柱子是建築物中典型的受壓構件,其他像屋架的上弦杆、受壓腹杆,鋼筋混凝土牆體及拱等也是受壓構件。
受壓構件可分為軸心受壓和偏心受壓兩種。當縱向力作用在截麵重心上時稱為軸心受,當縱向力作用偏離構件截麵重心時稱為偏心受壓當構件上彎矩和軸力共同作用時,可看成具有偏心距辦=#的軸向壓力作用下偏心受壓。
實際工程中,理想的軸心受壓構件是不存在的。這是由於施工尺寸誤差、材料的離散性、鋼筋位置的偏差等造成的。
第一節受壓構件的構造
一、材料選擇
混凝土強度等級對受壓構件影響較大,通常用C20和C30。鋼筋一般選用m級以下,高強鋼筋不能充分發揮作用。
二、截麵形式及尺寸
截麵形狀應考慮模板製作方便,一般采用方形、矩形、圓形及多邊形,工業廠房也有I形截麵。截麵尺寸不宜太小,一般控製在(b為矩形截麵短邊,d為圓形截麵直徑)。為了施工方便,截麵尺寸應符合模數要求。當截麵尺寸過大時,應選用I形或空腹截麵。
三、配筋
1.縱向鋼筋
軸1心受壓構件中承載能力主要由混凝土負擔,設置縱向鋼筋的目的是:(1)協助混凝土承受壓力以減小截麵尺寸;(2)承受不大的彎矩;(3)防止構件的突然脆性破壞。偏心受壓構件中縱筋主要負擔彎矩產生的縱向拉力。
2.鋼箍
鋼箍的作用是防止縱筋壓屈和保證其正確位置,形成鋼筋骨架,便於施工。箍筋一般采用I級鋼,其直徑當采用熱軋鋼筋時不應小於6mm,當采用冷拔低碳鋼絲時不應小於4及5mm,為縱筋最大直徑。
柱中箍筋應做成封閉式。當柱每邊縱筋根數超過3根時,應設置複合鋼筋。當柱短邊不大於400mm,且縱筋不多於4根時,可不設置複合箍筋。縱筋至少每隔一根放置於箍筋轉角處,在設計中不可菜用內折角箍。
第二節軸心受壓柱的正截麵承載力計算
柱的長細比對其承載能力有較大影響。長柱常因側向撓度增大發生縱向彎曲破壞,其承載能力遠低於短柱。設以穩定係數代表長柱和短柱承載能力之比。
一、截麵強度計算公式
當縱筋時,改為當截麵的長邊或直徑小於300mm時,混凝土設計強度應乘以係數0.8。
二、構件計算長度
構件計算長度與構件支承情況有關。《規範》規定:
(1)實際工程中,梁與柱剛接的多層鋼筋混凝土框架柱按下列規定采用:
(2)可安無側考慮的鋼筋混凝土框架結構,如具有非輕質隔牆的多層房屋,當為三跨及以上或為兩跨且房屋總寬度不小於總高度的1/3。
上述H值:對底層柱,為基礎頂麵到一層樓蓋頂麵之間的距離;對其餘各層柱,取上、下兩層樓蓋頂麵之間的距離。
第三節偏心受壓柱的正截麵承載力計算
一、偏心受壓構件的破壞形態
1.大偏心受壓破壞
當構件偏心距較大且受拉鋼筋配置不多時,其相對受壓區高度較小。構件的破壞首先由受拉鋼筋達屈服強度引起,變形及垂直裂縫不斷發展,最後因受壓區混凝土壓碎而破壞。破壞有預兆,屬塑性破壞,亦稱受拉破壞,情況同適筋梁破壞。
當構件偏心距較小或受拉鋼筋配置較多時,其相對受壓高度較大。其破壞特征是:構件破壞是由受壓區混凝土壓碎引起的。近軸向力一側受壓縱筋應力達屈服強度,而遠力側縱筋應力尚未達到屈服強度,混凝土可能受壓或受拉。破壞前,變形和裂縫均不明顯,無預兆,屬脆性破壞,亦稱受壓破壞,情同超筋梁破壞。
3.大小偏心受壓的界限
構件破壞時縱筋應力達到屈服強度,同時受壓區混凝土達到極限壓應變而破壞。
二、矩形載麵大偏心受壓構件正截麵受壓承載力計算
適用條件與雙筋截麵受彎構件承載力公式柑同。
三、矩形截麵小補心受壓構件正截受壓承載力計算
四、偏心距增大係數
鋼筋混凝土柱在偏心荷載作用下將產生縱向彎曲變形,即側向撓度。側向撓度引起附加彎矩W/,或稱二階彎矩。當柱的長細比較大時,縱向彎曲的影響不容忽視,計算中必須考慮附加彎矩對構件承載力的影響。
在低載下,受力性能與長桂相似;超過臨界荷載後,構件失穩破壞,材料強度未充分發揮,設計中應盡量避免。
五、矩形截麵不對稱配筋計算
(一)大、小偏心受壓的實用判別方法在大、小偏心受壓的界限狀態下計算。
(二)大偏心受壓構件計算的基本公式其計算公式按式。
(三)適用條件
(1)為保證受拉鋼筋次達到屈服強度。
(2)為了保證構件破壞受壓鋼筋應力達到屈服強度。