框架、框剪结构(学习意境2-框架柱与剪力墙施工).ppt

本章主要内容#熟悉框架柱的力学特点和构造要求#熟悉框架柱（剪力墙）钢筋的制作与安装#熟悉框架柱（剪力墙）模板的配模与安装#熟悉框架柱的配筋计算与承载力计算#掌握框架柱（剪力墙）混凝土施工工艺#掌握施工质量通病、防治方法,第二章 框架柱与剪力墙施工,受压构件,当柱只有轴向压力作用，且作用线与柱的截面重心重合时，称为轴心受压构件。当轴向压力作用线偏离截面重心或构件截面上同时作用轴向压力N和弯矩M时，称为偏心受压构件。,偏心受压又可分为单向偏心受压和双向偏心受压,单向偏心受压轴向力N只在截面一个主轴方向有偏心，或截面上同时作用轴向压力N和单向弯矩M。双向偏心受压轴向力N在两个主轴方向都有偏心距，或截面上同时作用轴向压力N和双向弯矩M。,在工程结构中，由于混凝土质量不均匀，配筋不对称，制作和安装误差等原因，理想的轴心受压构件是不存在的。屋架（桁架）的受压腹杆、等跨多层框架的中柱因弯矩很小而忽略不计，可以近似的按轴心受压构件计算。单层厂房柱、框架柱、屋架上弦杆、拱都属于偏心受压构件，框架柱结构的角柱属双向偏心受压构件。,钢筋混凝土轴心受压构件中配有纵筋和箍筋,纵筋的作用是：,与混凝土共同承担压力，提高构件的正截面受压承载力；,箍筋的作用是：,承受可能存在的较小的弯矩以及混凝土收缩和温变 起的拉应力；,改善混凝土的变形能力，防止构件发生脆性破坏。,固定纵向钢筋的位置，与纵筋形成钢筋骨架以便施工；,防止纵筋受压失稳外凸，改善构件的延性；,对核心部分的混凝土起到约束作用，提高混凝土的强度和 抗压变形能力。,轴心受压柱的分类,式中：为柱的计算长度，为矩形截面的短边尺寸；为圆截面的直径；为任意截面的最小回转半径。,轴心受压短柱破坏形态,N,荷载较小，轴向压力与压缩变形基本成正比，呈弹性变形状态。荷载较大，压力与压缩变形不再保持比例关系,混凝土出现塑性变形。荷载长期持续作用，砼徐变发生，破坏时，一般纵筋先达到屈服强度，当混凝土应变达到最大压应变时，柱子四周表面将出现纵向裂缝，混凝土保护层开始剥落，纵筋压屈向外凸出，混凝土被压碎。破坏时，砼的应力达到，钢筋应力达到。,破坏过程：,第一阶段：加载至钢筋屈服,第二阶段：钢筋屈服至混凝土压碎,短柱试验研究,短柱：混凝土压碎，钢筋压屈,轴心受压长柱破坏形态,实验结果表明，长柱在轴心压力作用下，不仅发生压缩变形，还有不能忽略的侧向挠度，柱子会出现弯曲现象。,其原因是由于施工误差及构件材料自身的不均匀性等产生初始偏心距，初始偏心距产生的弯矩称为附加弯矩，附加弯矩产生的侧向挠度又进一步加大了原来的初始偏心距。附加弯矩和侧向挠度都随荷载的增大而增加，二者相互影响，在柱的凹侧先出现纵向裂缝，混凝土压碎，纵筋压屈，侧向挠度急增，凸边混凝土拉裂，柱宣告破坏。当柱的长细比很大时，还可能发生失稳破坏,轴心受压长柱的破坏形态及其应力重分布,长柱：构件压屈,长柱不仅发生压缩变形，还发生纵向弯曲。,长柱破坏荷载小于短柱，柱子越细长小得越多。,用稳定系数 表示长柱承载力较短柱的降低。,轴心受压长柱,影响 值的主要因素为长细比l0/b。,l0/b8的称为短柱。实际工程构件计算长度l0取值可参考规范。长细比限制在l0/b 30，l0/h25。,P139,在实际结构中，构件的端部连接并非理想的不动铰支座或固定支座。因此，在确定时会遇到不属以上所述理想情况，为此规范中根据不同结构的受力变形特点规定了受压柱的计算长度见表5.2、表5.3。,表5.2 刚性屋盖单层房屋排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度l0,表中H为从基础顶面算起的柱子全高；H l为从基础顶面至装配式吊车底面或现浇式吊车梁顶面的柱子下部高度；H u为从装配式吊车底面或现浇式吊车梁顶面算起的柱子上部高度；,表5.3框架结构各层柱的计算长度,表中H为底层柱从基础顶面到一层楼盖顶面的高度；对其余各层柱为上下两层楼盖之间的高度,钢筋抗压强度设计值；,混凝土轴心抗压强度设计值；,轴心受压构件正截面承载力计算,轴向受压承载力设计值；,轴向压力设计值；,稳定系数（按表5.4取用）；,全部纵向受压钢筋面积；,普通箍筋的轴压柱承载力计算的两类问题,截面设计：,截面复核：,min,Nu=0.9(Asf y+fcA),安全,已知：bh，fc，f y，l0，N，求As,已知：bh，fc，f y，l0，As，求Nu,min=0.6%（0.55%、0.5%）？