第三篇 柱的承载力设计
? 第 8章 柱的结构形式及破坏类型
? 8.1工程结构中的轴向受力构件 go
? 8.2按轴向力作用的位置分类 go
? 8.3 轴向受力构件的材料选用及截面形式 go
? 8.4柱的主要破坏类型 go
(a)梯形桁架；
(b)拱形桁架；
(c)剪力墙结构；
(d)框架结构；
(e)连续桁架桥；
(f)圆水池；
(g)斜拉桥；
(h)悬索桥；
(i)平板网架；
(j)桁架转换层高层结构；
(k)塔桅结构,
? 受拉、受压，或者是既受拉又受弯、既受
压又受弯的杆件，这些 杆件的轴向力 N的作
用线与构件截面相垂直，可统称为轴向受
力构件。 return
? 轴向力有拉力和压力两种，因此，可将轴向受力构件
分为两大类，即 轴向受拉构件和轴向受压构件,
图 8-2轴向受力构件截面应力分布
a)轴心受拉； b)单向偏心受拉； c)双向偏心受拉；
d)轴心受压； e)单向偏心受压； f)双向偏心受拉,return
轴心受压和偏心受压 (压弯 )构件，习称“柱”。
8.3 轴向受力构件的材料选用及截面形式
? 一,轴向受拉构件的材料及截面形式
? 轴向受拉构件，应优先采用钢结构
? 选用 热轧型钢 和 冷弯薄壁型钢 (图 8-3a)，当
受力较大时，可选用由 型钢和钢板 组成的 实
腹式、格构式 截面形式截面形式。
图
8-3
轴
向
二,轴向受压 (压弯 )构件的材料及截面形式
? (一 )钢柱
? 型钢
? 钢板焊接组合截面
? 型钢与型钢组合截面
? 型钢与钢板组合截面
? 常采用格构式截面
图 8-4钢柱 (压弯构件 )截面形式
型钢 (b)钢板焊接 (c)型钢与型钢组合 (d)型钢与钢板组合 (e)格构式截面
(二 )钢筋混凝土柱
? 在工程结构中，广泛采用钢筋混凝土柱,
(三 )砌体柱
? 在砌体结构中，砌体柱是最主要的、也是应用
最广泛的构件。
? 常与墙体结合，形成 T形截面柱,
? 作为偏心受压柱，可以作成图 8-6所示的配筋砌
体柱。
图 8-6配筋砌体柱
(a)(b)(c)组合砌体柱 (d)横向配筋砌体柱 (e)组合砌体墙
(四 )钢 -混凝土组合柱
? 采用较多的是钢管混凝土柱及型钢混凝土柱。
图 8-7钢 -混凝土组合柱 return
钢管混凝土单肢柱； (b),(c),(d)、钢管混凝土格构柱；
(e),(f)I字形钢管混凝土柱； (g)十字形钢骨混凝土柱； (h)箱形钢骨混凝土柱。
8.4柱的主要破坏类型
? 主要有 强度破坏 和 失稳破坏 等破坏类型，只是
因材料性能及截面形式等的不同，存在着一定
的差别。
? 一,截面强度破坏 go
? 二,失稳破坏
(一 )钢柱
? 轴心受压钢柱的截面
如无削弱,一般不会
发生强度破坏 。整体
失稳或局部失稳总是
发生在强度破坏之前。
? 截面上的应变一部分
或全部达到甚至超过
钢材屈服点时，都属
强度破坏。
图 8-8钢柱截面应变
(二 )钢筋混凝土柱
? 轴心受压时，截面上
的钢筋与混凝土应变
相同，且均匀分布。
? 发生强度破坏时，柱
四周出现明显的 纵向
裂缝,箍筋间的 纵筋
屈服并外鼓，最终混
凝土被压碎。
? 两种材料均可发挥作用。
图 8-9 钢筋砼柱轴心受压破坏形态
图 8-10钢筋砼柱截面应变
1.受拉破坏
? 当偏心距较大，且受拉钢筋配置不多时，先出
现横向裂缝，随着荷载的增大，形成主裂缝，
受拉混凝土退出工作，受拉钢筋屈服，而后受
压混凝土达极限压应变 而破坏。
? 一般受压钢筋 都会屈服，只是当 过少时
可能使 达不到屈服状态。受拉破坏属于 延
性破坏性质。
u?
'sA sA
'sA
2.受压破坏
? 当偏心距较小，或虽然偏心距较大，但所配受拉钢
筋 过多时，截面全部或大部分受压，受压混凝土
出现纵向裂缝并先达到极限压应变 而破坏。
? 此时，钢筋 受压或受拉，但尚未屈服。受压破坏
属脆性破坏性质。
? 在受拉破坏与受压破坏之间存在着一种界限状态，
称“界限破坏”，此时，受拉钢筋屈服的同时，受
压混凝土达极限压应变而破坏。“界限破坏”可用
以判别两种破坏的型式。
sA
u?
