第六章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算
本章的重点是:
了解偏心受压构件的受力工作特性,熟悉两种不同
的受压破坏特性及由此划分成的两类受压构件 掌握两类
偏心受压构件的判别方法;
熟悉偏心受压构件的二阶效应及计算方法;
掌握两类偏心受压构件正截面承载力的计算方法;
了解双向受拉受压构件正截面承载力计算方法;
掌握件偏心受压构件的受力特性及正截面承载力计
算方法;
掌握偏心受压构件斜截面受剪承载力计算方法。
§ 6.1 概述
结构构件的截面上受到轴力和弯矩的共同作用或受
到偏心力的作用时该结构构件称为偏心受压构件。
分为 偏心受压构件 和 偏心受拉构件 。
偏心受压构件又分为,单向偏心受压 构件 (图 6-1a)
及 双向偏心受压构件 (图 6-1b)。
偏心受拉构件在偏心拉力的作用下 是一种介于轴心
受拉构件与受弯构件之间的受力构件。承受节间荷载的
悬臂式桁架上弦 (图 6-2a)一般建筑工程及桥梁工程中的
双肢柱的受拉肢属于偏心受拉构件 (图 6-2b)。此外,如
图 6-2c所示的矩形水池的池壁 其竖向截面同时承受轴心
拉力及平面外弯矩的作用故也属于偏心受拉构件。
图 6-1 偏心受压构件的力的作用位置
钢筋混凝土偏心受压构件多 采用矩形截面,截面尺寸
较大的预制柱 可采用工字形截面和箱形截面 (图 6-3)。偏心
受拉构件多采用矩形截面。
§ 6.2 偏心受压构件正截面承载力计算
钢筋混凝土偏心受压构件是实际工程中广泛应用的
受力构件之一 。
构件同时受到轴向压力 N及弯矩 M的作用,等效于对
截面形心的偏心距为 e0=M/ N的偏心压力的作用 (图 6-4)

钢筋混凝士偏心受压构件的受力性能、破坏形态介于
受弯构件与轴心受压构件之间。当 N=0,Ne0=M时为受弯
构件;当 M=0,e0=0时为轴心受压构件。
故受弯构件和轴心受压构件相当于偏心受压构件的特
殊情况。
6.2.1 偏心受压构件的破坏特征
1.破坏类型
钢筋混凝土偏心受压构件也有长柱和短柱之分。现
以工程中常用的截面两侧纵向受力钢筋为对称配置的
(As=As′)偏心受压短柱为例,说明其破坏形态和破坏特
征。随轴向力 N在截面上的偏心距 e0大小的不同和纵向钢筋
配筋率 (ρ=As/ bh0)的不同,偏心受压构件的破坏特征有两
种:
⑴ )受拉破杯 —— 大偏心受压情况
轴向力 N的 偏心距 (e0)较大 且纵向受拉钢筋的 配筋率
不高 时,受荷后部分截面受压,部分受拉。受拉区混凝土
较早地出现横向裂缝,由于配筋率不高,受拉钢 筋 (As)应力
增长较快,首先到达屈服。随着裂缝的开展。受压区高度
减小成后受压钢筋 (As′)屈服,压区混凝土压碎。其破坏形
态与配有受压钢筋的适梁筋相似 (图 6-5a)。
因为这种偏心受区构件的破坏是由于受拉钢筋首先达
到屈服,而导致的压区混凝土压坏,其承载力主要取决于
受拉钢筋,故称为受拉破坏,这种破坏有明显的预兆,横
向裂缝显着开展,变形急剧增大。具有塑性破坏的性质。
(2)受压破坏 —— 小偏心受压情况
当轴向力 N的偏心距较小,或当偏心距较大但纵向受
拉钢筋配筋率很高时,截面可能部分受压、部分受拉,
图 6-5b,也可能全截面受压 (图 6-5c),它们的共同特点是
构件的破坏是由于 受压区混凝土到达其抗压强度,距轴
力较 远一侧的钢筋,无论受拉或受压,一般均未到屈服
,其承载力主要取决于受压区混凝土及受压钢筋,故称
为受压破坏。这种破坏缺乏明显的预兆,具有 脆性破坏
的性质。
2,两类偏心受压破坏的界限
两类破坏的本质区别就在于破坏时受拉钢筋能否达
到屈服。若受拉钢筋先屈服,然后是受压区混凝土压碎
即为受拉破坏,若受拉钢筋或远离轴力一侧钢筋无论受
拉还是受压均未屈服,受压混凝土先压碎,则为受压破
坏。
那么两类破坏的界限应该是当受拉钢筋开始屈服的同
时受压区混凝土达到极限压应变 。
用截面应变表示 (图 6-6)这种特性 可以看出其界限与
受弯构件中的适筋破坏与超筋破坏的界限完全相同。当采
用热轧钢筋配筋时,当 ξ ≤ ξ b受拉钢筋先屈服,然后混凝
土压碎,肯定为受拉破坏 —— 大偏心受压破坏 ;否则为受
压破坏 —— 小偏心受压破坏。
3.偏心受压构件的 N-M相关曲线
对于给定截面、配筋及材料强度的偏心受压构件,到
达承载能力极限状态时,截面承受的内力设计值 N,M并
不是独立的,而是相关的 。轴力与弯矩对于构件的作用效
应存在着迭加和制约的关系,也就是说,当给定轴力 N时
,有其唯一对应的弯矩 M。或者说构件可以在不同的 N和
M的 组合下达到其极限承载力,
下面以对称配筋截面 (As′=As,fy′=fy,as′=as)为例说明轴向力
N与弯矩 M的对应关系。如图 6-7所示,ab段表示大偏心受压
时的 M-N相关曲线,
为 二次抛物线、随着轴向压力 N的增大截面能承担的弯矩
也相应提高。
b点为受拉钢筋与受压混凝土同时达到其强度值的界
限状态。此时偏心受压构件承受的弯矩 M最大。
bc段表示小偏心受压时的 M-N曲线,是一条接近于直
线的二次函数曲线。由曲线趋向可以看出,在小偏心受压
情况下,随着轴向压力的增大 截面所能承担的弯矩反而降
低。
图中 a点表示受弯构件的情况,c点代表轴心受压构件
的情况,曲线上任一点 d的坐标代表截面承载力的一种 M
和 N的组合。
如任意点 e位于图中曲线的内侧 说明截面在该点坐标
给出的内力组合下未达到承线能力极限状态 是安全的; 若
