钢结构基础知识讲解

柱脚零件间的焊缝布置
带靴梁铰接柱
平板式铰接柱
焊缝布置原则： 考虑施焊的方便与可能
常用铰接柱脚的几种形式
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
轴心受压柱脚计算
底板的计算
平面尺寸——基础抗压强度 底板厚度——板抗弯强度
靴梁的计算
高度——焊缝长度 厚度——构造、抗弯剪强度
隔板计算
厚度——刚度、强度 高度——焊缝
①一边支承部分（悬臂板）
M1
q
c2 2
a b1
c a1 c t1 B t1
qN An
L
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
②二相邻边支承部分：
c a1 c t1 B t1
M2βqa22
式中：
a
--对角线长度；
2
β--系数，与 b2 有/ a关2 。
a b1 L
b2/a2 0.3
β 0.026
0.4 0.042
钢结构
—钢结构基础
第7章 钢结构的连接和节点构造
§7.1 钢结构对连接的要求及连接方法 §7.2 焊接连接的特性 §7.3 对接焊缝的构造和计算 §7.4 角焊缝的构造和计算 §7.5 焊接残余应力和焊接残余变形 §7.6 普通螺栓连接的构造和计算 §7.7 高强度螺栓连接的性能和计算 §7.12 柱脚设计
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
底板厚：
取MmaxmaM x1，M2，M3，M4
底板厚 t： 6Mmax f
20mm≤t≤40mm t≥14mm（刚度要求，满足反力均匀） 各区格弯矩相近，否则重新调整尺寸及划分
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚 靴梁的计算
厚度：宜与柱翼缘尺寸相近，最小厚度10mm 高度：由其与柱间的焊缝（4条）长度确定。
习题及思考题
试设计轴心受压柱的柱脚。已知：柱子采用热 轧H型钢，截面为HW250× 250× 9×14，轴 心压力设计值为1650kN，钢材为Q235，焊 条E43型。基础混凝土强度等级为C15。
试设计框架柱的整体式柱脚。已知：柱子采用 焊接工字形截面，柱子翼缘为-360 × 20，腹 板为-650 × 10。柱脚和锚栓的最不利荷载组 合的内力设计值N=80kN，M=700kNm。柱 脚钢材为Q235，焊条E43型。基础混凝土强度 等级为C20。
④四边支承部分：
M4qa2
式中： a--四边支承板短边长度； b--四边支承板长边长度；
α—系数，与b/a有关。
a b1 L
b/a 1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8 1.9
2.0
3.0 ≥4.0
α 0.048 0.055 0.063 0.069 0.075 0.081 0.086 0.091 0.095 0.099 0.101 0.119 0.125
a b1 L
b1/a1 0.3
β 0.026
0.4 0.042
0.5 0.056
0.6 0.072
0.7 0.085
0.8 0.092
0.9 0.104
1.0 0.111
1.1 0.120
≥1.2 0.125
当b1/a1<0.3时，可按悬臂长度为b1的悬臂板计算。
c a1 c t1 B t1
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
算法2求T和L（7-88） 接触面假定为弹性体受力
T M Ne x
①求N、M作用的最大压应力 ②求合力点R至截面形心轴距离e ③求合力点R至锚栓中心距离x
§7.12.2 压弯构件的柱脚
T过大时，d≥60mm时， 采用如图受力分布
格构柱
§7.12.2 压弯构件的柱脚
压弯构件柱脚底板厚度
压弯构件柱脚底板厚度确定同轴心受压 柱，各区格弯矩取该区格最大压应力
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
柱脚计算
计算内容：确定底板尺寸、靴梁 靴梁尺寸、连接焊缝尺寸 底板
N
柱 隔板 锚栓
c a1 c t1 B t1
传力途径
隔板
隔板（肋板）
a b1 L
竖向焊缝
水平焊缝
柱 靴梁
底板
实际计算不考虑
混凝土基础
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
柱脚计算
靴梁 隔板
（1）底板面积的计算 底板
拉力T由锚栓承受
§7.12.2 压弯构件的柱脚
算法1求T和L（7-87） 锚栓拉力T较小时，应力三角形分布
底面受压区的总压力R=N+T
T MNe (2/3)L0 d/2
e—N至受压区合力R的距离 L0—底板边缘至锚栓孔边缘的距离 d—锚栓孔直径
L由 max确f定cc
拉力T由锚栓承受
§7.12.2 压弯构件的柱脚
maxB NL6BM 2Lfcc
B=b+2c b—柱截面宽 C—悬伸部分c≤2-3cm f cc--混凝土抗压强度设计值
§7.12.2 压弯构件的柱脚 靴梁式整体柱脚
特点：
锚栓承担拉力
适用：
弯矩轴力较大，要求底板抗弯能力
设计：
柱身与靴梁的连接焊缝 锚栓拉力及直径的确定 底板长度和厚度计算、靴梁强度
例题7-17
0.5 0.056
0.6 0.072