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(三 )无筋砌体柱
? 砌体的受压强度比受拉强度高很多，适宜
于作轴心受压柱，以及偏心不大的偏压柱。
荷载及偏心距较大时宜做成配筋砌体柱。
? 无筋砌体柱的受压工作与匀质的整体结构
构件有较大的差别，砌体内的块体抗压强
度虽很高，但因下列原因处于复杂应力状
态。
? 1)灰缝的厚度和密实性不均；
? 2)块体处于弹性“地基” 上，该“地基”
的弹性模量相对较小，又使块体产生弯剪
应力；
? 3)砌体受压发生横向变形时，块体与砂浆的
弹性模量和横向变形系数不同，引起块体
出现拉应力；
? 4)竖向灰缝内砂浆不饱满，块体内存在横向
拉应力和剪应力集中现象。
图 8-12 砌体柱破坏过程
加荷初期 (b)个别块体裂缝 (1) (c)贯通裂缝，形成小柱 (2)
图 8-13偏心受压砌体柱截面应力分布
全截面工作时应力分布 (b)剩余截面上的应力分布
二,失稳破坏
? 构件截面上出现压应力就有可能出现稳定
问题。整体失稳破坏是各种材料柱的主要
破坏形式。对钢柱，由于部分板件受压，
与梁一样存在局部失稳破坏，不予重复。
? (一 )轴心受压柱的整体失稳
2
22
2
0
()cr Ei E H??????
图 8-14 轴心受压柱整体失稳的形态
(a)钢柱弯曲失稳 (b)钢柱弯扭失稳 (c)钢柱扭转失稳 (d)钢筋混凝土柱弯曲失稳
(二 )偏心受压柱的整体失稳
? 单向偏心受压柱的整
体失稳可分为弯矩作
用平面内和平面外两
种情况。
)( 00 NeMe ?
??p
此称为“二阶效应” 图 8-15偏心受压柱
)( 0 feNM ??
? 发生失稳时，材料没有或尚未完全破坏。
在钢柱中，达临界压力及相应弯矩时，截
面尚未达到全塑性状态；
? 在钢筋混凝土柱截面上，受压混凝土尚未
压碎，甚或受拉侧或受压较小侧的钢筋尚
未屈服。
? 失稳破坏不只是未能充分利用材料，更主
要的是破坏突然，后果严重。
思考题：
? 1.简述柱的破坏形式。
? 2.何谓“界限破坏”？
? 3.何谓,”效应？出现后有什么后果？??p
? 第 8章 柱的结构形式及破坏类型
? 8.1工程结构中的轴向受力构件 go
? 8.2按轴向力作用的位置分类 go
? 8.3 轴向受力构件的材料选用及截面形式 go
? 8.4柱的主要破坏类型 go
(a)梯形桁架；
(b)拱形桁架；
(c)剪力墙结构；
(d)框架结构；
(e)连续桁架桥；
(f)圆水池；
(g)斜拉桥；
(h)悬索桥；
(i)平板网架；
(j)桁架转换层高层结构；
(k)塔桅结构,
? 受拉、受压，或者是既受拉又受弯、既受
压又受弯的杆件，这些 杆件的轴向力 N的作
用线与构件截面相垂直，可统称为轴向受
力构件。 return
? 轴向力有拉力和压力两种，因此，可将轴向受力构件
分为两大类，即 轴向受拉构件和轴向受压构件,
图 8-2轴向受力构件截面应力分布
a)轴心受拉； b)单向偏心受拉； c)双向偏心受拉；
d)轴心受压； e)单向偏心受压； f)双向偏心受拉,return
轴心受压和偏心受压 (压弯 )构件，习称“柱”。
8.3 轴向受力构件的材料选用及截面形式
? 一,轴向受拉构件的材料及截面形式
? 轴向受拉构件，应优先采用钢结构
? 选用 热轧型钢 和 冷弯薄壁型钢 (图 8-3a)，当
受力较大时，可选用由 型钢和钢板 组成的 实
腹式、格构式 截面形式截面形式。
图
8-3
轴
向
二,轴向受压 (压弯 )构件的材料及截面形式
? (一 )钢柱
? 型钢
? 钢板焊接组合截面
? 型钢与型钢组合截面
? 型钢与钢板组合截面
? 常采用格构式截面
图 8-4钢柱 (压弯构件 )截面形式
型钢 (b)钢板焊接 (c)型钢与型钢组合 (d)型钢与钢板组合 (e)格构式截面
(二 )钢筋混凝土柱
? 在工程结构中，广泛采用钢筋混凝土柱,
(三 )砌体柱
? 在砌体结构中，砌体柱是最主要的、也是应用
最广泛的构件。
? 常与墙体结合，形成 T形截面柱,
? 作为偏心受压柱，可以作成图 8-6所示的配筋砌
体柱。
图 8-6配筋砌体柱
(a)(b)(c)组合砌体柱 (d)横向配筋砌体柱 (e)组合砌体墙
(四 )钢 -混凝土组合柱
? 采用较多的是钢管混凝土柱及型钢混凝土柱。
