选截面尺寸为400mm×400mm。 (2)计算受压纵筋面积
查规范附表,l0=1.25H,l0/b=1.25×3.6/0.4=11.25 查规范附表,φ=0.961 由公式得
(3)选配钢筋
选配纵筋8f22,实配纵筋面积As′=3014mm2
ρ′= As′/ A=3041/160000=1.9%>ρmin′=0.6%
满足配筋率要求; 按构造要求,选配箍筋
柱截面配筋图如右图(结构施工图) 13.2.4螺旋箍筋柱简介
在普通箍筋柱中,箍筋是构造钢筋。柱破坏时,混凝土处于单向受压状态。而螺旋箍筋柱的箍筋既是构造钢筋又是受力钢筋。由于螺旋筋或焊接环筋的套箍作用可约束核心混凝土(螺旋筋或焊接环筋所包围的混凝土)的横向变形,使得核心混凝土处于三向受压状态,从而间接地提高混凝土的纵向抗压强度。当混凝土纵向压缩产生横向膨胀时,将受到密排螺旋筋或焊接环筋的约束,在箍筋中产生拉力而在混凝土中产生侧向压力。当构件的压应变超过无约束混凝土的极限应变后,尽管箍筋以外的表层混凝土会开裂甚至剥落而退出工作,但核心混凝土尚能继续承担更大的压力,直至箍筋屈服。显然,混凝土抗压强度的提高程度与箍筋的约束力的大小有关。为了使箍筋对混凝土有足够大的约束力,箍筋应为圆形,当为圆
环时应焊接。由于螺旋筋或焊接环筋间接地起到了纵向受压钢筋的作用,故又称之为间接钢筋。
需要说明的是,螺旋箍筋柱虽可提高构件承载力,但施工复杂,用钢量较多,一般仅用于轴力很大,截面尺寸又受限制,采用普通箍筋柱会使纵向钢筋配筋率过高,而混凝土强度等级又不宜再提高的情况。
螺旋箍筋柱的截面形状一般为圆形或正八边形。箍筋为螺旋环或焊接圆环,间距不应大于80mm及0.2
(
为构件核心直径,即螺旋箍筋内皮直径),且不宜小于40mm。
间接钢筋的直径应符合柱中箍筋直径的规定。 13.3 偏心受压构件承载力计算 13.3.1偏心受压构件破坏特征
偏心受压构件在承受轴向力N和弯矩M的共同作用时,等效于承受一个偏心距为
e0=M/N的偏心力N的作用,当弯矩M相对较小时,e0就很小,构件接近于轴心受压,相反
当N相对较小时, e0就很大,构件接近于受弯,因此,随着e0的改变,偏心受压构件的受力性能和破坏形态介于轴心受压和受弯之间。按照轴向力的偏心距和配筋情况的不同,偏心受压构件的破坏可分为受拉破坏和受压破坏两种情况。 1、受拉破坏
当轴向压力偏心距e0较大,且受拉钢筋配置不太多时,构件发生受拉破坏。在这种情况下,构件受轴向压力N后,离N较远一侧的截面受拉,另一侧截面受压。当N增加到一定程度,首先在受拉区出现横向裂缝,随着荷载的增加,裂缝不断发展和加宽,裂缝截面处的拉力全部由钢筋承担。荷载继续加大,受拉钢筋首先达到屈服,并形成一条明显的主裂缝,随后主裂缝明显加宽并向受压一侧延伸,受压区高度迅速减小。最后,受压区边缘出现纵向裂缝,受压区混凝土被压碎而导致构件破坏(图13.10(a))。此时,受压钢筋一般也能屈服。由于受拉破坏通常在轴向压力偏心距e0较大发生,故习惯上也称为大偏心受压破坏。受拉破坏有明显预兆,属于延性破坏。 2、受压破坏
当构件的轴向压力的偏心距e0较小,或偏心距e0虽然较大但配置的受拉钢筋过多时,就发生这种类型的破坏。加荷后整个截面全部受压或大部份受压,靠近轴向压力侧的混凝土压应力较高,远离轴向压力一侧压应力较小甚至受拉。随着荷载
一
逐渐增加,
靠近轴一侧混凝土出现纵向裂缝,进而混凝土达到极限应变εcu被压碎,受压钢筋
一侧的钢筋
的
应力也达到fy′,远离可能受压,也可能受拉,但因本身截面应力太小,
或因配筋过多,都达不到屈服强度(13.10(b))。由于受压破坏通常在轴向压力偏心距e0较小时发生,故习惯上也称为小偏心受压破坏。受压破坏无明显预兆,属脆性破坏。
图13.10 (a)受拉破坏 (b)受压破坏
3、受拉破坏与受压破坏的界限
综上可知,受拉破坏和受压破坏都属于“材料破坏”。其相同之处是,截面的最终破坏都是受压区边缘混凝土达到极限压应变而被压碎。不同之处在于截面破坏的起因不同,即截面受拉部分和受压部分谁先发生破坏,前者是受拉钢筋先屈服而后受压混凝土被压碎,后者是受压部分先发生破坏。受拉破坏与受弯构件正截面适筋破坏类似,而受压破坏类似于受弯构件正截面的超筋破坏,故受拉破坏与受压破坏也用界限相对受压区高度即:≤
属大偏心受压破坏;>
为小偏心受压破坏。其中
作为界限,
按规范采用。
13.3.2偏心距增大系数η
在偏心力作用下,钢筋混凝土受压构件将产生纵向弯曲变形,即会产生侧向挠度,从而导致截面的初始偏心矩增大。如1/2柱高处的初始偏心距将由弯矩也将由N增大为N(
增大为
+f ,截面最大
+f )。 f 随着荷载的增大而不断加大,因而弯矩的增长也
就越来越快,结果致使柱的承载力降低。这种偏心受压构件截面内的弯矩受轴向力和侧向挠度变化影响的现象称为“压弯效应”,截面弯矩中的N ei称为一阶弯矩,将N·f称为二阶弯矩或附加弯矩。引入偏心距增大系数η,相当于用η 钢筋混凝土偏心受压构件按其长细比增大系数η分别按下述方法确定: (1)对短柱(矩形截面
≤5),可不考虑纵向弯曲对偏心距的影响,取η=1.0。
代替
+f 。
不同分为短柱、长柱和细长柱,其偏心距
(2)对长柱(矩形截面5<≤30=,偏心距增大系数按下式计算:
(13.4)
(13.5)
(13.6)
式中:
——构件的计算长度。对无侧移结构的偏心受压构件,可取两端不动之点之间的轴线长度; ——截面高度,对环形截面取外直径——截面有效高度;
——小偏心受压构件界面曲率修正系数,当
大于1.0时,取
等于1.0;
;
<15时,取
等于1.0。
;对圆形截面取直径
;
——构件的截面面积,对于T形、I字形截面,均取——偏心受压构件长细比对截面曲率的修正系数,当13.3.3、承载力计算公式
根据偏心受压构件破坏时的状态和基本假定,可绘出矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算简图(图13.11)。
(a)大偏心受压 (b)界限偏心受压 (c)小偏心受
压
图13.11 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算简图
1、大偏心受压≤
由平衡条件,可写出基本计算 公式为:
(13.7)
(13.8)
式中 :
——轴向压力设计值;
——混凝土轴心抗压强度设计值; ——截面宽度;
——混凝土的受压区高度; ——截面的有效高度;
——受压钢筋的合力作用点到截面受压边缘的距离; 、
——纵向受拉钢筋和受压钢筋的强度计算值;