埋入式钢柱脚的传力分析和设计计算

埋入式钢柱脚的传力分析和设计计算

金 波

(杭州广播电视大学 杭州 310012)

童根树

(浙江大学建筑工程学院 杭州 310027)

摘 要:对埋入式钢柱脚的设计方法进行了研究,分析了其传力的机理。指出因为栓钉的存在,钢柱必然传递一部分轴力给外包混凝土柱,利用组合柱理论对外包混凝土的压力进行了计算,得到了简单的公式,通过算例发现,传递到外包混凝土的轴力是总轴力的25%~35%。根据这个传递比例,提出栓钉验算和柱脚底板计算的方法。同时,根据混凝土埋入式钢柱脚的弯矩和剪力的传递,介绍了混凝土埋入式钢柱脚抗弯强度的计算公式,对于边柱和角柱,提出了沿整个埋入深度设置水平U 形钢筋的要求和计算方法。对于竖向抗冲切不足的问题,介绍了设置水平短钢梁将竖向力扩散到更大范围的方法。 关键词:埋入式钢柱脚 荷载传递 抗剪强度 组合柱

A STU DY ON DESIGN METHOD OF BURIED STEEL COLUMN BASES

Jin Bo

(Hangzhou Radio and TV University Hangzhou 310012)

Tong Genshu

(School of Archi tecture &Engineering,Zhejian g Universi ty Hangzhou 310027)

Abstract :A theoretical s tudy is carried out on the current design approach of embedded steel colu mn bases.The load transfer within embedded bases is analyzed.Because of the studs,part of the axial load is transferred from steel to foundation concrete.An analytical solution is presented for the ax ial load in the concrete.Through calculated examples it is found that the axial force i n the concrete is 25%~35%of the total axial force of the column.Based on this finding,the design methods of shear stud and the column base plate are proposed.Based on the shear and bending moment transfer of the embedded s teel column bases,the strength check is proposed,and for side columns and corner columns,horizontal U rebars are proposed to preven t horizontal punch shear failure of concrete,method for determining the area of the U rebars is presented.Embedded steel column bases have inadequate vertical punch shear strength below.It is presented a method for avoiding this punch shear failure by adding horizontal short steel beams at the base.Keywords :embedded steel column base load transfer shear strength composi te column

第一作者:金 波 男 1972年10月出生 硕士 讲师 全国注册监理工程师

E-mail:jb@

收稿日期:2007-12-20

1 概 述

埋入式钢柱脚即将钢柱埋入钢筋混凝土基础中,基础可以是基础梁、独立基础和片筏基础,其构造如图1所示,柱脚传递轴力、剪力和弯矩。

埋入式柱脚的埋入深度一般是2倍的柱高(工字形截面柱)到2 5倍的柱高(箱形截面柱子和圆形、方矩形钢管混凝土柱子)。钢柱到外侧混凝土边的最小距离,按照 高层民用建筑钢结构设计规程 (JGJ 99-98)至少要求250mm 。这些要求一般均容易满足。

埋入钢柱打断了混凝土基础梁的上皮钢筋,虽然此处钢筋一般受压,但是仍然要采取措施使得至少50%及以上的钢筋连续。当柱子截面小时,钢筋可以绕过柱子,但是如果柱子截面大,则应该在对应部位的钢柱上焊接水平板,钢筋焊接在水平板上,使得钢筋内的传力连续,如图2所示。

外包式柱脚传力分析如下:

1)轴力的传递。由于布置了栓钉,在向下的钢柱轴力作

用下,必然会有一部分轴力传递到混凝土上,因此钢柱轴力向下逐渐变小,而混凝土内轴力逐渐变大,见图1。

传递到混凝土内的轴力的上限按照钢截面和外包混凝土截面的轴压刚度进行分配。由于钢柱埋入混凝土的深度较小,而栓钉是一种柔性抗剪连接件,在钢-混凝土的界面上,钢与混凝土将产生相对的滑移,通过栓钉传递到周围混凝土的压力将比按照刚度分配的更小,一般为20%~35%,但也受到钢截面的轴压承载力和混凝土截面的轴压承载力之比的限制。其余的轴力要传递到钢柱底部的混凝土,下部混凝土要进行抗冲切的验算。钢柱脚底部的钢筋混凝土,要与钢柱侧面的受剪栓钉破坏时的变形协调,栓钉才能够与底

98 Industrial Construction Vol 38,No 7,2008

工业建筑 2008年第38卷第7期