0.7 0.085
0.8 0.092
0.9 0.104
1.0 0.111
1.1 0.120
≥1.2 0.125
c a1 c t1 B t1
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
③三边支承部分：
M3 βqa12
式中：
a
--自由边长度；
1
β--系数，与 b1 有/ a关1 。
枢轴
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
2、平板式柱脚 混凝土的强度远比钢材低，必须把柱的底部放大， 以增加其与基础顶部的接触面积
N 柱
靴梁
隔板
底板
锚栓
X
Y
N小 焊缝传力
隔板
N较大 柱端铣平直接传力 加工困难、底板厚
N较大 设靴梁、隔板 隔板提高底板抗弯能力
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
肋板
锚栓用以固定柱脚位置，沿轴线布置2个，直径2024mm，锚栓孔1.5-2d，用零件板固定。
L=A/B B≤L≤2B q=N/(B×L-A0)
a b1 L
c a1 c t1 B t1
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
底板厚：
a b1
L
取决于板的抗弯强度 底板划分板块：由靴梁、隔板、柱身支撑，受均匀 反力 各板块最大弯矩求板厚 板块：一边(悬臂板)、两边、三边和四边支承板。
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
按正面角焊缝，承担全部轴力计算，焊脚尺寸由 构造确定。
N
f 0.7hf
lw ffw
§7.12.2 压弯构件的柱脚
压弯构件的柱脚
铰接柱脚：同轴心受压柱的构造和计算 刚接柱脚：N、M作用，构造要求传力明确便于制 造
和安装
V?
N、M较小 角钢增加刚度
M较大 槽钢加肋增加刚度
§7.12.2 压弯构件的柱脚
ha
靴梁
lw
N 40.7hf
ffw
60hf
t1 B t1
c a1 c
所以：ha lw 2hf 且取10的倍数。
hf≤1.2t1
a b1 L
靴梁的计算—靴梁的截面验算
按支承在柱边的双悬臂外伸梁受均布反力作用。
两块靴梁板承受的最大弯矩：
t1 B t1
c a1 c
M=qBl2/2 两块靴梁板承受的剪力：
h1lw 12hf(取)整
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
隔板截面验算：
q’
h1
抗 弯 ： M6Mf
W t2h12
a1
抗 剪 ： V I2tS1t.25hV 1 fv
式中：
M q a 1 28 V q a 12 t2 a 15 ( 取 0 )
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
靴梁及隔板与底板间的焊缝的计算
习题及思考题
§7.12 柱脚设计
柱脚类型概述 轴心受压柱的柱脚
例题7-16
压弯构件的柱脚
例题7-17
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
柱脚的型式和构造
刚接柱脚-支承式
不能转动
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
柱脚的型式和构造
铰接柱脚型式：
1、轴承式柱脚
制作安装复杂，费钢材，
但与力学符合较好。
适用：
肢间距大的格构式柱
特点：
每个柱肢端部设置独立柱脚，节 省钢材制造简便
设计：
按可能最大压力，按轴压柱脚设计 锚栓直径根据分肢可能最大拉力确定 底板设联系杆，保证运输安装整体性
格构柱 联系杆增加刚度
§7.12.2 压弯构件的柱脚
§7.12.2 压弯构件的柱脚
平板式整体柱脚
底板平面尺寸：（7-86）
V=qBl
e
a b1
抗弯强度验算：
M W
6M t1 ha2
f
抗剪强度验算：
VS
It1
1.5V
t1ha
fv
lL R
M
R
q’
l
l
ha
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚 隔板的计算
厚度：≥1/50隔板长 ≤靴梁厚
高度：连接焊缝长
隔板可视为简支于靴梁的简支 梁，负荷范围如图。
q’
h1
a1
lw 10.7h V f1ffw
实腹柱
格构柱
N、M较大 要求增加底板抗弯能力（基础上应力分布均匀） 采用带靴梁的构造方案，锚栓承担拉力。
§7.12.2 压弯构件的柱脚
压弯构件柱脚构造方案 平板式柱脚 N,M较小,底板只承受不均匀压力 靴梁式柱脚 N,M较大，底板出现拉区 分离式柱脚 格构柱肢间距很大
§7.12.2 压弯构件的柱脚
底板与基础接触面上的压应力
假定均匀分布
ALB
N fcc
A0
N ―柱的轴心压力； fcc ―基础材料的抗压强度设计值；
A0―锚栓孔的面积。
平面尺寸取决于基础材料的抗压能力
a b1 L
c a1 c t1 B t1
§7.12.1 轴心受压柱的柱脚
底板宽： Bຫໍສະໝຸດ Baidub+2t+2c
b— 构件截面高度 t— 靴梁厚度一般为10～14mm c— 悬臂宽度，c=3～4倍螺栓直 径d，d=20～24mm,c=201底0板0m长m：