e点位于图中曲线的外侧,则表明截面的承载力不足。
4,附加偏心距
如前所述,由于荷载不可避免地偏心、混凝土的非
均匀性及施工偏差等原因、都可能产生附加偏心距。按
e0=M/ N算得的偏心距,实际上有可能增大或减小。在
偏心受压构件的正截面承载力计算中,应考虑轴向压力
在偏心方向存在的附加偏心距 ea,其值取:
ea = 20mm和偏心方向截面尺寸 h的 1/30(ea= h/30) 两
者中的较大值。
截面的初始偏心距 ei等于 e0加上附加偏心距 ea,即
ei =e 0 +ea ( 6-1)
5,结构侧移和构件挠曲引起的附加内力
钢筋混凝士偏心受压构件中的轴向力在结构发生层
间位移和挠曲变形时会引起附加内力,即二阶效应。
如在有侧移框架中,二阶效应主要是指竖向 荷载在产生
了侧移的框架中引起的附加内力 即通常称为 P -△ 效应,
在无侧移框架中,二阶效应是指 轴向力在产生了挠曲变
形的柱段中引起的附加内力,通常称为 P -δ效应。
下面介绍两种考虑二阶效应的方法。
(1)无侧移钢筋混凝土柱,η-l0法
对于无侧移钢筋混凝土柱在偏心压力作用下将产生
挠曲变形,即侧向挠度 af(图 6-8)。侧向挠度引起附加弯矩
Naf。当柱的长细比较大时,挠曲的影响不容忽视,计算
中须考虑侧向挠度引起的附加弯矩对构件承载力的影响
按长细比的不同,钢筋混凝土偏心受压柱可分为短柱、
长柱和细长柱。
①短柱
当柱的长细比较小时,侧向挠度 af与初始偏心距 ei相
比很小,可略去不计,这种柱称为短柱。, 规范, 规定当
构件长细 l0/ h≤ 5或 l0/d≤ 5或 l0/i≤ 17.5时,l0为构件计算长
度,h为截面高度,d为圆形我面直径,i为截面的回转半
径。 ),可不考虑挠度对偏心距的影响。短柱的 N与 M为线
性关系 (图 6-9中直线 OB),随荷的增大直线与 N- M相关曲
线交于 B点,到达承载能力极限态,属于材料破坏。
③细长柱
当柱的长细比很大时,在内力增长曲经 OE与截面承
载力 N-M相关曲线相交以前,轴力已达到其最大值 Ne,这
时混凝土及钢筋的应变均未达到其极限值,材料强度并未
耗尽,但侧向挠度已出现不收敛的增长,这种破坏为失稳
破坏。
如图 6-9所示,在初始偏心距 ei;相同的情况下,随柱
长细比的增大,其承载力依次降低,Ne< Nc< Nb。
实际结构中最常见的是长柱,其最终破坏属于材料破
坏,但在计算中应考虑由于构件的侧向挠度而引起的二阶
弯矩的影响。设考虑侧向挠度后的偏心距 (af+ei)与初始偏
心距 ei比值为 η,称为偏心距增大系数
i
f
i
fi
e
a
e
ae ???? 1? (6-2)
引用偏心距增大系数 η的作用是将短柱 (η=1)承载力计
算公式中的 ei代换为 ηei来进行长柱的承载力计算 。
根据大量的理论分析及试验研究,,规范, 给出偏心
距增大系数 η 的计算公式为
( 6-3)
( 6-4)
( 6-5)
式中 l0 —— 构件的计算长度,见 § 6.5中的有关规定。对无侧
移结构的偏心受压构可取两端不动支点之间的轴线长度;
h—— 截面高度,对环形截面取外直径 d;对圆形截面
取直径 d;
h0—— 截面有效高度,对环形截面,取 h0=r 2+ r s ;
对圆形截面,取 h0=r+r s;
ζ1—— 小偏心受压构件截面曲率修正系数,当
ζ1大于 1.0时,取 ζ1等于 1.0;
A—— 构件的截面面积,对 T形、工字形截面,
均取 A=bh+2(bf′-b);
ζ 2—— 偏心受压构件长细比对截面曲率的修正
系数,当 l0/h< 15时,取 ζ 2等于 1.0。
以上考虑偏心距增大系数 η的方法,称为 η-l0法,主
要针对两端无侧移柱柱中点侧向挠曲引起的二阶弯矩对
轴力偏心距的影响。
(2)考虑二阶效应的弹性分析方法
考虑二阶效应的弹性分析法是近年来美国、加拿大
等国规范荐的一种精度和效率较高的考虑二阶效应的方
法 。
该方法从属于承载能力极限状态,故在考虑二阶
效应的弹性分析法中,对结构构件应取用与该极限状
态相对应的刚度,即将初始弹性抗弯刚度 EcI乘以根据
不同类型构件在承载能力极限状态下的不同刚度折减
水平而确定的折减系数 。如梁取 0.4,柱取 0.6,对剪
力墙及核心筒壁取 0.6。
刚度折减系数的确定原则是,使结构在不同的荷
载组合方式下用折减刚度的弹性分析求得的各层间位
移及其沿高度的分布规律与按非线性有限元分析所得
结果相当,因而求得的各构件内力也应接近。
用考虑二阶效应的弹性分析算得的各杆件控制截
面最不利内力可直接用于截面设计,而不需要通过偏
心距增大系数 η ei来增大相应截面的初始偏心距 ei,但
仍应考虑附加偏心距 ea。
6.2.2 建筑工程中的偏心受压构件正截面承载力的计算方法
偏心受压构件常用的截面形式有矩形截面和工字形
截面两种;
其截面的配筋方式有 非对称配筋 和 对称配筋 两种;
截面受力的破坏形式有受拉破坏和受压破坏两种类型
、从承载力的计算又可分为 截面设计 和 截面复核 两种情
况。
1.矩形截面偏心受压构件计算
(1)基本计算公式
偏心受压构件采用与受弯构件相同的基本假定,根
据偏心受压构件破坏时的极限状态和基本假定,可绘出
矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算图式如 图 (6-10)
(见下页) 。
sysyc AfAfbxfN ??? ''1?
)2()( 01'0'' xhbxfahAfM cssy ???? ?
