第五人格旁观者图片:鋼結構入門-柱腳設計與施工

2018年12月20日 12:33 來源:鋼結構在線 編輯:湵髯

第五人格是什么游戏 www.gyecp.icu 一、 柱腳類型與力學性能

(1) 外露式柱腳外露式柱腳將柱的底部與相對而吉剛度較人的底板焊接連接,底板用預埋在混凝土基礎中的錨栓固定。這種形式自鋼結構發展的早期階段即開始使用至今天。傳統上柞腳按鉸接或剛接柱腳進行分類使用,但是,前者難以得到完全的鉸接,或者雖然能夠傳遞一定的彎矩,但不能滿足完全問接的剛性條件,從力學概念上說,作為半剛接連接考慮更加合適。這種類型柱腳傳遞彎矩的原理模式如(圖1)所示。柱腳上,作用著軸力、彎矩和剪力。其中拉力內錨由負擔、壓力通近柱腳底板和混凝土基礎的接觸傳遞.剪力則由柱底板與基礎接觸面的摩擦抵抗或由錨栓傳遞。

圖1外露式柱腳的傳力原理

一般的外露式柱腳、與柱根部截面的全塑性彎矩相比,多數情況下由錨栓屈服所確定的柱底塑性彎矩較小。這種柱腳受彎矩的力學行為,土要內錨栓的性能決定。其荷載一變形關系如(圖2)所示。如錨栓受拉屈服后能夠充分發展塑性變形,則承受受反復荷載時外露式柱腳的恢復力特性如(圖3)所示。但是目前實際工程設計的柱腳,往往在錨栓截面未削弱部分屈服之前螺紋部位發生斷裂,或者因錨固不夠造成錨栓拔出的可能件很大,在這種情況下難以看到柱腳有充分的塑性變形。

圖3外露式柱腳承受反復荷載時的恢復力

(2) 外包式柱腳

外包式柱腳在鋼柱底部相當于柱子截面高度(最大橫截面尺寸)2.5—3倍的范圍內,用鋼筋混凝土包裹(圖4)。這種形式的柱腳作為固定柱腳設計、如設計正確,可以確保柱底的固接程度和承載力。這種柱腳的力學行為主要由外包鋼筋混凝上的力學行為確定。

圖4 外包式柱腳

(3) 埋入式柱腳

埋人式柱腳將鋼柱底部相當于截面高度2倍左右的長度埋入基礎混凝土中.周圍用鋼筋混凝于以加強(圖5)。從施工方便性方向看,這種形式的柱腳與其他形式的柱腳相比 工序要多,工期上不利的一面。但是,能使鋼柱底部容易滿足形成塑性鉸的要求,結構概念非常明確。因此,只要設計、施工正確,其柱腳部位的恢復力特性,可以顯示出穩定的紡錘形關系。設計上主要注意的問題,是確保柱腳深度和確保鋼柱埋入部分的周邊混凝土厚度。

圖 5 埋入式柱腳

(圖6)展示柱子埋深分別按1D、2D、3D(D:柱廣截面高度)變化時的柱腳恢復力特性,恢復力特性隨柱腳埋入深度的變化而變化、但埋入深度達到柱子截面高度2倍的程度、可以認為基本成為紡錘狀。為了考慮與周圍混凝十的粘結,也有在柱子埋入部分焊上栓釘的設計方法,但是拴釘只有在鋼柱的埋入部分和周邊混凝土有較大分離時才起作用.而在設計預期荷載的作用范圍內,不會產生這樣大的分離,所以,可以認為基本沒有產生這方面的作用。

圖 6 埋入式柱腳柱腳恢復力特性

埋入式柱腳用邊的混凝土,受到作用于柱底部的彎矩和剪力作用.產小很入的壓力(參見圖7),為此必須確保防止沖切破壞的外包層厚度。對中柱而言 這一點一股小會有問題、但對邊柱、角柱,則必須根據計算確定外包厚度。如果因為相鄰建筑或紅線之類的問題,不能保證必要的混凝土厚度時,要利用鋼筋進行必要的補強。

