门式刚架设计中的柱脚抗剪键设置

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话题:门式刚架设计中的柱脚抗剪键设置
整理人:李志锋(asdf zxc)
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1 问题的提出
老虎:
用PKPM设计门式刚架,在画施工图时,经常在错误信息中出现需设抗剪键,此时是否应在基础上设抗剪键。

lflgx:
设计一悬臂立柱,用STS工具箱中的 混凝土钢框架节点计算工具计算柱脚,选择的柱脚形式为刚接,为何程序计算后仍提示:需要设置抗剪键。

2 柱脚何时需要设置抗剪键
qczl_2003:
在铰接柱脚设计中,锚栓通常不能用来承受柱脚底部的水平剪力,而应由柱脚底板与其下部的混凝土或水泥砂浆之间的摩擦力来抵抗,但是当柱脚底部的剪力大于0 4倍的轴力时,需设抗剪连接件。

一般用角钢、槽钢、钢板来作抗剪键。

zshua:
无论铰接还是刚接,只要剪力大于摩擦力时均需要设计抗剪键(!钢结构设计规范∀(GB50017-2003)(以下简称 钢规)不允许地脚锚栓抗剪)。

wangxiantie:
当剪力较小时,可通过柱底板与混凝土之间的摩擦力抗剪。

但当剪力较大时,摩擦力不足以抵抗柱底剪力,此时需设抗剪键。

lczhou:
!门式刚架轻型房屋钢结构技术规程∀(CECS102# 2002∀(以下简称 门规)第7 2 20条及 钢规第8 4 13条均规定:柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力,此水平剪力(Q)可由底板与混凝土基础间的摩擦力(F=0 4N)或设置的抗剪键承受。

所以,判断柱脚是否需设置抗剪键是根据其受力情况确定的,与柱脚的型式(铰接或刚接)无关。

通常单层门式轻型钢结构厂房的柱脚不论刚接或铰接均需设计抗剪键,因为厂房的自重较轻,在风荷载作用下可能会在柱脚产生上拔力及水平剪力,此时如柱脚没有抗剪键,柱脚锚栓为拉弯构件,对于由普通钢筋制成的锚栓是相当不利的。

所以一般规范都不允许用柱脚锚栓来承受水平剪力,柱脚锚栓的作用仅为:1)钢柱安装时定位;2)承受竖向拉力。

而在带夹层的钢结构厂房或多、高层钢结构建筑中,由于其竖向荷载较大,底板与基础间的摩擦力较大,柱脚一般都不需设置抗剪键。

myjping:
一般情况下设置抗剪键与否与铰接或固接无关,但连接形式变化后,内力也会重分布,柱肢的抗剪也会有所不同。

通常如不设抗剪键,结构计算时往往通不过。

golf2001:
门规规定:刚接柱脚以及考虑地震组合时的铰接柱脚,柱脚底部的水平反力应由柱脚底板与混凝土基础间的摩擦力承受,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。

zyzy:
门式刚架柱脚抗剪键的设置与厂房的围护结构形式有关,如果围护结构为砌体或屋盖为空心板,则一般满足要求;若厂房的围护结构为彩板等轻型结构,则一般不满足规范要求,应设置柱脚抗剪键。

zcj001:
轴力不能取轴力包络图的最大值,而应该取1 0∃恒载+刚架自重。

剪力则要取剪力包络图的最大值。

adson:
单层轻型钢结构厂房抗震控制结构设计时,应注意按 门规3 1 4条条文说明的规定采取抗震构造措施:构件之间应尽量采用螺栓连接;斜梁下翼缘与刚架柱的连接宜采用加腋的方式加强;该处附近翼缘受压区的宽厚比应适当减小;柱脚的抗剪、抗拔承载力应适当提高,柱脚底板应设置抗剪键,锚栓应采取提高抗拔力的构造措施;支撑的连接应按屈服承载力的1 2倍设计等。

根据规范上有关抗震的建议措施,所以设计时程序会给出警告性提示,希望在出图的时候做上这个抗剪键。

3 柱脚抗剪键的方向
高老头:
抗剪键埋设时长方向朝向哪里?我觉得用十字形抗剪键比较好,无论是山墙面还是其他墙面来的风载都可以起到抗剪的作用,但通常说抗剪是抗哪个方向的剪力?
JRPPX:
在有支撑的柱下需双向设置,即十字形抗剪键。