( 6-6)
( 6-7)
①大偏心受压 (ξ≤ξb)
大偏心受压时受拉钢筋应力 бs=fy,根据轴力和对受拉
钢筋合力中心取矩的平衡 (图 6-10a)有
式中,e为轴向力 N至钢筋 As合中心的距离
e=η ei+h/2-as (6-8)
为了保证受压钢筋 (As′)应力到力到达 fy′及受拉钢筋应
力到力到达 fy,上式需符合下列条件
Ne
x≥2as’ (6-9)
x≤ξbh0 (6-10)
当 x=ξbh0时,为大小偏心受压的界限情况,在式 (6-6)
中取 x=ξbh0,可写出界限情况下的轴向力 Nb的表达式
Nb=α1fcξbbh0+fy’As’-fyAs (6-11)
当截面尺寸、配筋面积及材料的强度为以知时,Nb
为定植,可按式 (6-11)确定。如作用在该截面上的轴向力
的设计值 (N≤ Nb),则为大偏心受压的情况;若 N> Nb,
则为小偏心受压的情况。
② 小偏心受压 (ξ> ξb)
距轴力较远一侧纵筋 (As)中应力 б s< fy(图 6-10c),这时
sssyc AAfbxfN ?? ??? ''1
)()2( '0''01 ssyc ahAfxhbxfNe ???? ?
( 6-12)
( 6-13)
式中,б s在理论上可按应变的平截面假定确定 ε s,再由
б s=ε sEs确定,但计算过于复杂。由于 б s与 ε 有关,根据
实测结果可近似按下式计算,即
1
1?? ??? ???
b
yS f ( 6-14)
按上式算得的钢筋应力符合下列条件
ysy ff ??? ?'
( 6-15)
当 ξb≥2β1-ξb时,取 бs=-fy‘。
(2)截面配筋计算
当截面尺寸、材料强度及荷载产生的内力设计值 N和
M均为已知,要求计算需配置的纵向钢筋以 As′ 及 As时,
需首先判断是哪一类偏心受压情况,才能采用相应的公
式进行计算。
①两种偏心受压情况的判别
先近似按下面方法进行判别
当 ηei< 0.3h0时, 为小偏心受压情况;
当 ηei> 0.3h0时, 可按大偏心受压计算
判别两种偏心受压情况的实质条件是,ξ≤ξb为大偏心
受压; ξ> ξb为小偏心受压 。 但在开始截面配筋计算时,
As′及 As为未知, 将无从计算相对受压区高度 ξ,因此也就
不能利用 ξ来判别 。
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'
0
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'
0
'
2
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sy
cs
sy
bbc
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bhfNe
ahf
bhfNeA
?
??
?
??? ????? ( 6-16)
上式中 e=ηei+h/2-as
按上式算得的 As′应不小于 0.002bh,否则应取 As′=0.002bh
关于以 0.3 h0作为大小偏心受压近似分界界限的推导,
可见参考文献[ 8] 。
②大偏心受压构件的配筋计算
A.受压钢筋人及受拉钢筋均未知 —— 情况 1
两个基本公式 (6-10)及 (6-11)中有三个未知数,As′, As
及 x,故不能得出唯一的解。 为了使总的配筋面积 (As′ +As)
为最小,和双筋受弯构件一样,可取 x=ξ bh0,则由式 (6-11)
可得
将式( 6- 16)算得的 As′代入 式( 6- 10)可得:
按上式算得的 As应不小于 ρminbh,否则应取 As=ρminbh
B.受压钢筋 As′已知,求 As—— 情况 2
设计方法与双筋截面相似
由式( 6— 6)有
y
sybc
s f
NAfbhfA ??? ''01 ??
s
c
ssy
s bhf
ahAfNe
??
?
?
211
)(
2
01
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0
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--=再求得:
??
?
判断一下, 有如下三种情况:
bh
f
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A
h
a
y
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b
s
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''
01
s
0
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2
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=则有:

''
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0
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''
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2
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si
sy
s
ss
s
s
sssb
a
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ee
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Ne
A
Aax
A
h
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AAA
???
?
?
?
?
?
??


其中:
合力点取矩,则有:对取
不能屈服表明若
设计)即按情况和配置不足,应重新设计表明若
?
?
③小偏心受压构件的配筋计算
I.受弯平面内的计算:
将 б s的公式 (6-14)代人式 (6-12)及式 (6-13),并将 x代换为
x=ξ h0,则小偏心受压的基本公式为
( 6-22)
( 6-23)
( 6-24)
式 (6-22)及式 (6-23)中有三个未知
数 ξ, As及 As’故不能得出唯一的
解,一般情况下 As’无论拉压其应力
都达不到强度设计值,故配置数量
很多的钢筋是无意义的。 故可取 As
= 0.002bh,但考虑到在 N较大而 e0
较小的全截面受压情况下如附加偏

( 6-25)
式中 e′ 为轴向力 N至 As’合力中心的距离,这时取 η =1.0对 As
最不利,故
( 6-26)
距 ea与荷载偏心距 e0方向相反,即 ea使 e0减小。对距轴力较
远一侧受压钢筋 As将更不利 (图 6-11)。对 As’合力中心取矩
按式 (6-25)求得的 As,应不小于 0.002bh,否则应取
As=0.002bh。
为了说明式 (6-25)的控制范围,令式 (6-25)等于 0.002bh,
对常用的材料强度及 as’/h0比值进行数值分析的结果表明当
N> α1fcbh时,按式 (6-25)求得的 As,才有可能大于 0.002bh;
当 N< α1fcbh时,按式 (6-25)求得 As将小于 0.002bh,应取
As=0.002bh。
在小偏心受压情况下,As可直接由式 (6-25)或 0.002bh中的
较大值确定,当 As确定后,小偏心受压的基本公式 (6-22)及式
(6-23)中只有两个未知数 ξ及 As’,故可求得唯一的解。
将式 (6-25)或 0.002bh中的 As较大值代入 基本公式消去 As’求
解 ξ
( 6-27)
判断一下可能出现四种情形:
A,如 ξ< ξb表明 σs=fy,按大偏心受压构件计算
B.如 ξb< ξ< 2β1-ξb,将 ξ代人式 (6-23)可求得 As’,
显然 As’应不小于 0.002bh;否则取 As’=0.002bh;
C.如 2β1-ξb ≤ξ≤h/h0,这时 бs=-fy’,基本公式转化为
将 As代人上式,需按下式重新求解 ξ及 As’
( 6-28)
同样 As’应不小于 0,002bh,否则取 As’=0.002bh。
D.如 h/h0 < ξ,表明 σs=- fy’且 ξ= h/h0,代入式( 6-
12)和( 6- 13),可求得 AS和 AS’
II.受弯平面外的验算 —— 对矩形截面小偏心受压构
件,除进行弯矩作用平面内的偏心受力计算外,还应对垂
直于弯矩作用平面按轴心受压构件进行验算。
由 l0/b查表 2- 1得 φ,验算:
矩形截面偏心受压构件截面配筋计算流程见 图 6-12。
现将非对称配筋偏心受压构件截面设计计算步骤归结
如下:
①由结构功能要求及刚度条件初步确定截面尺寸 b、
h;由混凝土保护层厚度及预估钢筋的直径确定 as,as’计
算 h0及 0.3h0。
? ?? ?AffAAN cyss ??? ''9.0 ?
