外露式钢结构柱脚的问题和难点
czcivilczcivil
2023年11月10日 14:53:13
只看楼主

单层或多层钢结构建筑,一般没有地下室,但又不想基础埋得深,不想钢柱外包、完成后截面增大,这样就排除了埋入式柱脚和外包式柱脚。最后,外露式柱脚,就成了常被采用的形式。但在设计外露式柱脚时,还是会遇到这样、那样的问题,目前看,还没有非常好的解决方式。钢柱三种不同的柱脚类型外露式柱脚节点外露式柱脚节点可以设计成铰接或刚接。其他类型的柱脚只能是刚接。主要构造部件有底板、锚栓、(抗剪键)、加劲肋等。

单层或多层钢结构建筑,一般没有地下室,但又不想基础埋得深,不想钢柱外包、完成后截面增大,这样就排除了埋入式柱脚和外包式柱脚。

最后,外露式柱脚,就成了常被采用的形式。但在设计外露式柱脚时,还是会遇到这样、那样的问题,目前看,还没有非常好的解决方式。

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钢柱三种不同的柱脚类型

外露式柱脚节点

外露式柱脚节点可以设计成铰接或刚接。其他类型的柱脚只能是刚接。

主要构造部件有底板、锚栓、(抗剪键)、加劲肋等。

外露式柱脚节点的构造要求和计算方法,需要考虑柱脚的受力性能、连接方式、抗震等级等因素。


外露式柱脚特点

外露式柱脚构造简洁,工序简单,施工方便,不需要预埋钢柱,经济、适用性强。

  1. 1. 基础与钢构件配合界面较为简单;

  2. 2. 对预埋螺栓精度要求高;

  3. 3. 荷载较大,较难满足抗震强柱脚的要求。


外露式柱脚设计问题

当外露式柱脚为铰接时,如果为了安装时候稳定,设计成四个螺栓,那实际上柱脚是有承担弯矩的能力。


当外露式柱脚为刚接时,往往并非是理想的刚接,考虑到后浇混凝土的密实性、地脚螺栓的预拧紧力、柱脚底板的变形,柱脚更像是半刚性节点。

为了保证柱脚的刚接,《抗震》8.2.8条还规定:

柱脚与基础的连接极限承载力,要大于1.1倍的考虑轴力影响时柱的塑性受弯承载力。

这一条使得,当钢柱较大时,外露式柱脚很难满足,要么就是做得很夸张。


外露式柱脚构造问题

钢柱安装完成后,需进行三次混凝土浇筑,而且这个节点图中,设计标注了三种不同强度的混凝土:

这么一来,每个柱脚的混凝土量都很少,但是支模浇筑混凝土的工序变得繁琐,很是费工。

小结

在日本地震频发的地区,类似下图所示的钢柱脚已经普遍应用,形成了很标准的做法。

图片

半刚性平板式柱脚

这种平板式的做法构造简单,对基础影响小,建筑构造处理方便,国内钢结构专家也早有研究。

这种柱脚,需要采用半刚性的节点设计方法,然后就会使得计算模型变得较为复杂,需要定义不同的柱脚节点的转动刚度,这会影响到结构自重周期、梁柱的弯矩分配和钢柱的计算长度等。

同时影响柱脚的转动刚度的因素也很多,除了底板厚度、螺栓规格,还有底板下后浇混凝土的质量、螺栓孔预留的大小、螺栓的预紧力。

所以这个看似不大的改变,结果是增加了设计一系列的难度,对设计和施工都提出了系统性的挑战,不利于,在现有的平均技术水平下,快速设计和快速施工。

也可能是因为这些原因,使得这种做法虽然已经做了很多研究,但还是没有写入规范。


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leisure23
2023年11月12日 11:03:55
2楼

简单的柱脚我一般做铰接设计,作者推崇的这个半刚结构目前规范也只是提一句,似乎没有算法,只能自己估摸着弄

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leisure23
2023年11月12日 11:04:04
3楼

简单的柱脚我一般做铰接设计,作者推崇的这个半刚结构目前规范也只是提一句,似乎没有算法,只能自己估摸着弄

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加倍努力
2023年11月13日 11:45:11
4楼

学习了外露式钢结构柱脚的问题和难点,多谢了。

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levmne
2023年12月22日 15:59:12
5楼

外露式太难满足极限承载力要求了。

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wx_1699965783628
2024年02月02日 17:00:26
6楼

可以借用一下楼主的图片吗,论文里想用一下

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