因为此柱不但有刚架方向的剪力,还有纵向的地震力及风荷载。

joyous:
抗剪键方向设置是否还应考虑混凝土的局部承压?从这个角度来说长向垂直于强轴更合理些。

baizhen:
!多高层民用建筑钢结构节点构造详图∀(04SG519)的做法是长方向垂直于强轴方向。

zc1985:
w ww okok o rg
抗剪键长方向垂直于强轴还是平行于强轴,我认为都可以,只是计算模型不同。

抗剪键计算分两个方面,一是抗剪键本身强度,一是焊缝。

对焊缝来说,抗剪键长方向平行于强轴,焊缝是侧缝受剪(无柱间支撑处,剪力与柱强轴平行);否则,焊缝是端缝受剪。

而对抗剪键本身都一样。

所以,只要计算满足,都可以。

雪龙:
门式刚架的抗剪键设置首先是为了抵抗刚架水平推力。

在门式刚架计算过程中,柱脚水平推力首先考虑用底板与混凝土的摩擦力来抵抗(摩擦系数 ∃柱子轴力N)。

如果摩擦力不够必须设置抗剪键来抵抗,因为一旦产生滑动,摩擦力急剧下降无法继续承担抵抗任务。

所以抗剪键第一选择应该是沿横向的。

纵向原理一样,如果纵向的水平力超过了柱脚摩擦力,那么十字抗剪键就是比较重要的形式了。

不过既然是仅仅抵抗水平剪力所以构件本身的摆放方向不是很重要,因为主要是截面面积控制,截面够大、焊缝够长够宽能抵抗剪力作用即可,弯矩之类的荷载根本不参与承担,对其的计算假设也是仅承担水平力。

但大家习惯上还是把构件的强轴按照受力方向放置。

最好是设置方管状(两短槽钢对焊)或者对称状,受力好而且加工方便,基础开孔也规则,土建施工不容易搞错。

否则留孔方向不对,原先的合理设想只有推翻。

4 柱脚抗剪键的设计方法
zhjun2002:
本人设计抗剪键时,以基础短柱箍筋作用范围内混凝土的有效承压面积作为设计依据,对于二次灌浆混凝土,由于没有钢筋保护,不考虑其对抗剪键的作用。

因此,所设计的抗剪键基本上比别人的都大,而且有时候埋深很深。

jackson:
抗剪键设计中要考虑两点:1)抗剪键对基础混凝土的侧压力不能大于混凝土抗压承载力;2)在混凝土对抗剪键的反向力作用下,抗剪键不能破坏;把握住这两点进行计算即可。

hushixing:
理论上抗剪键的作用是将柱脚的剪力传给基础,让锚栓不受力。

抗剪键能够承受剪力,应该是[V]<角焊缝长度∃每厘米承载力。

也就是保证抗剪键与柱底板的焊缝能够承受柱底剪力就行了,否则就加长焊缝。

FGZ2003:
1)抗剪键可以采用钢板或型钢。

对设有柱间支撑的钢柱应采用小规格的RH型钢或工字钢,因为此处除有刚架方向的水平剪力外,还有柱间支撑传来的纵向水平剪力(分力);H型钢或工字钢在两个方向均能提供较大的抗剪承载力。

也可以采用两钢板十字交叉焊于柱底。

2)二次灌浆层一定要密实,否则抗剪键就不能传递剪力了。

大头盛:
我认为抗剪键是需要计算的。

柱底的水平力由摩擦力承担一部分,剩下的就由抗剪键承担。

抗剪键需要计算的内容有:抗剪键端部的剪力和弯矩、混凝土的受力计算(根据几何形状和钢筋情况)、钢结构和混凝土的构造要求等。

只是一般轻钢柱底剪力都不大,而抗剪键在满足构造要求的情况下就能产生很大的抗力。

allan:
抗剪键的计算需要考虑3个方面:1)抗剪键与柱脚底板之间的焊缝承载力;2)抗剪键本身全截面抗剪承载力;3)基础混凝土挤压(抗压)承载力。

三者之中,第2点一般能满足,第3点很容易忽略。

由于混凝土抗压承载力比钢材小很多,所以设置抗剪键时宜加大抗剪方向抗剪键与混凝土的接触面积。

用预埋件抗剪,我个人认为是可以的。

首先,预埋件与基础混凝土之间要满足抗剪要求;其次,预埋件与柱脚的连接也要满足抗剪承载力要求;再者,预埋件本身能满足抗剪要求;最后,相互之间能满足现场施工要求。

钢结构中柱脚底板与基础混凝土面考虑0 4的摩擦系数,由于中间设置了预埋件,减小了底板与混凝土基础面的接触面积,所以在计算上可以考虑水平剪力全部由抗剪预埋件承受,趋于安全。

yyc5795y:
按预埋件计算时,计算内容包括:1)受拉、剪(不含抗剪钢板作用);2)受剪(含锚筋、抗剪钢板共同作用);3)受压、剪(含锚筋、抗剪钢板共同作用)等。

以上内容给人的感觉:似乎预埋件在同时受拉、受剪作用下,不能考虑抗剪钢板的作用。

本人计算时也是套用上面1)、2)组合起来考虑的。

allan:
1)预埋钢板与钢筋焊接的方式在!混凝土结构设计规范∀(GB50010-2002)10 9 5条有规定。

假设采用 16的圆钢,当采用手工焊时,根据规定最小焊缝高度为16∃0 5= 8mm,则焊缝承载力为56 29kN;圆钢本身抗拉承载力为47 23kN;所以说预埋板的破坏一般不是焊缝破坏。

2)预埋件同时受拉、受剪作用时,在严格遵守 规范(GB50010-2002)10 9 5条、10 9 6条的构造规定下,预埋板的破坏以及焊缝的破坏一般不会先于钢筋的破坏,所以不用考虑预埋板及焊缝破坏。

