钢结构柱脚刚接与铰接Word格式.docx

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柱底水平力会使根底产生倾覆和滑移，根底受上拔力作用，在覆土较浅的状况下，会使根底向上拔起，有关这方面的问题，后面再作详述。

由于轻钢构造的这些受力特点，导致其根底设计与其它构造存在很大的不同，主要表此时此刻以下几个方面：

⒈　根底形式

根底型式选择应依据建筑物所在地工程地质状况和建筑物上部构造型式综合考虑，对于砼构造根底，常见的根底型式有独立根底、条形根底、片筏根底、箱形根底、桩基等等，而对于轻钢构造而言，由于柱网尺寸较大，上部构造传至柱脚的内力较小，一般以独立根底为主，假设地质条件较差，可考虑采纳条形根底，遇到暗浜等不良地质状况，可考虑采纳桩根底，一般状况下不采纳片筏根底和箱形根底。

⒉　柱脚受力

（a）铰接柱脚（b）刚接柱脚

图8-1不同柱脚型式的受力状况

砼构造柱脚均为刚接，即同时存在轴向力N、水平剪力V和弯矩M，故根底尺寸较大，轻钢构造常见的柱脚型式有刚接和铰接两种〔图8-1〕，其受力是不同的，对于铰接柱脚，

只存在轴向力N和水平力V，对于刚接柱脚，除存在轴向力N和水平力V之外，还存在必须的弯矩M，从而使刚接柱脚的根底大于铰接柱脚。

⒊　根底破坏形式

要正确进展根底设计，首先要知道根底破坏形式，对其工作原理有所了解。

对于砼构造，通常柱网尺寸较小，故柱底水平力相对较小，根底一般不会产生滑移现象，又由于上部构造自重很大，足以反抗风荷载作用下产生的上拔力，故根底也不会产生上拔的可能，对于这种构造，根底主要发生冲切、剪切破坏；

而轻钢构造那么不同，根底除发生冲切、剪切破坏之外，由于存在较大的水平力，对于固接柱脚，还存在较大的弯矩作用，从而导致根底产生倾覆和滑移破坏，另外，在风荷载较大的状况下，特殊对于一些放开或半放开的构造，由于轻钢构造自重很轻，有可能缺乏于反抗风荷载产生的上拔力，导致根底上拔破坏。

为防止这些破坏的发生，最经济有效的方法是增加根底埋深，即增加根底上覆土的厚度，但增加了土方开挖和回填工程量。

另外对于轻钢构造根底，还须预埋锚栓〔也称地脚螺栓〕，用于上部构造和根底的连接，假设锚栓离砼根底边缘太近，会产生根底劈裂破坏，所以我国钢构造设计标准规定了锚栓离砼根底边缘的距离不得小于150mm；

假设锚栓长度过短，会使锚栓从根底中拔出，导致破坏，所以标准也规定了锚栓埋入长度。

⒋　根底设计内容

根底设计一般包括根底底面积确定、根底高度确定和配筋计算，还应符合有关构造措施。

根底底面积可依据地基承载力确定，同时还应考虑懦弱下卧层存在；

根底高度由冲切验算确定；

在根底底面积和高度确定的状况下计算根底配筋，这里须留意伸缩缝双柱根底处理，双柱为根底供应了两个支点，在地基反力作用下，有可能出现负弯矩，即根底上部受拉的状况，此时除根底底部配置钢筋外，根底上部也应配筋，幸免因上部受拉而出现开裂现象。

轻钢构造根底除上述内容以外，还须进展柱底板设计和锚栓设计，至于这两局部设计归于上部构造还是下部构造，也存在一些争议，柱底板尺寸是依据柱与根底连接部位砼的局部承压来确定的，与根底砼参数有关，但其制作又与上部构造连在一起，遵照常规柱底板设计归入上部构造；