二、柱腳設計、施工基本要點

要確保柱腳節點的抗震安全性,必須充分理解柱腳的力學特性,正確地進行設計、施工。本文從力學的角度考慮,對柱腳節點的設計、施工有關的基本內容和方針于以敘述。

對設計而言,首先,在使用極限狀態下,必須明確要求柱腳有怎樣的性能。其次,承載能力極限狀態下.必須預計鋼柱和柱腳部分應有怎樣的性能。也即是說,在使用極限狀態下,作為餃接連接設計的柱腳,不應產生彎矩,而一定能夠轉動作為固接考慮的柱腳,屬于剛性連接,能夠負擔彎短。另外,一般的外露式柱腳,錨栓、柱腳底板等都產生彈性變形。完全的剛性連接是做不到的。更進一步,在承載能力極限狀態下,柱腳部分產生塑件鉸的情況旨定很多,為此、要求有較大的塑性轉動能力。這種塑性轉動能力是靠鋼柱柱身產生、還是靠柱腳節點部分產生,必須加以研討。以確定設計方針。必須根據設計方針的要求,進行柱腳的詳圖設計。

為此,對于使用極限狀態設計,恰當地評價柱腳的轉動剛度、將柱腳剛性考慮到結構分析中去求得設計內力、確實把握作用在柱腳的內力。針對軸力、彎短、剪 分力別采取恰當的設計、是基本的要求。對于承載極限狀態,采用怎樣的構造細節才能確保較大的塑性轉動能力.需要加以研究。

以下就各種形式柱腳的設計要點分別敘述。

(1) 外因式柱腳

外露式柱腳要做到完全鉸接或完全剛接是相當困難的??墑?,若符合以下條件,則柱腳基本上能夠假定為鉸接進行設計:柱底板具有很大的剛度,能夠抑制局部變形選取適當的錨栓長度,使得錨栓全長范圍內 分充發展塑性變形以前錨栓的螺紋部分不發生斷裂破;錨栓在混凝土甚礎中的粘紡部分能做到防止沖剪破壞。但是.這種場合,錨栓的抗啦承裁里,必須保證大于水平力引起的柱腳拉力(不考慮活荷載作用)。及柱子抗拉屈服承載力的1/2這兩個值小的較小值。最好能在柱底板下設置抗剪鍵以保證對于水平力的抵抗。

外露式柱腳作為抗彎柱腳設計時,由錨栓負擔彎矩產生的拉力,柱底板和基礎混凝土的接觸面承擔壓力。初步設計階段,—‘般可以假定柱腳底板為剛接構件,將錨栓作受拉鋼筋、基礎底板的而積作為鋼筋混凝土柱的截面,按此計算結果,選擇錨栓截面。這種情況下柱腳的塑形承載力。

當柱子截面大到一定 程度,要 選擇足夠粗的錨栓來保證必要的承裁力往往是困難的.所以要設計比抗彎承載力大與柱子截面抗彎承載力的柱腳是困 難的。如果能使用一定程度的高強度錨栓,這一問題應該能夠得到解決。但是,一旦使用高強度錨栓,為防止錨固部分基礎混凝土的沖剪破壞可能會造成設計、施工上的問題.而見柱腳底板和下面的基礎混凝土間的壓力過大的問題也會隨之而來。因此,外露式柱腳,多數不是由柱子的承載力而是 由柱腳的承載力決定其設計承載力。這種情況下,柱腳部分的抗彎承載力, 至少希望到達柱子本身抗彎承載力的1/2以上。此外,為確保塑性變形能力,柱腳各部分的設計構造要求,也必須有同上述鉸接柱腳一樣的保證條件。再者,在這種情況下,需要正確評價柱腳的轉動剛度和恢復力特性,并將其反映到框架的設計中。

與外露式柱腳設計有關的各個項目,考慮以上各點后,具體內容舉例如下(參照圖8,圖9)。

圖 8 外埋式柱腳
圖 9 外埋式柱腳傳力原理

a)柱底板

使柱底板在承載力極限狀態下也能保持彈性,以此為目的確定板厚、或予以適當的加勁。其結果,設計的底板可以作為剛性構件考慮,對柱腳剛度的評價可以不考慮底板變形的影響。 但是,底板和柱之間的焊接采用完全焊透的焊接連接。底板下面,焊接可以抵抗剪力作 用的剪力。

b).錨栓

b-1.要求在承載力極限狀態下,由錨栓產生柱腳部位的塑性變形的情況。

采用SN 400、SN 490等可以保證屈強比以及塑性變形能力的鋼材制作錨栓。

錨栓的螺紋部分經過加工后分設在錨栓的兩端、保證在栓桿達到全截面屈服前螺紋部分不敢發生拉斷。栓桿部分的長度為其直徑的25倍以上。栓桿部分施以防銹涂層或包裹。固定栓底板時采用雙重螺母以防回轉?;』炷林新袢氳囊歡?,為防止錨栓外拔,而設置錨固件。