,当Nu N,三、基本公式的应用,1、截面设计（1）仅要求确定As（2）要求确定 A 及As2、承载力复核,（1）按 查（2）按公式计算（3）验算配筋率,1若，则按计算值 选配钢筋，要注意满足构造要求。2若 则按 及构造要求选配钢筋。3若 一般应加大混凝土截面尺寸，重新计算。,1 截面设计（1）其他条件已知，求,1 截面设计（2）要求确定 及,法1：先假定 确定，按前面方法求。法2：假定A试算，直到正确为止。,2、承载力复核 要求确定截面承受多大的轴向力,据 由表查得，就可算出：值,采用上述计算结果,构件设计例题,钢筋混凝土轴心受压构件设计包括截面设计和截面复核两类问题。,则，取,2）计算稳定系数,则，查表得,3）计算,选配4 18(),总的配筋率,，满足要求。,一侧纵筋配筋率，满足要求。,4）箍筋配置 选用,符合直径不小于 且不小于6mm,符合间距不大于，且不大于 满足要求。,例 某现浇钢筋混凝土柱截面尺寸为，柱高4.0m，计算高度，配筋纵筋4 16（），采用C30混凝土，HRB400级钢筋，承受轴向压力设计值，问截面是否安全。,解：1）钢筋和混凝土的材料强度及几何参数,2）计算稳定系数,，查表得,3）验算配筋率,，配筋率满足要求。,4）计算,5）验算截面是否安全,由，可知截面安全。,对于轴心受压构件，其截面形式多采用正方形和矩形两种截面，也可采用圆形和正多边形；从受力的角度考虑，轴心受压构件和两个方向的偏心距大小接近的双向偏心受压构件宜采用正方形，而单向偏心和主要在一个方向偏心的双向偏心受压构件宜采用长方形。,截面型式和尺寸,一般采用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。柱的截面尺寸不宜过小，不宜小于250mm，且柱子的长细比一般应控制在l0/b30及l0/h25。当柱截面的边长在800mm以下时，一般以50mm为模数，边长在800mm以上时，以100mm为模数。,2 材料的选择,混凝土：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，为了减小构件截面尺寸，节约钢筋，一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C30C50，在高层建筑中，C55C60级混凝土也经常使用。钢筋：受压构件中一般常用HRB335、HRB400级和RRB500级钢筋，不宜过高。在受压构件中钢筋与混凝土共同受压，在混凝土达到极限压应变时，钢筋的压应力最高也只能达到400N/mm2，采用高强度钢筋不能充分发挥作用。,3 纵筋的构造要求,纵向受力钢筋的作用是与混凝土共同承受压力，同时还承担可能存在的较小弯矩及混凝土变形引起的拉应力，改善混凝土的离散性，提高构件的塑性性能，减少构件尺寸。,常用HRB335级、HRB400级。不宜用高强钢筋。,不宜采用高强度钢筋的原因：这是由于纵筋的抗压强度受到混凝土极限压应变的限制，不能充分发挥其高强度作用。,结论：短柱破坏时，混凝土压应力达到混凝土轴心抗压强度。对于HRB335级和HRB400级热轧钢筋已达到屈服强度；而对于屈服强度或条件屈服强度大于400N/mm2,在计算时只能取400N/mm2。,受压破坏时混凝土应变可以达到极限压应变 但在设计时仍以混凝土达到抗压强度时的相应应变作为控制条件，即 因为，所以在短柱破坏时，钢筋的最大压应力为：,纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲作用。同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用（垂直于弯矩作用平面），以及收缩和温度变化产生的拉应力，规定了受压钢筋的最小配筋率。规范规定：对于轴心受压构件最小配筋率为0.6%，同时一侧钢筋的配筋率不应小于0.2%。