图 8-7钢 -混凝土组合柱 return
钢管混凝土单肢柱； (b),(c),(d)、钢管混凝土格构柱；
(e),(f)I字形钢管混凝土柱； (g)十字形钢骨混凝土柱； (h)箱形钢骨混凝土柱。
8.4柱的主要破坏类型
? 主要有 强度破坏 和 失稳破坏 等破坏类型，只是
因材料性能及截面形式等的不同，存在着一定
的差别。
? 一,截面强度破坏 go
? 二,失稳破坏
(一 )钢柱
? 轴心受压钢柱的截面
如无削弱,一般不会
发生强度破坏 。整体
失稳或局部失稳总是
发生在强度破坏之前。
? 截面上的应变一部分
或全部达到甚至超过
钢材屈服点时，都属
强度破坏。
图 8-8钢柱截面应变
(二 )钢筋混凝土柱
? 轴心受压时，截面上
的钢筋与混凝土应变
相同，且均匀分布。
? 发生强度破坏时，柱
四周出现明显的 纵向
裂缝,箍筋间的 纵筋
屈服并外鼓，最终混
凝土被压碎。
? 两种材料均可发挥作用。
图 8-9 钢筋砼柱轴心受压破坏形态
图 8-10钢筋砼柱截面应变
1.受拉破坏
? 当偏心距较大，且受拉钢筋配置不多时，先出
现横向裂缝，随着荷载的增大，形成主裂缝，
受拉混凝土退出工作，受拉钢筋屈服，而后受
压混凝土达极限压应变 而破坏。
? 一般受压钢筋 都会屈服，只是当 过少时
可能使 达不到屈服状态。受拉破坏属于 延
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2.受压破坏
? 当偏心距较小，或虽然偏心距较大，但所配受拉钢
筋 过多时，截面全部或大部分受压，受压混凝土
出现纵向裂缝并先达到极限压应变 而破坏。
? 此时，钢筋 受压或受拉，但尚未屈服。受压破坏
属脆性破坏性质。
? 在受拉破坏与受压破坏之间存在着一种界限状态，
称“界限破坏”，此时，受拉钢筋屈服的同时，受
压混凝土达极限压应变而破坏。“界限破坏”可用
以判别两种破坏的型式。
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(三 )无筋砌体柱
? 砌体的受压强度比受拉强度高很多，适宜
于作轴心受压柱，以及偏心不大的偏压柱。
荷载及偏心距较大时宜做成配筋砌体柱。
? 无筋砌体柱的受压工作与匀质的整体结构
构件有较大的差别，砌体内的块体抗压强
度虽很高，但因下列原因处于复杂应力状
态。
? 1)灰缝的厚度和密实性不均；
? 2)块体处于弹性“地基” 上，该“地基”
的弹性模量相对较小，又使块体产生弯剪
应力；
? 3)砌体受压发生横向变形时，块体与砂浆的
弹性模量和横向变形系数不同，引起块体
出现拉应力；
? 4)竖向灰缝内砂浆不饱满，块体内存在横向
拉应力和剪应力集中现象。
图 8-12 砌体柱破坏过程
加荷初期 (b)个别块体裂缝 (1) (c)贯通裂缝，形成小柱 (2)
图 8-13偏心受压砌体柱截面应力分布
全截面工作时应力分布 (b)剩余截面上的应力分布
二,失稳破坏
? 构件截面上出现压应力就有可能出现稳定
问题。整体失稳破坏是各种材料柱的主要
破坏形式。对钢柱，由于部分板件受压，
与梁一样存在局部失稳破坏，不予重复。
? (一 )轴心受压柱的整体失稳
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图 8-14 轴心受压柱整体失稳的形态
(a)钢柱弯曲失稳 (b)钢柱弯扭失稳 (c)钢柱扭转失稳 (d)钢筋混凝土柱弯曲失稳
(二 )偏心受压柱的整体失稳
? 单向偏心受压柱的整
体失稳可分为弯矩作
用平面内和平面外两
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此称为“二阶效应” 图 8-15偏心受压柱
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? 发生失稳时，材料没有或尚未完全破坏。
在钢柱中，达临界压力及相应弯矩时，截
面尚未达到全塑性状态；
? 在钢筋混凝土柱截面上，受压混凝土尚未
压碎，甚或受拉侧或受压较小侧的钢筋尚
未屈服。
? 失稳破坏不只是未能充分利用材料，更主
要的是破坏突然，后果严重。
思考题：
? 1.简述柱的破坏形式。
? 2.何谓“界限破坏”？
? 3.何谓,”效应？出现后有什么后果？??p