②由截面上的设计内力,计算偏心距 e。 =M/
N,确定附加偏心距 ea(20 mm或 h/ 30的较大值 ),
进而计算初始偏心距 ei=e。 +ea。
③由构件的长细比 l0/h 确定是否考虑偏心距增大系
数 η进而计算 η。 若弹性分析中已考虑二阶效应者,不计
算此项 。
④将 ηei(或 M/ N+ ea)与 0.3h0比较来初步判别大小偏
心。
⑤当 ηei(或 M/ N+ ea)> 0.3h0时,按大偏心受压考
虑。根据 As和 As’状况可分为,As和 As’均为未知,引入
x=ξbhb,由式 (6-16),( 6-17)确定 As和 As’。
As’已知求 As,由式 (6-6),(6-7)两方程可直接求 As;
As’已知求 As,但 x< as’,按式 (6-21)求 As;
⑥当 ηei(或 M/ N+ ea)≤0.3h0时,按小偏心受压考虑。由式 (6-
25)或 0.002bh中取较大值确定 As,由基本公式 (6-14)与式 (6-12)或式
(6-13)求 ξ及 As’。求 ξ时,采用式 (6-27)或式 (6-28),As’由式 (6-22)确
定。此外,还应对垂直于弯矩作用平面按轴心受压构件进行验
算。
⑦将计算所得的 As和 As’,根据截面构造要求确定钢筋的直径
和根数,并绘出截面配筋图。
⑶截面承载力复核
当构件的截面尺寸、配筋面积 As及 As’,材料强度及计算长度
均为已知。要求根据给定轴力设计值 N或 (偏心距 e0)确定构件所能
承受的弯矩设计值 M(或轴向力 N)时属于截面承载力复核问题。一
般情况下。
单向偏心受压构件应进行两个平面内的承载力汁算,弯矩作
用平面内承载力计算及垂直于弯矩作用平面的承载力计算。
① 弯矩作用平面内的承载力计算
A.给定轴向力设计值 N,求弯矩设计值 M
已知,b,h,As,As’,fy,fy’,fc,l0,及 N
求,Mu
步骤,1.计算 Nb,由式( 6- 11)计算;
2.当 N≤ Nb时为大偏压 ;
3.由式( 6- 6)计算 x,再将 x代入式( 6- 7)求 e;
4.由式 (6-3)算得 η代入式 (6-8)求 e0,这时取 ea为
20mm或 h/30较大值; 有 ei= ea+ e0;
5.由 η( ea+ e0) + h/2- as=e,求得 e0;
6,Mu=Ne0 即为所求。
7.当 N> Nb则为小偏心受压情况,将已知数据代
入式 (6-12)和式 (6-14)求 x,再将 x及 η代人式 (6-13)求 e0及
Mu
B,给定荷载的偏心距 e0,求轴向力设计值 N
由于截面尺寸、配筋及 e0为已知
1.ea=20mm或 h/30,ei=e0+ea,
2.当 ei≥ 0.3h0时,按大偏心受压情况进行截面复核
3.取 ζ 1=1.0按已知的 l0/h由式 (6-3)计算偏心距增大系数 η ;
4.将 e=ηei+h/2-as及已知数据代人式 (6-6)及式 (6-7),联立求解 x
及 N,即可。
5,当 ei< 0.3h0时,此时可能为大偏压或小偏压。
6.由于承载力 N为未知,可按近似公式 ζ1=1.2+2.7 ei /h0求 ζ1
7.再代入式 (6-3)计算 η(试算 )。如 ηei≥0.3h0,需按大偏心受压计
算。
8.ηei< 0.3h0则确属小偏心受压,将已知数据代人式 (6-12)及式
(6-13)联立求解 x及 Nu
9.当求得 Nu≤α1fcbh即为所求 。 当 Nu> α1fcbh时,尚需按式 (6-
25)求 Nu,与求得的 Nu相比,两者之间取较小值。
(4)对称配筋矩形截面
在工程设计中,当构件承受变号弯矩作用,或为了构造
简单便于施工时,常采用对称配筋截面,即 As=As’,fy= fy’,
且 as=as’。对称配筋情况下,当 ηei> 0.3h0时,不能仅根据这
个条件就按大偏心受压构件计算,还需要根据 ξ与 ξb(或 N与
Nb)比较来判断属于哪一种偏心受压情况。对称配筋时
fyAs=fy’As’,故 Nb=α1fcξbbh0 。
① 当 η ei> 0.3h0,且 N≤ Nb时,为大偏心受压。这时,
x=N/α 1fcb,代人式 (6-7),可有
)(
)2/(
'
0
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01'
sy
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xhbxfNeAA
?
???? ?( 6-29)
如 x< 2as’,近似取 x=2as’,则上式转化为
)(
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0
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Ss ahf
aheNAA
?
???? ? ( 6-30)
②当 η ei≤ 0.3h0,或 η ei> 0.3h0,且 N> Nb时,为小偏
心受压,远离纵向力一边的钢筋不屈服 。由式 (6-
22)且 As=As’,fy= fy’可得 ybs
f
1
1?? ??? ???