偏心受压构件受拉钢筋的最小配筋率为0.15%，受压钢筋的最小配筋率为0.2%，为了施工方便和经济要求，全部纵向钢筋的配筋率不应大于5%，一般不宜大于3%。另一方面，考虑到实际工程中存在受压钢筋突然卸载的情况，如果配筋率过大，卸载后钢筋回弹，可能造成混凝土受拉甚至开裂，同时考虑施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量，全部纵筋配筋率不宜超过5%。,柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于12mm，但也不宜大于 32mm，且选配钢筋时宜根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于4根，应沿截面周边均匀、对称布置，且每角布置一根。圆形截面根数不宜少于8根，且不应少于6根，且宜沿周边均匀布置。当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净间距不应小于50mm，且不宜大于300mm。对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小净间距应按梁的相关规定取值。截面各边纵筋的中距不应大于300mm。对矩形截面柱，当截面高度h600mm时，在柱侧面应设置直径不小于10mm的纵向构造钢筋，并相应设置复合箍筋或拉筋。,作用：与纵筋形成骨架，防止纵筋受力后向外压屈，提高柱的受剪承载力，同时对核心部分的混凝土起到一定的约束作用，提高了混凝土的极限变形。箍筋应为封闭式。纵筋绑扎搭接长度内箍筋要加密。,箍筋直径和间距,300,4 箍筋,箍筋的构造要求,受压构件中箍筋应采用封闭式，其直径不应小于d/4，且不应小于6mm，此处d为纵向钢筋的最大直径。箍筋间距不应大于400mm，且不应大于构件截面的短边尺寸，同时在绑扎骨架中不应大于15d，d为纵向钢筋的最小直径。当柱中全部纵筋的配筋率超过3%，箍筋直径不应小于8mm，且箍筋末端应作成135的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径，或焊成封闭式；箍筋间距不应大于10倍纵筋最小直径，也不应大于200mm。当柱每边的纵向受力钢筋不多于3根或柱的短边尺寸不大于400mm而纵筋不多于4根时，可采用单个箍筋。当柱截面短边大于400mm，且各边纵筋配置根数超过3根时，或当柱截面短边不大于400mm，但各边纵筋配置根数超过4根时，应设置附加箍筋而形成复合箍筋。,配有纵向钢筋和螺旋箍筋或焊接环筋（有时又将螺旋箍筋或焊接环筋称为间接钢筋）的柱称为螺旋箍筋柱。,螺旋箍筋沿构件轴线方向的间距较小，对核心部分的混凝土起套箍作用，该部分混凝土处于三向受压状态，从而提高了混凝土的抗压强度，延性比普通箍筋柱好,间接钢筋的间距s不应大于dcor/5，且不应大于80mm，同时为方便施工，s也不应小于40mm。间接钢筋的直径不应小于d/4，且不应小于6mm，其中d为纵向钢筋的最大直径。,对于单向偏心受压构件，在偏心压力N作用下，通常沿偏心轴方向的两边配置纵向钢筋，其中离偏心压力N较近一侧的纵向钢筋受压，其截面面积用 表示；另一侧的纵向钢筋则根据轴向压力N偏心距的大小可能受拉也可能受压，其截面面积用 表示，如下图所示。,偏心受压构件破坏是构件在轴心压力和横截面上作用弯矩叠加的结果,大量试验表明：构件截面变形符合平截面假定，偏心受压构件的最终破坏是由于受压区混凝土被压碎而造成的。其影响因素主要与偏心距e0的大小和所配钢筋数量有关。偏心受压构件的破坏特征分为两类：大偏心受压破坏和小偏心受压破坏。,破坏特征,1、大偏心受压破坏（受拉破坏）,As配筋合适,当偏心距较大，且受拉侧纵筋配筋不多时，会发生这种破坏。,受拉破坏的破坏特征：截面在离轴向力N较近一侧受压，较远一侧受拉，当受拉边缘混凝土达到极限拉应变时，截面受拉侧混凝土出现横向裂缝，受拉钢筋的应力随荷载增加发展较快，首先达到屈服强度。此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小。