3)在压、剪弯作用下, 规范(GB50010-2002)考虑了预埋板与混凝土面的摩擦阻力对抗剪的有利作用,但对法向压力设计值作了不超过0 5f c A的规定,超过部分不考虑,这是偏于安全的,并不是 混凝土隐含剪力板抗剪的最大承受力不得超过0 5f c A。

4)不宜根据上面的推断来考虑 规范(GB50010-2002)不允许抗剪钢板(预埋板)抵抗所有剪力;在满足构造的情况下,预埋件中首先破坏的是钢筋,所以主要验算钢筋是否满足要求。

5)换个角度考虑,钢结构柱脚中,底板+抗剪键+基础混凝土实际上可以看作是 规范(GB50010-2002)中的预埋件,底板相当于预埋板,抗剪键相当于钢筋,所以其受力原理是一样的,只不过,抗剪键在受剪情况下一般不会发生自身破坏,而可能是抗剪键与底板的焊缝以及抗剪键与基础混凝土的挤压破坏。

抗剪键与底板的焊缝可以验算,不过抗剪键与基础混凝土的挤压在目前的规范中还没有成熟的经验公式,可以通过其受力原理来考虑:抗剪键受剪时,主要考虑混凝土局部承压承载力;所以,在钢结构柱脚抗剪键设计中,宜使钢板垂直剪力方向设置或者设置十字钢板,当采用角钢时,宜使长肢垂直剪力方向设置,当采用工字型截面时,由于
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有两个翼缘,所以宜使腹板平行剪力方向设置,也就是剪力
作用于工字型截面的强轴;目的就是增加与混凝土的局部挤压面积。

6)抗剪键插入到一次浇筑基础混凝土中时,其伸入混凝土基础的长度宜超过二次浇筑混凝土的厚度,也即在混凝土基础一次浇筑时宜留出抗剪键的埋入位置,因为二次浇筑混凝土为素混凝土且与一次浇筑混凝土之间没有太大的水平方向粘结力,如果抗剪键没有伸入到基础混凝土中,则起不到应有的抗剪作用。

目前国内规范并不是不允许锚栓抗剪,而是计算上不考虑锚栓的抗剪作用,实际上是出于安全的考虑。

yyc5795y:
1)如果把b f (型钢柱的翼缘宽度)作为抗剪键的宽度,d(型钢柱的埋入深度)作为抗剪键的高度,且当取M =0,A v =b f ∃d,则(M +V ∃d /2)/(b f ∃d 2/6)=3V /(b f ∃d)<f c ,即:V <0 333f c ∃b f ∃d =0 333f c ∃A v 。

2)钢结构对抗剪键的承载力不设上限,但抗剪键的承载力(混凝土局压控制)应折减0 333倍,用其抵抗所有剪力,其他拉力则用锚栓抵抗。

混凝土结构对抗剪键的承载力设上限,承载力折减到所受剪力的0 315倍,其他剪力和拉力则由锚栓(钢筋)抵抗。

3)若上面的考虑成立,则按钢结构考虑时,抗剪键计算面积相对大一些,锚栓计算面积小一些;而按混凝土结构考虑时,抗剪键计算面积相对小一些,锚栓计算面积大一些。

allan:
对于3V /(b f ∃d )<f c ,其中,f c 为混凝土轴心抗压强度设计值,3V 与b f ∃d 为正比关系,当V 越大时,要求b f ∃d 越大。

实际上V 是客观存在的,且与荷载条件有关,施工中能控制的是b f ∃d 。

yyc5795y 在上面推导的公式可以理解为抗剪键与基础混凝土的挤压承载力计算公式。

不过从实际受力情况来看,该公式把水平剪力V 放大了3倍,是否合适暂不讨论。

但这个公式也从侧面反映了我们在设置抗剪键时,除了协调抗剪键与锚栓之间施工上相互不影响外,还要注意抗剪键埋入基础混凝土的深度。

5 柱脚抗剪键的一般做法
zc1985:
柱底抗剪键的做法既涉及到力学概念,又涉及到工程、
实践,抗剪键不应做在灌浆层内,而应深入到柱头内,因为灌浆层只承受压力和摩擦力,做在灌浆层内抗剪键将失去意义。

chaff:
抗剪键最好是伸到柱墩里面,做不到时可以采用如下方法:1)将二次浇筑的膨胀混凝土层加厚至100mm;2)二次浇筑前清除基础顶面杂物、冲水,刷界面胶YJ-303(环氧树脂单组份乳液);3)吊装柱;4)在基础顶面和脚底板之间二次浇筑无收缩细石混凝土。

xjdk:
常规的柱脚剪力键做法如图1。

图1 柱脚剪力键做法
ljcyy:
图2为一设置抗剪键的工程做法,可供参考。

另外,!轻型房屋钢结构构造图集∀(靳百川著,中国建筑工业出版社,2002)
也有关于抗剪键的做法。

图2 某工程柱脚剪力键做法
yxssunny:
图3为本人最近做的一个抗剪键,由于周边混凝土面积的限制,
无法使用外加槽钢。

图3 柱脚抗剪键平面及大样示意
w ww okok o rg。