将上式代人式 (6-23)可得
( 6-31)
这是一个 ξ 的三次方程,用于设计是非常不便的。为了简
化计算,设式 (6-31)等号右侧第一项中
Y=ξ(1-0.5ξ)(ξb-ξ)/(ξb-β1) (6-32)
当钢材强度给定时,ξ b为已知的定值。由上式可画出
Y与 ξ 的关系曲线 如图 6-14所示。由图可见 当 ξ > ξ b。时
Y 与 ξ 的关系逼近于直线。对常用的钢材等级,可近似取
( 6-33)
将上式代入式 (6-31),经整理后可得 ξ 的计算公式为
( 6-34)
将算得的 ξ 代人式 (6-23),则矩形截面对称配筋小偏心
受压构件的钢筋截面面积 可按下列公式计算
( 6-35)
对称配筋矩形截面的承载力的复核与非对称矩形截面相
同 只是引入对称配筋的条件,As=As’,fy= fy’、同样应同时考
虑弯矩作用平面的承载力及垂直于弯矩作用平面的承载力。
现将对称面筋偏心受压构件截面设计计算步骤归结如下,
①由结构功能要求及刚度条件初步确定截面尺寸
h,b;由混凝土保护层厚度及预估钢筋的直径确定 as,
as’计算 h0,0,3h0。
②由截面上的设计内力 计算偏心距 e0=M/N,确定
附加偏心距 ea(20mm或 h/ 30的较大值 )进而计算初始偏
心距 ei=e0+ea。
③由构件的长细比 l0/h0则确定是否考虑偏心距增大
系数 η,进而计算 η。 若弹性分析中已考虑二阶效应者 不
计算此项。
④计算对称配筋条件下的 Nb=α1fcξbbh0将 ηei(或 M/
N+ ea)与 0.3h,Nb与 N比较来判别大小偏心 。
⑤当 ηei(或 M/ N+ ea)> 0.3h,且 Nb> N时,为大偏
心受压。 x=N/α1fcb (6-29)或式 (6-30)求出 As=As’。
⑥当 ηei(或 M/ N+ ea)≤0.3h,或 ηei(或 M/ N+
ea)≤0.3h且 Nb< N时,为小偏心受压。 (6-34)求 η,再代入
式 (6-35)求出 As=As’。
⑦将计算所得的 As及 As’,根据截面构造要求确定钢
筋的直径和根数,并绘出截面配筋图。
2,T形及工字形截面偏心受压构件计算
现浇刚架及供中常出现 T形截面的偏心受压构件 当
翼缘位于截面的受压区时,翼缘计算宽度 bf’;应按表 4-7
的规定确定。在单层工业厂房时为了节省混凝土和减轻
构件自重,对截面高度 h大于 600mm的柱,可采用工字
形截面、工字形截面在的冀缘厚度一般不小于 100 mm腹
板厚度不小于 80mm。 T形截面、工字形截面偏心受压构
件的破坏特性,计算方法与矩形截面是相似的,区别只
在于增
加了受压区翼缘的参与受力、而 T形截面可作为工字形
截面的特殊情况处理。计算时同样可分为 ξ ≤ ξ b的大偏
心受压和 ξ > ξ b的小偏心受压两种情况进行。
⑴非对称配筋截面
①大偏心受压情况 (ξ≤ξb)
与矩形截面受弯构件相同,按受压区高度 x的不同可
分为两类 (图 6-17)。
A,当受压区高度在翼缘内 x≤hf’时,按照宽度为 bf’的
矩形截面计算。在式 (6-6)及式 (6-7)中,将 bf代换为 bf’。
B,当受压区高度进人腹板时,x> hf’,应考虑腹板
的受压作用,按下列公式计算
(6-36)
(6-37)
③小偏心受压情况 (ξ> ξb)
在这种情况下。通常受压区高度已进人腹板 (x> hf’),
按下列公式计算
(6-38)
(6-39)
式中 Ac,Sc分别为混凝土受压区面积及其对 As合力中心的面
积矩 (图 6-18)。
当 x<h-hf时
当 x>h-hf时
与矩形截面相同,钢筋应力 б s按 (6-14)计算。在全截
面受压情况,与式 (6-25)相似应考虑附加偏心距 ea与 e0反向
对 As的不利影响,这时不考虑偏心距增大系数取初始偏心
ei=e0-ea。对 As’合力中心取矩,可得
( 6-40)
式中,A=bh+(bf’-b)hf+(bf-b)hf。
( 2)对称配筋截面
工字形截面一般为对称配筋 (As’=As)的预制柱,可按
下列情况进行配筋计算:
①当 Nb≤ α 1fcξ bbf’hf’时,受压区高度 x小于翼缘厚
度 hf’,可按宽度 bf’的矩形截面计算,一般截面尺寸情况
下 ξ ≤ ξ b,属大偏心受压情况,这时
x=N/ α 1fcbf’ (6-41)

( 6-42)
如 x< 2as’,则近似取 x=2as’计算。
)( '0'
1'
sy
cc
Ss ahf
SfNeAA
?
??? ? ( 6-44)
3.双向偏心受压构件计算
地震区的框架柱,是最常见的同时承受轴向力 N及两个主
轴方向弯矩 Mx,My作用的双向偏心受压构件 (图 6-1b)。双向
偏心受区构件的正截面承载力计算 同样可根据正出面承载力

算同样可根据正出面承载力计算的基本假定,将受压区混
凝土的应力图形简化为等效矩形应力图 并利用任意位置处
钢筋应力 бs。可根据平截面假定求出应变 ξs。再乘以弹性模
量 Es 。求得。采用上述正截面承载力的一般理论进行分析
对,需借助于计算机用迭代方法求解 比较复杂。在工程设
计中,通常采用下面绘出的近似计算方法。
对于截面具有两个相互垂直的对称轴的混凝土双向偏
心受构件 (图 6-21)采用基于弹性理论应力在加原理的近似方
法计算其正截面承载力。
设 Nu0为不考虑稳定系数 ф的,截面轴心受压承载力设
计值,Nux(Nuy)为轴向力作用于 x(y)轴、考虑相应的附加偏
心距及偏心距增大系数时 η xeix(η yeiy)后,按全部纵向钢筋
计算的构件偏心受压承载力设计值 N为在截面两个对称轴方
向同时有偏心距 η xeix(η yeiy)时,构件所能承受的轴向力设
计值。设 A。 为截面的换算面积,Wx及 Wy分别为 X轴和 Y
轴方向的换算截面抵抗矩。假设材料处于弹性阶段工作、
在轴向力 Nu0,Nux,Nuy及 N作用下,截面所能承受的最大
应力均为 б 。则
Nu0/A=σ ( 6-45)
( 6-46)
( 6-47)
( 6-48)
在以上各式中消去 б, A。, Wx及 Wy可得
0
1111
uuyux NNNN
???
