钢结构刚性固定钢柱脚设计方法的总结.doc

钢结构刚性固定钢柱脚设计方法的总结一、钢柱柱脚形式的分类刚性固定柱脚：1）埋入式柱脚；2）外包式柱脚；3）插入式柱脚；铰接柱脚：外露式柱脚；二、埋入式柱脚2.1、基本概念：所谓埋入式柱脚是指将钢柱底端直接埋入混凝土基础筏板、地基梁或地下室墙体内的一种刚性连接的柱脚。其特点是埋入相对自身绝对刚性的基础中而形成刚性固定柱脚节点。这种柱脚构造可靠，常用于高层钢结构框架柱的柱脚。2.2、埋入式柱脚的受力特点（1）柱的轴向压力N，由钢柱的柱脚底板直接传递给钢筋混凝土基础；柱的轴向拉力，则是通过柱脚底板悬出部分将其上部混凝土的反向压力传递给基础，或经由锚栓（底脚螺栓）直接传给基础。（2）柱的弯矩M有两种传递方式：a、均由H型钢柱翼缘上的抗剪圆柱头焊钉传递给基础，在实际工程设计中大多采用该方法。（也有研究说：该形式的柱脚中栓钉的作用不大，内力的传递主要是下述方式。）b、依靠钢筋混凝土对钢柱翼缘的侧向承压力所产生的抵抗拒来传递给基础。（3）柱脚顶部的水平剪力V由钢柱翼缘与基础混凝土侧向承压力来传递。由于目前还没有能力考虑的有利因素如下：（4）钢柱翼缘与基础混凝土在侧向承压应力状态下，由于钢柱翼缘与混凝土摩擦而产生的抵抗力，设计时不考虑。（5）钢柱翼缘与基础混凝土之间的粘结作用设计时不考虑。（6）在确定埋入钢柱周边对称配置的垂直纵向钢筋面积时，不考虑由钢柱承担的弯矩。埋入式柱脚的埋深与构造示意图如下：2.3、埋入式柱脚一般构造要求及部分细部设计计算2.3.1、埋入式柱脚的钢柱埋入基础的深度一般可以在以下范围内采用（hc为钢柱截面的高度或管径）：a、轻型工字钢截面柱：H=（2.0~2.5）hc；b、圆管形截面柱和箱型截面钢柱：H=（2.5~3.0）hc。2.3.2、埋入式柱脚，在钢柱埋入部分的顶部，应设置水平加劲肋或横隔板；对H型截面柱，其水平加劲肋外伸宽度的宽厚比应不大于9（235/fay），对于箱型截面柱，其内部横隔板的宽厚比应不大于30（235/fay），2.3.3、埋入式柱脚在钢柱的埋入部分，应设置圆柱头抗剪栓钉，栓钉的数量和布置，应按计算要求确定。H型截面柱强轴左右两侧的翼缘、箱型截面柱两轴的每侧、圆管形截面柱两轴的每侧（90度扇面），其栓钉数目不宜小于8φ16，栓钉水平和竖向中心距均不应大于200mm，栓钉竖向中心距不宜小于6d，横向间距不宜小于4d，栓钉外表面至钢柱翼缘侧边的距离不应小于20mm；栓钉的直径不应小于φ16（常用φ19），栓钉长度宜取4~6倍栓钉直径。2.3.4、埋入式柱脚钢柱脚底板的长和宽，按柱的轴力根据下式计算确定，同时应满足构造要求；N/(L*B)≦fc(N为柱轴力，fc为混凝土轴心抗压强度设计值)；一般钢柱脚底板的厚度不小于钢柱较厚板件厚度，且不小于20mm，同时应符合下式要求：t≥(6Mmax/f).（式中，Mmax―根据钢柱脚底板与基础间的压应力和钢柱脚底板的支承条件所确定的柱脚底板的最大弯矩。）2.3.5、钢柱脚底板当需要锚栓固定时，锚栓的锚固深度应不小于25d；锚栓一般仅作安装固定之用。2.3.6、钢柱脚埋入部分的外围混凝土内应配置竖向钢筋以形成暗柱，暗柱截面可为钢柱边长加300mm，其配筋率应不小于0.2%，竖向钢筋沿周边的间距应不大于200mm，四根角筋的直径应不小于φ20，每边中间的附加钢筋应不小于φ16，箍筋一般取φ10@100，靠近基础顶面应增设三道φ12@50加强箍筋，竖向钢筋应锚入柱脚底板下不少于35d。柱脚一侧竖向钢筋（主筋）的截面面积As应按下式验算：As=M/(d*fsy);M=M1+V*h式中：M―作用于钢柱柱脚底部的弯矩设计值；M1―作用于钢柱埋入处顶部的弯矩设计值；V―作用于钢柱埋入处顶部的水平剪力设计值；h―钢柱的埋深；d―受拉侧与受压侧竖向钢筋合力点间的距离；fsy―钢筋的抗拉强度设计值；三、外包式柱脚3.1、基本概念：所谓外包式柱脚是指将钢柱底板放置基础面上，再由基础伸出钢筋混凝土短柱将钢柱柱脚浇筑包裹住成为一个整体。如下图所示：3.2、外包式柱脚的受力特点（1）柱的轴向压力N，由钢柱的柱脚底板直接传递给钢筋混凝土基础；柱的轴向拉力，则是通过柱脚底板悬出部分和锚栓传给基础。（2）柱的弯矩由钢柱翼缘的栓钉传递给包脚钢筋混凝土短柱，并由钢筋混凝土短柱传递至基础。因此，在外包式柱脚中栓钉起着重要的传力作用。同时，短柱配筋由弯矩的大小决定，但是在计算短柱垂直纵向主筋的配置时，不考虑钢柱承担的内力。（3）包脚处顶部的水平剪力由包脚混凝土和短柱箍筋共同承担。栓钉起着重要的传力作用。3.3、外包