b-2.承載力極限狀態下,要求由柱子產生柱腳部位的塑性變形的情況

對錨栓材料的強度、屈強比、塑性變形能力等沒有限制。但是,錨栓截面積的選擇,應使限狀態時柱子中的彎矩以及拉力產生的錨栓螺紋部位的應力.低于錨栓栓桿部分的屈服強度。

錨栓兩端設置必要長度的螺紋部。錨栓栓桿的長度設定.要考慮能夠防止從錨栓固定點開始的基礎混凝土沖剪破壞。柱底板固定時采用雙重螺母以防回轉?;』炷林新袢緄摹?,為防止錨栓外拔、應設置錨固件。

c基礎混凝土

基礎混凝土上短柱部分受到柱底板壓力時,共用部應不被破壞,因此相對于柱底板應有足夠的尺寸放大。錨栓外側應配議附加鋼筋。另外,承載極限狀態時,防止產生從錨栓固定點開始的混凝土沖剪破壞,要保證必需的深度和寬度。

d.基礎灣漿

混凝土基礎頂面和柱子底板之間、要確保足夠的間隔以充填砂漿。砂漿采用向強度無收縮砂漿、

a) 確?;』炷林新袢氳拿ǖ鈉矯嫖恢煤屯饌懷ざ瘸嘰?/p>

b)錨栓的防銹處理

c)錨栓的粘結

d) 柱底板和混凝土基礎的密合(灌漿)

e) 錨栓擰緊和回轉防止

如上所述,外露式柱腳設計、施工中需要解決的課題很多,其中任一條有問題都不能達到頂先要求的性能,對此必須予以充分的認識。特別是滿足上述要求的錨栓制品市場上不易購得.這是較大的問題。

然而另—方面,已經有外露式柱腳施工法,對上述各點加以考慮,通過結構實驗對其力學性能予以理解。確定,適用他國內的標準化設計細節,施行責任施工制,確保施工質量。

(2) 外包式柱腳

外包式柱腳(參見圖4),只要對外包部分的鋼筋混凝上進行正確的設計,就能滿足柱底剛接的設計要求。也即確保相當干柱子截面高度2.5倍的外包高度.將外包混凝上頂部柱子截面作用的剪力當作集中荷載作用在懸臂梁式的外包混凝上。對此進行設計,使鋼柱負擔的應力傳遞到外包鋼筋混凝土上。這種情況下,柱底的錨栓只要能夠負擔安裝時的內力就可以了。為丁保證鋼筋混凝土頂部位置,由鋼柱到鋼筋混凝土的應力傳遞,在頂部配置加強鋼筋、外包混凝上的四角配置的縱筋在頂部用箍筋加強、并確保必要的?;げ愫穸取膊握脹?0)。

圖 10 外包式柱腳傳力原理

(3) 埋入式枝腳

埋人式柱腳(參照圖5)要確保相當于柱截面高度2倍以上的埋入深度,埋入部分的鋼柱周圍適當配置鋼筋、通過這些措施,能夠使柱腳設計得有足夠的強度,使柱下端能夠產生塑性變形。也即能夠比較容易地設計出讓鋼柱發揮塑性變形能力的柱腳。但是埋入式柱腳要使埋在基礎混凝土中的鋼柱通過承壓向周邊混凝上傳遞鋼柱反力,確保柱子的埋置深度和柱周邊混凝土的厚度是設計的要點(參照圖7)。如埋置深度不夠、埋入部分周邊混凝土厚度偏小等,就會造成混凝土的沖剪破壞,使得柱子塑性變形充分發展之前,柱腳部分就可能遭到破壞(參照圖11)。

圖 11 埋入式柱腳 沖剪破壞

柱子周邊混凝土通過與柱身的相互擠壓傳力,為柱子面板的局部面外變形,在基礎混凝土頂部稍偏下一些位置的鋼柱內加沒加勁隔板(參照圖7)?;蛟謚諤畛浠炷鮮墻蝦玫陌旆?。

通過和理地設計埋入式柱腳,可以使得柱子承裁極限狀態下形成塑性鉸,因此,柱自 必身須具有充分的塑性變形能力。所以如冷彎成型方鋼管那樣在極限時可能產生脆性破壞的鋼材。不希望在這種情況下使用。

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