( 6-49)

0
111
1
uuyux NNN
N
??
? ( 6-50)
双向偏心受压构件的纵向受力钢筋通常沿截面四边布
置 (图 6-22)。
当计算 Nux及 Nuy时,要考虑全部纵向钢筋,由于双向偏
心构件中各钢筋的位置不同,到达承载能力极限状态时。
其中一部分纵向钢筋的应力将达不到强度设计值因此需计
算出的任意位置处钢筋应力 б si。如图 6-22所示多排钢筋截
面,对每一排钢筋逐次编号 i=1,2,3,4。根据轴向力和对
截面中心取矩的平衡条件。可写出
求得的 бsi应符合下列条件
( 6-53)
( 6-54)
( 6-51)
( 6-52)
式中 Asi—— 第 i排钢筋的截面面积;
h0i—— 第 i排钢筋中心到受压边缘的距离;
б si—— 第 i排钢筋的应力,可近似按下列公式计算
§ 6.3 偏心受拉构件正截面承载力计算
6.3.1 偏心受拉构件的特点
偏心受拉构件同时承受轴心拉力 N和弯矩 M,其偏心距
e0=M/N 它是介于轴心受拉 (e0=0)和受弯 (N=0,相当于 e0=∞)
之间的一种受力构件。因此其受力和破坏特点与 e0的大小有
关。
当偏心距很小时 (e0=h/ 6)构件处于全截面受拉的状态开
裂前的应力分布如图 6-29a所示,随着偏心拉力的增大,截
面受拉较大一侧的混凝土将先开裂并迅速向对边贯通。此时
裂缝截面混凝土退出工作,偏心拉力由两侧的钢筋 (As’和 As)
共同承受,只是 As承受的拉力较大。当偏心距稍大时 (h/ 6
< e0< h/ 2-as),起初,截面一侧受拉另一侧受压。其应力
分布如图 6-29b所示。随着偏心拉力的增大。靠近偏心拉力
一间的混凝土先开裂。由于偏心拉力作用于 As’和 As之间,
在 As一侧的混凝土开裂后 为保持力的平衡。说 As’一侧的混
凝土将不可能再存在有受任区,此时中和轴已经移至截面
之外,而使这部分混凝土转化为受拉。并随偏心拉力的增
大而开裂。由于截面应变的变化 As’也转化为受拉钢筋。因
此。如图 6-29a,b所示的两种受力情况,截面混凝土都将
裂通,偏心拉力全由左、右两侧的纵向受拉钢筋承受。只
要两侧钢筋均不超过正常需要量,则当截面达到承载能力
极限状态时,钢筋 As’和 As的拉应力均可能达到屈屈服强
度。因此,可以认为对 h/ 2-as> e0> 0的偏心受拉构件,即
轴向拉力位于 As’和 As之间的受拉构件,混凝土完全不参加
工作两侧钢筋 As’和 As均受拉屈服。这种构件称为小偏心受
拉构件。
当偏心距 e0> h/ 2-as时,即轴向拉力位于 As’和 As之外
时,开始截面应力分布如图 6-29c所示,混凝土受压区比图
6-29b明显增大。随着偏心拉力的增加靠近偏心拉力一侧的
混凝土开裂裂缝虽能开展,但不会贯通全截面,而始终保持
一定的受压区、其破坏特点取决于靠近偏心拉力一侧的纵向
受拉钢筋 As的数且。当 As适量时。它将先达到屈服强度 随着
偏心拉力的继续增大 裂缝开展,混凝土受压区缩小、最后 因
受压区混凝土达到极限压应变及纵向受压钢筋 As’达到屈服。
而使构件进人承载能力极限状态,如图 6-30b所示、这种构件
称为大偏心受拉构件。
6.3.2 建筑工程偏心受拉构件正截面承载力计算
1.基本计算公式
⑴小偏心受拉
由图 6-30a建立力和力矩的平衡方程
ysys fAfAN
'?? ( 6-100)
( 6-101)
( 6-102)
)( '0' sys ahfANe ??
)( '0' sy ahfANe s ??
式中,e’=h/ 2-as’+e0; e=h/ 2-as-e0
(2)大偏心受拉
由图 6-30b建立力和力矩的平衡方程
bxfAfAfN cssy y 1'' ???? ( 6-103)
( 6-104) )()2( '0''01 ssc ahAfxhbxfNe
y ???? ?