最后受压侧钢筋As 受压屈服，受压区混凝土压碎而达到破坏。,这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，拉区横向裂缝开展明显，有主裂缝，属延性破坏。破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，承载力主要取决于受拉侧钢筋。形成这种破坏的条件是：相对偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为大偏心受压。,破坏形态,大偏心受压构件的破坏形态：受拉钢筋首先达到屈服，然后受压钢筋达到屈服，最后受压区混凝土被压碎，整个构件破坏。,受压破坏的破坏特征 截面在离轴向力N较近一侧受压，受压纵向钢筋先达到屈服强度，混凝土被压碎而破坏。距轴向力较远一侧的钢筋受拉或受压，但均未达到屈服强度。截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏。承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区 高度较大，远侧钢筋可能受拉不屈服也可能受压不屈服，破坏缺乏明显预兆，属脆性破坏。受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压，在设计中应予以避免。,破坏形态,小偏心受压构件的破坏形态：构件破坏都是由受压区混凝土压碎引起的，离纵向压力较近的一侧受压钢筋达到屈服，另一侧的钢筋无论是受压还是受拉，均没有达到屈服，构件破坏前没有明显预兆，属于脆性破坏。由于这种破坏是从受压区开始的，故又称为“受压破坏”。,小偏心受压破坏,受拉破坏特点：远侧钢筋As受拉屈服后，受压混凝土压碎。破坏前有明显预兆，属于延性破坏。受压破坏特点：混凝土先被压碎，远侧钢筋As可能受拉也可能受压，但都不屈服。破坏前无明显预兆，属于脆性破坏。,e0,e0,s,s,A,s,f,y,A,s,N,（1）,s,s,A,s,f,y,A,s,N,（2）,（3）,e0,2、受压破坏 compressive failure,（避免）,e0,1、受拉破坏 tensile failure,大偏心受压破坏,发生条件：e0较大，AS适量。,大小偏心受压破坏的根本区别在于构件截面破坏时，离纵向压力较远一侧的钢筋是否达到屈服。,在“受拉破坏”和“受压破坏”之间存在着一种界限状态，即受拉钢筋应力达到屈服强度的同时受压区边缘混凝土刚好达到极限压应变，称为“界限破坏”,根据承载能力极限状态时偏心受压构件截面的计算相对受压区高度，可知大小偏心受压构件的判别条件为：,当 时为大偏心受压破坏；,当 时为小偏心受压破坏。,其中x为截面受压高度，h0为截面的有效高度，称为截面混凝土界限相对受压区高度,钢筋混凝土构件界限相对受压区高度,由于施工误差、荷载作用位置的不确定性及钢筋混凝土材料的不均匀等原因，实际工程中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，引入附加偏心距ea，即在正截面受压承载力计算中，偏心距取轴向压力对截面重心的偏心距e0=M/N与附加偏心距ea之和，称为初始偏心距ei,参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距ea取20mm与h/30 两者中的较大值，此处h是指偏心方向的截面尺寸。附加偏心距也考虑了对偏心受压构件正截面计算结果的修正作用，以补偿基本假定和实际情况不完全相符带来的计算误差。,附加偏心距ea和初始偏心距ei,由于侧向挠曲变形，轴向力将产生二阶效应，引起附加弯矩。对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为 f。对跨中截面，轴力N的偏心距为ei+f，即跨中截面的弯矩为 M=N(ei+f)，其中N f 即为附加弯矩。在截面和初始偏心距相同的情况下，柱的长细比l0/h不同，侧向挠度 f 的大小不同，影响程度有很大差别，破坏类型将明显不同。,3、偏心受压长柱的受力特点及设计弯矩计算方法（1）偏心受压长柱的附加弯矩或二阶弯矩,对于长细比l0/h5的短柱。