锚栓在上部构造和根底之间起桥梁作用，但根底施工时应将锚栓埋入，故属于根底局部。

本章避开这个问题，就锚栓和底板设计分别进展探讨。

⒌　与上部构造连接

根底与上部构造是二次施工完成的，其间存在连接问题。

对于砼构造的根底，通过预留插筋的方式连接上部构造〔图8-2a〕,而对于轻钢构造根底，那么通过预埋锚栓的方式进展连接〔图8-2b〕。

（a）砼柱根底预留插筋（b）钢柱根底预留锚栓

图8-2根底与上部构造的连接

⒍　有关构造措施

除上述提到的几个方面之外，轻钢构造还有一些构造措施有别于其它构造的根底，比方根底顶面须设置二次浇灌层；

埋入式柱脚应在钢柱埋入局部设置栓钉；

埋入式柱脚钢柱翼缘爱护层厚度，对于中柱不小于180mm，对于边柱和角柱的外侧不宜小于250mm，详细详见有关构造手册。

其次节根底设计的特殊处理措施

由于轻钢构造的特殊性，使其根底设计也与一般构造不同，下面从几个方面加以探讨。

一、刚接和铰接柱脚

前面已提到过，能反抗弯矩作用的柱脚称为刚接柱脚，相反不能反抗弯矩作用的柱脚称为铰接柱脚，刚接与铰接的区分在于是否能传递弯矩，在实际工程中，肯定刚接或肯定铰接都是不行能的，准确地说应当是一种半刚接半铰接状态，为计算便利，只能依据实际构造把

（a）铰接

（一）（b）铰接

（二）〔c〕刚接

（一）〔d〕刚接

（二）

图8-3几种常见的柱脚型式

柱脚看成接近刚接或铰接。

刚接或铰接柱脚关键取决于锚栓布置，铰接柱脚一般采纳两个锚栓（图8-3a），以保证其充分转动，但有时考虑锚栓质量问题，假设一个锚栓质量不保证，会对整个构造受力产生较大影响，所以为平安起见，也可布置四个锚栓（图8-3b），但锚栓尽量接近，以保证柱脚转动。

刚接柱脚一般采纳四个或四个以上锚栓连接（图8-3c），图中采纳六个锚栓，可以认为柱脚不能转动，前面讲的几种柱脚均为锚板式柱脚，构造简洁，是工程上常用的柱脚型式，另外还有一种柱脚型式，即靴梁式柱脚（图8-3d），这种柱脚可看成固接柱脚〔属于刚接柱脚〕，由于柱脚有必须高度，使其刚度较好，能起到反抗弯矩的作用，但这种柱脚制作麻烦，耗工耗材，渐渐被其它柱脚型式所代替。

下面再介绍工程上比拟常用的固接柱脚〔属于刚接柱脚〕，即包袱式柱脚（图8-4），这种柱脚既节约钢材又构造简洁，施工便利，而且平安牢靠，在受力上保证柱脚根本不发生转动，与计算模型很吻合，是一种典型的固接柱脚。

另外还有一种插入式刚接柱脚，将钢柱干脆插入混凝土内用二次浇灌层固定，这种柱脚近年来被北京钢铁设计探究总院等单位探究胜利，已在多项单层工业厂房中应用，效果良好，并不影响安装调整。

图8-4包袱式柱脚

上面探讨了刚接柱脚和铰接柱脚的有关构造，计算模型应与构造相相同，否那么会造成工程事故，这一点作为工程设计人员需特殊留意。

那么在何种状况下采纳刚接柱脚或铰接柱脚？

其实这两种柱脚很明显的区分就是对侧移限制，假如构造对侧移限制较严，那么采纳刚接柱脚，例如有吊车荷载的状况，吊车荷载是动力荷载，对侧移比拟敏感，而且侧移过大会造成吊车卡轨现象，此时应把柱脚设计成刚接柱脚，但在某些特殊状况下也可设计成铰接；

