筋的中距不宜大于300mm（图13.3）。对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小净距距可按梁的有关规定采用。受压构件纵向钢筋的最小配筋率应符合规范的规定。从经济和施工方便（不使钢筋太密集）角度考虑，全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5％。受压钢筋的配筋率一般不超过3％，通常在0.5 ％～2％之间。
偏心受压构件的纵向钢筋配置方式有两种。一种是在柱弯矩作用方向的两对边对称配置相同的纵向受力钢筋，这种方式称为对称配筋。对称配筋构造简单，施工方便，不易出错，但用钢量较大。另一种是非对称配筋，即在柱弯矩作用方向的两对边配置不同的纵向受力钢筋。非对称配筋的优缺点与对称配筋相反。在实际工程中，为避免吊装出错，装配式柱一般采用对称配筋。屋架上弦、多层框架柱等偏心受压构件，由于在不同荷载（如风荷载、竖向荷载）组合下，在同一截面内可能要承受不同方向的弯矩，即在某一种荷载组合作用下受拉的部位在另一种荷载组合作用下可能就变为受压，当这两种不同符号的弯矩相差不大时，为了设计、施工方便，通常也采用对称配筋。 2、箍筋(如图13.5施工现场箍筋施工照片与结构图比照)
13.4 箍筋的构造
（a）轴心受压柱 （b）偏心受压柱
受压构件中箍筋的作用是保证纵向钢筋的位置正确，防止纵向钢筋压屈，从而提高柱的承载能力。
受压构件中的周边箍筋应做成封闭式。箍筋直径不应小于
（
为纵向钢筋的最
大直径），且不应小于6mm。箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸，且不应大于15（
为纵向受力钢筋的最小直径）如图13.5。当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3％
（
为纵向受力钢筋的最小直径），
时，箍筋直径不应小于8mm，间距不应大于10
且不应大200mm；箍筋末端应做成135°弯钩且弯钩末端 平直段长度不应小于直径的10倍。
在纵向钢筋搭接长度范围内，箍筋的直径不宜小于搭接钢筋直径的0.25倍。箍筋间距，当搭接钢筋为受拉时，不应大于5当搭接钢筋为受压时，不应大于10
（
为受力钢筋中最小直径），且不应大于100mm；
，且不应大于200mm。当搭接受压钢筋直径大于25mm
时，应在搭接接头两个端面外100mm范围内各设置2根箍筋。
当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵向受力钢筋多于3根时，或当柱截面短边尺寸不大于400mm但各边纵向钢筋多于4根时，应设置复合箍筋，以防止中间钢筋被压屈（图13.4）。复合箍筋的直径、间距与前述箍筋相同。
当偏心受压柱的截面高度≥ 600mm时，在柱的侧面上应设置直径为10～16mm的纵向构造钢筋，并相应设置复合箍筋或拉筋。
对于截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋（图13.6）。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。
图13.6 复杂截面的箍筋形式