侧向挠度 f 与初始偏心距ei相比很小。柱跨中弯矩M=N(ei+f)随轴力N的增加基本呈线性增长。直至达到截面承载力极限状态产生破坏。对短柱可忽略侧向挠度f的影响。,长细比5l0/h 30的中长柱。f 与ei相比已不能忽略。f 随轴力增大而增大，柱跨中弯矩M=N(ei+f)的增长速度大于轴力N的增长速度，即M随N的增加呈明显的非线性增长。虽然最终在M和N的共同作用下达到截面承载力极限状态，但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱。因此，对于中长柱，在设计中应考虑侧向挠度 f 对弯矩增大的影响。,因此在计算中长柱时，用初始偏心距乘以偏心距增大系数的方法来考虑纵向弯曲的影响。,偏心受压构件正截面受压承载力的一般计算公式及其适用条件,大偏压：,大偏心受压极限状态应力图,小偏压：,小偏心受压极限应力状态,e,cu,e,y,x,c,b,h,0,不对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力的计算,判别大、小偏压的标准是看相对受压区高度的大小如何,判别方法：,设计时，不知道，不能用来直接判断大小偏压,在工程中常用的fy和1fc条件下，在min和min时的界限偏心距值e0b/h0不是总是等于0.3,而是在0.3上下波动，为了简化工作起见，可将其平均值近似的取为e0b,min=0.3h0。,截面设计题,1、大偏心受压（受拉破坏）,已知：截面尺寸(bh)、材料强度(fc，fy，fy)、构件长细比(l0/h)以及轴力N和柱端弯矩设计值M1和M2。若ei0.3h0，一般可先按大偏心受压情况计算（也可能为小偏心受压）。,As和As均未知时,两个基本方程中有三个未知数，As、As和 x，故无唯一解。与双筋梁类似，为使总配筋面积（As+As）最小，应充分利用受压区混凝土承受压力，即应使受压区高度尽可能大，可取x=xbh0得：,若As0.002bh或为负值?则取As=0.002bh，然后按As为已知情况计算。,若Asrminbh或为负值?应取As=rminbh。,As为已知时,当As已知时，两个基本方程有二个未知数As 和 x，有唯一解。先由第二式求解x：1）若2as x xbh0，则可将x代入第一式得,2）若x xbh0？,若As小于rminbh或为负值？应取As=rminbh。,说明As过小，则应按As 为未知情况重新计算确定As。,或当As=0，再求As，与上式结果比较取较小值。,则可偏于安全地近似取x=2as，按下式确定As,3）若x2as？,f,y,A,s,s,s,A,s,N,若As小于rminbh？应取As=rminbh。,2、小偏心受压（受压破坏）,两个基本方程中有三个未知数，As、As和x，故无唯一解。,小偏心受压，即x xb，ss-fy，则As未达到受压屈服。,承载力校核（复核题）,在截面尺寸(bh)、截面配筋As和As、材料强度(fc、fy，fy)、以及构件长细比(l0/h)均为已知时，根据构件轴力和弯矩作用方式，截面承载力复核分为两种情况：1、给定轴力设计值N，求弯矩作用平面的弯矩设计值M或偏心距e02、给定弯矩作用平面的弯矩设计值M或轴力作用的偏心距e0，求轴力设计值N,1、给定轴力设计值N，求弯矩作用平面的弯矩设计值M，由于给定截面尺寸、配筋和材料强度均已知，未知数只有x和M两个。,若N Nb，为大偏心受压，,由第1式求x，如果2as x bh0，则代入第2式求e，再求e0，弯矩设计值为M=Ne0；如果x2as，则按右式求解ei，再求e0，弯矩设计值为M=Ne0。,若N Nb，为小偏心受压，先联立式（5.24）和（5.27b）求出截面的受压区高度x，然后按下列情况进行讨论计算确定弯矩设计值M。,【5-1】某混凝土框架柱，承受轴向压力设计值N1000kN，柱端弯矩设计值M1M2=480kNm，截面尺寸为bh=400mm500mm。该柱计算长度l05.0m，as=as=40mm，采用混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB400级。