式中,e= e0-h/ 2+as
为保证构件不发生超筋和少筋破坏,并在破坏时纵向
受压钢筋 As达到屈服强度,上述公式的适用条件是
同时还应指出,偏心受拉构件在弯矩和轴心拉力的作用
下,也发生纵向弯曲。但与偏心受压构件相反,这种纵向弯
曲将减小轴向拉力的偏心距。为计算简化,在设计基本公式
中一般不考虑这种有利的影响。
2.截面配筋计算
(1)小偏心受拉
当截面尺寸、材料强度、及截面的作用效应 M及 N为已
知时,可直接由式 (6-101)及式 (6-102)求出两侧的受拉钢筋。
⑵大偏心受压
大偏心受拉时,可能有下述几种情况发生:
情况 1,As’和 As均为未知
为节约钢筋,充分发挥受压混凝土的作用。令
x=ξbh0。将 x代人式 (6-104)即可求得受压钢筋 As’如果
As’≥ ρ minbh,说明取 x=ε bh0成立。即进一步将 x=ξ bh0
及 As’代人式 (6-103)求得 As。如果 As’< ρ minbh或为负值则
说明取 x=ξ bh0不能成立,此时应根据构造要求选用钢筋
As’的直径及根数。然后按 As’为已知的情况 2考虑。
情况 2:已知 As’,求 As此时公式为两个方程解二个
未知数。故可由式 (6-103)及式 (6-104)联立求解。其步骤
是:由式 (6-104)求得混凝土相对受压区高度 ξ
( 6-105)
若 2as’< x< ξ bh0。,则可将 x代人式 (6-103)求得靠近偏心
拉力一侧的受拉钢筋截面面积
( 6-106)
若 x< 2as’或为负值,则表明受压钢筋位于混凝土受压区合
力作用点的内侧,破坏时将达不到其屈服强度,即 As’的应
力为一未知量,此时,应按情况 3处理。
情况 3,As’为已知,但 x< 2as’或为负值
此时可取 x=2as’或 As’=0分别计算 As值,然后取两者中
的较小值作为截面配筋的依据。
矩形截面偏心受拉构件承载力设计计算见图 6-31所示
计算程序框图。
3、截面承载力复核
当截面复核时 截面尺寸、配筋、材料强度以及截面的
作用效应 (M和 N)均为已知、大偏心受拉时 在式 (6-103)和式
(6-104)中 仅 x和截面偏心受拉承载力 N。 为未知 故可联立
求解。
若式 (6-103)和式 (6-104)联立求得的。满足公式的适用
条件则将代入式 (6-103),即可得截面偏心受拉承载力
若 x> ξ bh0。说明 As过量 截面破坏时,As达不到屈服
强度 需按式 (6-14)计算纵筋 As的应力 б s。并对偏心拉力作
用点取矩,重新求 x然后按下式计算截面偏心受拉承载力
( 6-107)
若 x< 2as’,可利用截面上的内外力对 As’合力作用点取
矩的平衡条件求得 Nu;也可按假定 As’=0,单侧配筋的情
况求 Nu。由于两种算法均匀安全,故可取其中较大者。
小偏心受拉时,可由式 (6-101)及式 (6-102)分别求 Nu、
取其中的较小值作为 Nu。
以上求得的 Nu与 N比较,即可判别截面的承载力是否
足够。
( 6-108)
§ 6.4 偏心受力构件斜截面受剪承载力计算
6.4,1 偏心受力构件斜截面受剪性能
对于偏心受力构件,往往在截面受到弯矩 M及轴力 N(
无论拉力或压力)的共同作用的同时,还受到较大的剪力
V作用。因此,对偏心受力构件,除进行正截面受压承载
力计算外,还要验算其斜截面的受剪承载力。
由于 轴力的存在,对斜截面的受剪承载力会产生一定
的影响 。例如在偏心受压构件中,由于 轴向压应力的存在
,延缓了斜裂缝的出现和开展,使混凝土的剪压区高度增
大,构件的受剪承载力得到提高 。但 在偏心受拉构件中,
由于轴拉力的存在,使混凝土的剪压区的高度比受弯构件
的小,轴心拉力使构件的抗剪能力明显降低。
建筑工程中对偏心受力构件的斜截面承载力的计算有明确
的规定,而公路桥梁工程中,由于目前对斜截面承载力计算
研究得不够,故在公路桥涵规程中未对偏心受力构件的斜截
面承载力计算提出规定。
6.4.2 偏心受力构件斜截面受剪承载力计算公式
1.偏心受压构件
试验表明,当 N<0.3fcbh时,轴力引起的受剪承载力的
增量 Δ VN。与轴力 N近乎成比例增长;当 N> 0.3fcbh时,
Δ VN将不再随 N的增大而提高。如 N> 0.7fcbh将发生偏心受
压破坏。建筑工程规范对矩形截面偏心受压构件的斜截面受
剪承载力采用下列公式计算
NhsAfbhfV svyvt 07.00.175.1 00 ???? ?
( 6-113)
式中
λ—— 偏心受压构件的计算剪跨比。对框架柱,假定反弯
点在柱高中点取 λ=Hn/(2h0);对框架 -剪力墙结构的柱,可取
λ=M/(Vh0);当 λ< 1时,取 λ=1;当 λ> 3时,取 λ=3,此处,Hn
为柱的净高, M 为计算截面上与剪力设计值相应的弯矩设计
值。对其他偏心受压构件,当承受均布荷载时,取 λ= 1.5;当
承受集中荷载时(包括作用有多种荷载、且集中荷载对支座
截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的 75%以上的情
况),取 λ= a/h0;当 λ<1.5时,取 λ=1,5;当 λ> 3时,取 λ=3;
此处 a为集中荷载至支座或节点边缘的距离。
N—— 与剪力设计值 V相应的轴向压力设计值 。当 N>
0.3fcA时,取 N= 0.3fcA,A为构件的截面面积。
为了防止斜压破坏,截面尺寸应满足下列条件
025.0 bhfV cc??
( 6-114)
NbhfV t 07.00.175.1 0 ??? ?
( 6-115)
当符合下列条件时
可不进行斜截面受剪承载力计算,按 4.2.1节构造要求
配置箍筋。
NhsAfbhfV svyvt 2.00.175.1 00 ???? ?
