在设计外露刚性柱脚的锚栓时,我们经常参考《钢结构连接节点设计手册》第二版第291页8-85。MTS、世纪启云等软件中也经常会参考此内容。但此方法建立在柱子受压的前提下钢结构地脚螺栓规范,当钢柱受拉时,此方法不适用。MTS软件手册中也有明确说明,如图。
在《石油化工钢结构冷交换架设计规范》SH/T 3007-2012中,第7.6.3条规定了拉弯和压弯中锚栓的计算方法。压弯的计算方法也是我们常用的方法。与《钢结构连接节点设计手册》相比,这种方法更简单,更适合手工计算。我觉得SH/T 3007-2012中规定的拉弯构件锚栓的计算方法有局限性,不适用于“大偏心受拉”构件,即当拉力作用在锚栓作用范围之外时。
《高层民用建筑钢结构技术规范》JGJ99-2015第8.6.2条规定,设计锚栓时,按单侧受压、受弯钢筋的钢筋混凝土截面计算钢结构地脚螺栓规范,在混凝土截面面积中,将柱脚板截面作为锚栓,不考虑受压侧锚栓的工作。
分析《钢结构连接节点设计手册》中锚栓设计公式可知,其原理与压弯钢筋混凝土截面设计等效,可用等弯矩、等竖向力方程求解。但设计压弯钢筋混凝土截面时,混凝土受压区应力分布为矩形;锚栓设计公式中,混凝土受压区应力分布为三角形。
综上所述,受拉柱锚栓计算可分为大偏心受拉和小偏心受拉两种情况。
1)对于小偏心拉伸,可采用《石油化工钢结构冷交换架设计规范》SH/T 3007-2012中规定的方法,具体如下:
2)对于大偏心拉伸,可参考《钢结构设计手册》(上册)501页,总结如下基于竖向力平衡和弯矩平衡的计算方法。取σ1=fat,解方程组。其中,σ2应小于混凝土局部抗压强度设计值βfc。