试确定该柱所需的纵向钢筋截面面积As和As。,【解】,（1）求框架柱端弯矩设计值,（2）判别大小偏心受压构件,（3）求纵向受压钢筋截面面积,（4）求纵向受拉钢筋截面面积,受拉钢筋选用5 28，As 3079mm2。受压钢筋选用5 22，As 1900mm2。,（5）选用钢筋,【5-2】已知条件同【5-1】并已知As2463mm2。求：该柱所需受拉钢筋截面面积As。,【解】,注：比较上面两题，可以发现当 时，求得的总用钢量少些。,【5-3】已知轴向力设计值N1250kN，截面尺寸为bh=400mm600mm，asas45mm。构件计算长度l04.2m，采用的混凝土强度等级为C40，钢筋为HRB400，As1520mm2，As1256mm2。求该构件在h方向上所能承受的弯矩设计值M。,（2）求截面受压区高度x,该构件属于大偏心受压情况，且受压钢筋能达到屈服强度，则,考虑到附加偏心距的作用，取ea20mm，则e0 ei ea411.320391.3mm该构件在h方向上所能承受的弯矩设计值为：M=N e0=12500000.3913=489.1kNm,【5-4】已知轴向压力设计值N5200kN，弯矩设计值M1M2=28kNm，截面尺寸bh=400mm600mm，asas45mm。构件计算长度l03.9m，采用的混凝土强度等级为C35，钢筋为HRB400。求：钢筋截面面积As和As。,【解】,（1）求框架柱端弯矩设计值,（2）判别大小偏心受压构件,（3）求纵向受拉钢筋截面面积As,e=0.5h-as-(e0-ea)=268.1mm h0=h-as=555mm,选用6 22mm钢筋,As2281mm2，满足最小配筋率要求。,（4）求纵向受压钢筋截面面积As,可求得方程：x2+711.1x-710843=0 解得：x=559.4mm,选用6 25mm钢筋,As2945mm2，满足最小配筋率要求。,（6）验算垂直于弯矩作用平面承载力轴心受压,（5）验算全部纵向钢筋的配筋率,（7）验算真实大小偏心,对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力的计算,实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，当弯矩数值相差不大，可采用对称配筋。采用对称配筋不会在施工中产生差错，故有时为方便施工或对于装配式构件，也采用对称配筋。对称配筋截面满足三个条件，即As=As，fy=fy，as=as，其界限破坏状态时的轴力为Nb=a1 fcbxbh0。,因此，对于对称配筋情况，除要考虑偏心距大小外，还要根据轴力大小（N Nb）的情况判别属于哪一种偏心受力情况。,1、当 b 或ei0.3h0，且N Nb时，为大偏心受压 x=N/a1fcb,若x=N/a1fcb2as，可近似取x=2as，对受压钢筋合力点取矩可得,e=ei-0.5h+as,2、当 b 或ei Nb时，为小偏心受压,由第一式解得,代入第二式得,这是一个x 的三次方程，可用迭代法或近似法求解，但是很麻烦。,（5.46）,作业：（1）某柱截面尺寸为bh=400mm450mm，承受轴向压力设计值N320kN，柱端较大弯矩设计值M2=380kNm，该柱计算长度l05m，as=as=40mm，采用混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB400级。试确定该柱所需的纵向钢筋截面面积As和As。（按两端弯矩相等M1/M2=1的框架柱考虑）。（2）已知矩形截面偏心受压柱截面尺寸为bh=350mm450mm，承受纵向压力设计值N300kN，柱两端弯矩设计值分别为M1=260kNm,M2=280kNm，该柱计算长度l05m，as=as=40mm，采用混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB400级。试求截面所需纵向钢筋截面面积As和As。（3）已知条件同作业（1），但取N500kN，并采用对称配筋，求As=As。,Nu-Mu相关曲线反映了在压力和弯矩共同作用下正截面承载力的规律，具有以下一些特点：,相关曲线上的任一点代表截面处于正截面承载力极限状态时的一种内力组合。