( 6-116)
式中 N—— 与的力设计值 V相应的轴向拉力设计值;
λ —— 计算截面的幽跨比,与偏心受压构件斜截
面受的承载力计算中的规定相同。
当式( 6-116)右边的计算值小于 fyvAsvh0/s时,考虑
到箍筋承受的剪力,应取等于 fyvAsvh0/s,且不得小于
0.36ftbh0 。
2,偏心受拉构件
通过试验资料分析,偏心受拉构件的斜截面受四承载
力可按下式计算
§ 6.5 偏心受力构件的构造要求
1.混凝土强度等级、计算长度及截面尺寸
(1)混凝土强度等级
受压构件的承载力主要取决于混凝土,因此 采用较高强
度等级的混凝土是经济合理 的。
一般柱的混凝土强度等级采用 C25及 C30,对多层及高层
建筑结构的下层柱必要时可采用更高的强度等级。
桥梁结构中的柱式墩台的墩柱及桩基础的柱也采用 C30
及以上强度等级的混凝土。
(2)柱的计算长度
一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构各层柱段,其计
算长度可由表 6-1中的规定取用。
当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的 75%以上
时,框架柱的计算长度 l0可按下列公式计算,并取其中的较小值
l0= [1+0.15(ψu+ψl)]H (6-117)
l0=(2+0.2ψmin)H (6-118)
式中 ψu,ψl—— 柱的上端、下端节点处交汇的各柱线刚度之
和与交汇的各梁线刚度之和的比值;
ψmin—— 比值见 ψu,ψl中的较小值;
H—— 柱的高度,按表 6-1的注采用。
刚性屋盖单层房屋排架柱的计算长度可按表 6-2规定取用。
注,1.表中 H为从基础顶面算起的柱子全高; Hl为从基础项面至装配式吊车梁
底面或现浇式吊车梁顶面的柱子下部高度; Hu为从装配式吊车梁底面或从现
浇吊车梁顶面算起的柱子上部高度;
2.表中有吊车房屋排架住的计算长度,当计算中不考虑吊车荷载时,可
按无吊车房屋的计算长度采用,但上住的计算长度仍按有吊车房屋采用;
3.表中有吊车房屋排架住的上柱在排架方向的计算长度,仅适用于 Hu/ Hl
不小于 0.3的情况;当 Hu/ Hl小于 0.3时,计算长度宜采用 2.5Hu。
在上述规定中,对底层柱段,H为从基础顶面到一层楼
盖顶面的高度;对其余各层柱段,为上、下两层楼盖顶面之
间的高度。
按有侧移考虑的框架结构,当竖向荷载较小或竖向荷载
大部分作用在框架节点上或其附近时,各层柱段的计算长度
应根据可靠设计经验取用较上述规定更大的数值。
桥梁工程中,当构件两端固定时取 0.5l;当一端固定一
端为不移动的铰时,取 0.7l;当两端均为不移动的铰时取 l;
当一端固定一端自由时取 2.0l。 l为构件支点间的长度。当有
工程经验的可按工程经验取。
(3)截面尺寸
为了充分利用材料强度,使构件的承载力不致因长细比
过大而降低过多,柱截面尺寸不宜过小,矩形截面的最小尺
寸不宜小于 300 mm,同时截面的长边 h 与短边 b 的比值常
选用为 h/b=1.5~ 3.0。 一般截面应控制在 l0/ b< 30及 l0/ h<
25(b为矩形截面的短边,h为长边 )。当柱截面的边长在 800
mm以下时,截面尺寸以 50 mm为模数;边长在 800 mm以上
时,以 100 mm为模数。
2.纵向钢筋及箍筋
⑴纵向钢筋
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,纵筋将起不到防止跪性破坏的缓冲作
用。同时为了承受由于偶然附加 偏心距 (垂直于弯距作用平
面 )、收缩以及温度变化引起的拉应力,对受压构件的最小配
筋率应有所限制。
,规范, 规定,轴心受压构件全部纵向钢筋的配筋率
ρ =As/A不得小于 0.006。 偏心受压构件中的受拉钢筋的最小
配筋率要求与受弯构件相同, 受压钢筋的最小配筋率为
0.002。如截面承受变号弯矩作用,则均应按受压钢 筋考
虑。
从经济和施工方面考虑,为了不使截面配筋过于拥挤
,全部纵向钢筋配筋率不宜超过 5% 。纵向受力钢一般选
HPB235(R 235),HR B335,HR B400及 KL400,
纵向受力钢筋直径 d不宜小于 12 mm,一般直径为 12~
40 mm。 柱中宜选用根数较少、直径较粗的钢筋,但根数不
得少于 4根。圆柱中纵向钢筋应沿周边均匀布置 根数不宜
少于 8根 且不应少于 6根。
纵向钢筋的保护层厚度要求与梁相同不小于 25mm或纵筋
直径 d。
当柱为竖向浇注混凝土时纵筋的净距不应小于 50 mm也
不大于 300 mm。配置于垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢
筋的间距不应大于 350 mm。对水平浇注的预制柱其纵筋距
的要求与梁同。
当偏心受压柱的 h≥600mm 时 在侧面应设置直径为 10
~ 16 mm的纵向构造钢筋 并相应地设置复合箍筋或拉筋 。
(2)箍筋
受压构造中的箍筋应为封闭式 的。箍筋一般采用 HP
B235级钢筋其直径不应小于 d/4。且不应小于 6 mm此处,d
为纵向钢筋的最大直径。
箍筋间距不应大于 400 mm,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,在焊接骨架中 不应
大于 20d,d为纵向钢筋的最小直径。
当柱中全部纵向钢筋的配筋率超过 3%时,箍筋直径不
宜小于 8mm,并应焊成封闭式 或在箍筋末端做不小于 135°
的弯钩,弯钩末端平直段的长度不应小于 10倍箍筋直径 其间
距不应大于 10(d为纵向钢筋的最小直径 ),且不应大干 200
mm。
当柱截面每边纵筋根数超过 3根时。应设置复合箍筋 当
柱的短边不大于 400 mm,且纵向钢筋不多于 4根时 可不设置
复合箍筋 (图 6-35)。
柱内纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋间距应符合梁中
搭接长度范围内的相应规定。
工字形柱的 翼缘厚度不宜小于 120 mm。 腹板厚度不
宜小于 100mm,当腹板开有孔时 在孔洞周边宜设置 2~ 3
根直径不小于 8 mm的封闭钢筋。
腹板开孔的工字形柱 当孔的横向尺寸小于过截面高度
的一半孔的竖向尺寸小于相邻两孔之间的净距时 柱的刚度
可按实腹工字柱计算 但在计算承载力时应扣除孔洞的削弱
部分;当对孔尺寸超过规定时柱的刚度和承载力应按双肢
柱计算。
3、上、下层柱的接头
在多层现浇钢筋混凝土结构中,一般在楼盖顶面处
设置施工缝,上下柱须做成接头。 通常是将下层柱的纵
筋伸出楼面一段距离,其长度为纵筋的搭接长度 ll,与上
层柱纵筋相搭接 。纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长
度 ll,应根据位于同一连接区段的钢筋搭接接头的面积百
分率,由 ll=ζla计算 (ζ为纵向受拉钢筋搭接长度修正系
数 ),且不应小于 300mm;对受压钢筋的搭接长度取受拉
钢筋搭接长度的 0.7倍,且不应小于 200 mm。 la见附录 8。
在搭接长度范围内箍筋应加密,当搭接钢筋为受拉
时,其箍筋间距不应大于 5d,且不应大于 100 mm;当搭
接钢筋为受压时,其箍筋间距不应大于 10d,且不应大于
200 mm。 d为受力钢筋中的最小直径。
当上、下层柱截面尺寸不同时,可在梁高范围内将下
层柱的纵筋弯折一倾斜角,然后伸人上层柱,也可采用
附加短筋与上层柱纵筋搭接。
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