又如有楼层的构造，侧移过大会使人感觉担心全，左右晃动，而且还会使楼面装修材料开裂等等，这样构造柱脚应按固接设计。

对工程上常见的门式刚架，柱脚通常设计成铰接；

对地质状况较差地区，柱脚应考虑铰接，这样传至根底的内力仅为轴力和剪力，不存在弯矩，有利于根底设计，可以削减根底造价。

二、锚栓

锚栓是将上部构造荷载传给根底，在上部构造和下部构造之间起桥梁作用。

锚栓主要有两个根本作用：

⒈　作为安装时临时支撑，保证钢柱定位和安装稳定性。

⒉　将柱脚底板内力传给根底。

锚栓采纳Q235或Q345钢制作，分为弯钩式和锚板式两种。

直径小于M39的锚栓，一般为弯钩式（图8-5a），直径大于M39的锚栓，一般为锚板式（图8-5b）。

（a）弯钩式（b）锚板式

图8-5根底锚栓

对于铰接柱脚，锚栓直径由构造确定，一般不小于M20；

对于刚接柱脚，锚栓直径由计算确定,一般不小于M30。

锚栓长度由钢构造设计手册确定，假设锚栓埋入根底中长度不能满意要求，那么考虑将其焊于受力钢筋上。

为便利柱安装和调整，柱底板上锚栓孔为锚栓直径的1.5倍（图8-6a），或干脆在底板上开缺口（图8-6b）。

底板上须设置垫板，垫板尺寸一般为，厚度依据计算确定，垫板上开孔较锚栓直径大1～2mm，待安装、校正完毕后将垫板焊于底板上。

（a）开圆孔（b）开缺口

图8-6柱脚底板开孔

图8-7为铰接柱脚锚栓布置图，图8-8为刚接柱脚锚栓布置图。

在图8-7中，从平安角度考虑，中柱两个锚栓可换成四个，但间距不能太大，以保证铰接。

图8-7铰接柱脚锚栓布置图

图8-8刚柱脚锚栓布置图

在工程上经常会提出这样一些问题：

锚栓能否抗剪？

垫板是否要与底板焊牢？

在施工时锚栓是否拧紧？

我国钢构造设计标准是不允许锚栓抗剪的，剪力是通过底板和根底顶面的摩擦力来传递的，假设不满意要求那么须设抗剪键〔图8-9〕。

（a）（b）

图8-9抗剪键

上海市轻钢规程规定，采纳靴梁的刚接柱脚以及考虑地震作用组合时的外露式柱脚的锚栓不得用于传递柱脚底部的水平反力，此水平反力应由底板与混凝土根底顶面间的摩擦力承受，摩擦系数可取0.4，当水平反力大于摩擦力时，应设置抗剪键，上述状况之外，外露式柱脚的锚栓可以传递柱脚底部的水平反力，但必需进展计算，并将垫板与底板焊牢。

后者应当更合理些，因为轻钢构造重量比拟轻，摩擦系数为0.4时底板和混凝土之间产生的摩擦力很小，特殊是在风吸力起限制作用时，底板与混凝土之间几乎不存在压应力，也即摩擦力几乎没有，假如按钢构造设计标准，在此状况下很难满意摩擦力抗剪的条件，许多构造须设抗剪键，但在实际工程中很少设抗剪键，也没有因此发生工程事故，可见锚栓参加了抗剪。

假设锚栓抗剪，一方面锚栓须满意强度要求，另一方面与锚栓相邻的砼不发生局部承压破坏。

有人认为锚栓应当拧紧，这样有利于传力，这种说法是不正确的，对于目前常用的平板式柱脚，考虑锚栓传递剪力的状况，锚栓不应当拧得很紧，这样锚栓在垫板开孔中产生微小滑动，使其与垫板孔壁接触，而垫板又与底板焊牢，从而起到传递剪力的目的。

但对于固接柱脚，为保证弯矩传递须拧紧锚栓。

三、特殊状况下轻钢构造根底

⒈　格构式柱根底

格构式柱的柱脚有整体式和分别式两种，整体式一般用于受力较小、两分肢间距较近时，但比拟耗材，在大多数状况下采纳分别式柱脚；

分别式柱脚两肢完全分开，每个肢均为轴心受力。

由于两种柱脚构造不同，造成根底设计也不同。

对于整体式柱脚，由于柱脚底板是整块的，且设置必须数量加劲肋，使柱脚形成一个整体刚度，因而作为根底的一个支点，这样根底仅需底部配置受力筋，而上部不需配筋〔图8-10a〕;

对于分别式柱脚，柱肢是分开的，但其根底很难分开，因而为根底供应了两个支点，此时在根底上部出现负弯矩，也即出现受拉的状况，在根底配筋时须留意，应同时配置上、下部钢筋〔图8-10b〕。

（a）整体式柱脚根底（b）分别式柱脚根底

图8-10格构式柱根底

⒉　地坪有较高承载力时的根底处理

在实际工程中，经常遇到一些改建、扩建工程，比方在集装箱码头建立轻钢厂房，或在老建筑旁扩建轻钢房屋但根底很难施工，等等。

在进展这类工程的根底设计时，可考虑采纳喜利得〔HILTI〕锚栓，该锚栓由瑞士喜利得公司生产，在国内工程中已得到广泛应用，这种方法不需设计根底，只要地坪具有足够的强度，就可干脆在地坪中预埋HILTI锚栓。

下面供应HILTI锚栓的有关技术数据，有关锚栓固定设计方面的细微环节可向喜利得公司垂询。

表8-1HILTI锚栓有关技术数据

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