如一组内力（N，M）在曲线内侧说明截面未达到极限状态，是安全的；如（N，M）在曲线外侧，则表明截面承载力不足。,5.9.2 Nu-Mu的关系曲线意义、特点和用途,截面受弯承载力Mu与作用的轴压力N大小有关。当轴压力较小时，Mu随N的增加而增加（CB段）；当轴压力较大时，Mu随N的增加而减小（AB段）。,当弯矩为零时，轴向承载力达到最大，即为轴心受压承载力N0（A点）；当轴力为零时，为受弯承载力M0（C点）。,对于对称配筋截面，如果截面形状和尺寸相同，砼强度等级和钢筋级别也相同，但配筋率不同，达到界限破坏时的轴力Nb是一致的。,如截面尺寸和材料强度保持不变，Nu-Mu相关曲线随配筋率的增加而向外侧增大。,截面受弯承载力在B点达(Nb，Mb)到最大，该点近似为界限破坏。CB段（NNb）为受拉破坏；AB段（N Nb）为受压破坏。,小偏心受压时，在相同的M值下，N值越大越不安全，N值越小越安全；大偏心受压时，在相同的M值下，N值越大越安全，N值越小越不安全。无论是大偏心还是小偏心受压，在相同的N值下，M值越大越不安全。,剪力墙构造要求,框架剪力墙结构的受力特点,框架剪力墙结构由框架结构和剪力墙两类抗侧力单元组成。这两类抗侧力单元的变形和受力特点不同：剪力墙的变形以弯曲型为主 框架的变形以剪切型为主,在框剪结构中，框架和剪力墙由楼盖连接起来而共同变形。,框架剪力墙结构的受力特点,框剪结构协同工作时，由于剪力墙的刚度比框架大得多，因此剪力墙负担大部分水平力。但是，框架和剪力墙承担水平力的比例，在房屋的上部和下部是变化的。,房屋的下部，剪力墙的变形增大，框架变形减小；房屋的上部，剪力墙担负的剪力减小，框架担负剪力增大。,使得框架上部和下部所受剪力实现了均匀化。,从协同变形曲线可看出，框架结构的层间变形在下部小于纯框架，在上部小于纯剪力墙，因此各层的层间变形也将趋于均匀化。,剪力墙的构造要求,1、剪力墙的混凝土强度等级,剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C20；带有筒体和短肢剪力墙结构的混凝土强度等级不应低于C25。,2、剪力墙的截面厚度,1）一、二级抗震等级的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高的1/16，且不应小于200mm；其他部位不应小于层高的1/20，且不应小于160mm。当为无端柱或翼墙的一字形剪力墙时，其底部加强部位截面厚度不应小于层高的1/12；其他部位不应小于层高的1/15，且不应小于180mm。2）三、四级抗震等级的剪力墙截面厚度，底部加强部位不应小于层高的1/20，且不应小于160mm；其他部位不应小于层高的1/25，且不应小于160mm；,3）非抗震设计的剪力墙，其截面厚度不应小于层高的1/25，高层建筑时还不应小于160mm，多层建筑时还不应小于140mm；4）剪力墙井筒中，分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小，但不宜小于160mm；5）当墙厚不能满足上述要求时，应按高规附录D计算墙体的稳定；,3、剪力墙的轴压比限值,抗震设计时，一、二级抗震等级的剪力墙底部加强部位，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过表中的限值。底部加强部位以上的一般部位，墙体平均轴压比不宜大于底部加强部位的墙体平均轴压比。,剪力墙分布钢筋的配置应符合下列要求：,（1）剪力墙中竖向和水平向分布筋的配筋率；一、二、三级抗震设计时均不应小于0.25%，四级抗震设计和非抗震设计时均不应小于0.20%；分布钢筋间距不应大于300mm；分布钢筋直径不应小于8mm，且不宜大于墙肢截面厚度的1/10.（2）剪力墙中竖向和水平向分布钢筋的配置排数；当剪力墙截面厚度bw大于140mm，但不大于400mm时，可采用双排配筋；当bw大于400mm，但不大于700mm时，宜采用三排配筋；当bw大于700mm时，宜采用四排配筋。（3）分布钢筋的位置；应沿墙的两个侧面布置，竖向分布钢筋布置在内侧，水平向分布钢筋布置在外侧。各排钢筋分布筋之间设置拉筋，且拉筋间距不应大于600mm，直径不小于6mm。,5、剪力墙的边缘构件,剪力墙墙肢两端和洞口两侧应设置边缘构件。,剪力墙边缘构件的设置部位：,一、二级抗震设计的剪力墙的底部加强部位及其上一层的墙肢端部应按高规要求设置约束边缘构件；一、二级抗震设计剪力墙的其他部位以及三、四级抗震设计和非抗震设计的剪力墙墙肢端部均应按高规要求设置构造边缘构件。,约束边缘构件的构造要求,约束边缘构件沿墙肢方向的长度lc和箍筋配箍特征值v宜符合表的要求，且一、二级抗震设计时箍筋直径均不应小于8mm、箍筋间距分别不应大于100mm和150mm。其体积配箍率应按下式计算：,阴影面积所示：,暗柱,阴影面积所示：,翼墙,阴影面积所示：,端柱,阴影面积所示：,转角墙,约束边缘构件纵向钢筋的配筋范围不应小于各图示中的阴影面积，其纵向钢筋最小截面面积，对暗柱，一、二级抗震设计时分别不应小于约束边缘构件沿墙肢长度和墙厚乘积的1.2%和1.0%，且分别不应小于616和614；对端柱、翼墙和转角墙分别不应小于各图中阴影面积的1.2%和1.0%，且分别不应小于616和614。,构造边缘构件的构造要求,剪力墙构造边缘构件的设计宜符合下列要求：1)构造边缘构件的范围和计算纵向钢筋用量的截面面积Ac宜取图中的阴影部分面积；,2）抗震设计时，构造边缘构件的最小配筋应符合表的规定，箍筋的无肢长度不应大于300mm，拉筋的水平间距不应大于纵向钢筋间距的2倍。当剪力墙端部为端柱时，端柱中纵向钢筋及箍筋宜按框架柱构造要求配置。,3）非抗震设计时，剪力墙墙肢两端应配置竖向受力钢筋，每端的竖向受力钢筋不宜小于4根直径为12mm的钢筋，沿该竖向受力钢筋的方向宜配置不少于直径为6mm、间距不大于250mm的拉筋。,剪力墙分布钢筋的锚固连接应符合下列要求,一、非抗震设计时，剪力墙纵向钢筋最小锚固长度应取la；抗震设计时，剪力墙纵向钢筋最小锚固长度应取laE；二、剪力墙竖向分布钢筋的搭接连接，一、二级抗震等级剪力墙的加强部位，接头位置应错开，每次连接的钢筋数量不宜超过总数量的50%，错开净距不宜小于500mm；其他部位剪力墙的钢筋，可在同一部位连接，如下图：三、剪力墙同排水平分布钢筋的搭接接头之间以及上、下相邻水平分布钢筋的搭接接头之间沿水平方向的净距不宜小于500mm。,部位：一、二级抗震等级剪力墙的底部加强部位及其以上一层。,部位：一、二级抗震等级剪力墙的底部加强部位及其以上一层。,五、剪力墙身竖向钢筋的顶部构造见图,六、剪力墙变截面处竖向钢筋构造见图,七、非抗震设计时，分布钢筋的搭接长度不应小于1.2la；抗震设计时，不应小于1.2laE；八、暗柱与端柱内纵向钢筋连接及锚固要求宜与框架柱相同。,连梁的配筋符合下列要求,连梁顶面、底面纵向受力钢筋伸入墙内的锚固长度，抗震设计时不应小于laE，非抗震设计时不应小于la，且不应小于600mm；抗震设计时，沿连梁全长箍筋的构造应按框架梁梁端加密区箍筋的构造要求采用；非抗震设计时，沿连梁全长的箍筋直径不应小于6mm，间距不应大于150mm；顶层连梁纵向钢筋伸入墙体的长度范围内，应配置间距不大于150mm的构造箍筋，箍筋直径应与该连梁跨内的箍筋直径相同；墙体水平分布钢筋应作为连梁的腰筋在连梁范围内拉通连续配置；当连梁截面高度大于700mm时，其两侧面沿梁高范围设置的纵向构造钢筋（腰筋）的直径不应小于10mm，间距不应大于200mm；对跨高比不大于2.5的连梁，梁两侧的纵向构造钢筋（腰筋）的面积配筋率不应小于0.3%。如P56图所示：,剪力墙墙面开洞和连梁开洞,剪力墙墙面开洞和连梁开洞时，应符合下列要求：（1）当剪力墙墙面开有非连续洞口（其各边长度小于800mm），且在整体计算中不考虑其影响时，应将洞口处被截断的分布筋分别集中配置在洞口上下和左右两边 图3-30(a)，且钢筋直径不应小于12mm，当洞口各边的长度均大于800mm时，则应在洞口上、下设补强暗梁；（2）穿过连梁的管道宜预埋套管，洞口上下的有效高度不宜小于梁高的1/3，且不宜小于200mm，洞口处宜配置补强钢筋 图3-30(b)，被洞口削弱的截面应进行承载力验算。,剪力墙洞口补强构造,剪力墙洞口补强构造,