柱脚是钢结构节点极其重要的组成部分。在《钢结构设计标准》(GB 50017-2017,简称“钢标准”)中,是用节点来分隔的。节日。本文具体讲一下钢标柱设计的规定,主要围绕两点做一些说明:1)新增内容; 2)变化较大的内容。
1、关于柱脚的整体规定
关于柱脚的设计,原钢规的规定很少,仍放在构件结构剖面中。原来是设计出来的,只能看到一些散落在各种规范和手册中的内容,比如《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-2015)(《高钢规程》)、《 《抗震设计规范》(GB 50011--2010)(简称《抗震设计规范》)、《建筑工程抗震设计规范》 (GB 50191-2012)(简称《反规》)《钢结构节点设计手册》(第三版,建筑工业出版社,简称《节点手册》,该内容尚未被钢标准推广)、《钢结构设计手册》(建筑工业出版社,简称《钢结构手册》,已按照钢标准规定更新第四版)。但你会发现钢结构框架柱截面尺寸,规定并不统一。钢标准的柱脚设计规定是系统整理的。
关于钢标准的规定,并列给出了四种形式:外露、外包、直埋、插入柱脚。剩下的三种柱脚就不好说了,插柱脚的内容此前在工业建筑的相关规范中已经出现过。钢结构标准明确规定多层钢结构框架柱可采用插柱,相当于正式认可插柱在民用建筑中的应用。尽管钢标准12.7.1的规定表明适用范围与高钢规定相协调,但事实上,民用建筑中插柱的柱脚形式仍是首次隆重登场。
【条】 12.7.1 高层结构框架柱的柱脚可采用埋柱、插柱、外包柱。立柱可插入立柱和外露柱脚,铰链柱应暴露在外露柱上。
【文章说明】12.7.1梅花脚、柱脚分为外露式、外包式、埋式式和插式四种。四柱脚范围主要与现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的相关规定相协调,同时参考国内相关试验研究以及多年的工程实践总结。
2.关于裸露的柱脚
裸露的柱子似乎没什么可说的,因为太常见了,所有的规格都有规定。钢材标准主要规定了地脚螺栓长度的原则要求、柱脚计算、锚固锚固长度等原则。
锚栓不得剪断,与钢规范要求相同。如果必须考虑被切割,则需要满足一定的结构要求并进行计算。这在一些规范中已有规定,例如门规。
支柱计算详情请参阅钢结构手册。
锚杆结构要求混凝土基础中的锚杆长度不应小于直径的20倍。当锚栓直径大于40mm时,应在锚栓端部焊接锚固板。锚杆长度不应小于直径的12倍。
同时,第17章对柱脚(包括裸露柱脚)抗震性能设计提出了一些要求:
【条】17.2.12 柱脚承载力试验应符合下列规定:
1 支撑系统柱脚极限承载力不应小于1.2倍剪力与1.2倍屈服拉力的组合。
2 柱脚经剪力荷载验算时,剪力性能系数不应小于1.0。
3 对于承担总水平地震剪力的双抗侧力结构的框架结构或框架,采用框架部分的框架柱脚。当采用外露柱脚时,锚栓应符合下列规定:
1)实际腹柱刚与柱脚连接,按锚栓截面计算的抗弯承载力不应小于钢柱全截面抗弯承载力的50%;
2)格构柱的分立柱,肢柱地脚螺栓承载力标准值不应小于钢柱格构承载力标准值的50%。
3)驻柱梅花铰,锚栓承载力标准值不应小于钢柱最弱截面的50%。
【条】17.3.16 实心腹柱中外包、埋入、插入柱脚的埋深应符合现行国家标准《抗震设计规范》GB 50011或《建筑抗震设计规范》GB 50191的有关规定。
对于“真实腹柱刚性柱脚按锚栓截面抗弯承载力计算,不应小于钢柱全截面抗弯承载力的50%”,计算17.2.9 钢标塑性耗能面积的连接计算要求满足极限承载力条件,明显高于此50%。不是一点点(真正知道这个的人需要经常被杀)。那么,只能理解为:延时设计(延时I级~IV级),外露柱脚满足17.2.9,那么自然满足上述结构要求;塑料能耗面积无需满足17.2.9,但还必须满足本最小锚栓的要求。
另外,“地脚螺栓承载力标准值不小于钢柱最薄弱截面,其不应小于承载力标准值的50%。二” ,这50%也是有生命危险的,相当于说地脚螺栓的截面不小于钢柱的50%。
3、关于外包柱脚
钢标外柱脚参照日本高钢规定等相关规定。从受力方式来看,它已经发生了本质的变化。如图20所示 最大值,底板大约为零。如图21所示,承载机构相当于铰接钢柱和钢混凝土短柱的组合,即假设外柱顶部开始从钢柱传递到混凝土,弯矩短柱范围、短柱弯矩范围完全由钢筋混凝土短柱承受,按悬臂柱设计。弯矩通过钢柱与混凝土之间的压力传递。
同时,支柱底板的尺寸和厚度必须根据结构安装阶段的底层心力和底板的支撑条件计算确定。高钢规则表示轴压力从钢柱底板传递到基础,根据底板面积计算局部压力。
相比之下,节点手册中,以往的外包柱脚受力模式假设轴力由钢柱底板传递,弯矩通过钉子传递给混凝土短柱。
受力方式的变化直接导致对钉子设计的不同要求。过去的设计中,外包柱脚钉是必要的,也是经过计算的。受力方式发生变化后,钢材标准的规定并没有再次写出钉子的要求,但图中螺栓钉为“可选”,而高钢规定则注明“钢材表面外包件的柱翼缘应设置在翼缘表面”大致相当,即使使用钉子,也只是一种建设性措施。
钢标准没有给出外柱脚在该受力模式下的详细计算公式,包括弯曲、剪切荷载、极限弯曲和壳荷载。适用于高钢法规。
另外,钢标准规定,外包柱脚的典型破坏模式如图22所示,包括顶部混凝土压力对钢柱造成的压力(1);外购混凝土剪力引起的斜裂缝(2);毁灭(3);主腱弯曲 (4)。
因此,外包柱脚的结构就是围绕着上述的破坏方式展开的。要求:外侧混凝土顶部有抗剪钢筋,通常集中三个构造筋,防止顶部混凝土被压碎,保证水平剪力传递;外包柱脚箍筋按100mm间距配置,避免出现切片裂缝,并应保证钢筋的锚固长度和保证混凝土外包厚度;需要注意的是,外包高度与高钢规定的2.5倍截面高度略有不同。
【条】 12.7.7…外包柱及混凝土外包高度,H形截面柱不应小于柱截面高度的2倍。超过;无地下室时,外包的宽度和高度应增加20%;当只有地下室时,外包宽度应增加10%。
4、关于埋柱脚
埋入柱脚的钢标受力方式与高钢规定相同。参考日本相关规定,对受力模式的假设进行修改,即根据钢柱侧面受压区与混凝土区域之间的反作用力,形成反作用力抵抗作用力的阻力。曲线和剪力(高钢规范还规定轴压力从钢柱底板传递到基础,与外包型一致)。与以往计算(如节点手册等)中假设钢柱侧面的螺栓切削力的应力模式不同,假设钢柱侧面的切削力为不同的。
因此,钢材标准表明,粘结钉不主导传递弯矩和剪切力,而是主导抗拉力,因为螺栓被切断,所以可以传递内力。本质 但既然是“易”,如果粘合力可以考虑足够的话,也可以没有钉子。
对于基础混凝土的结构要求,如柱翼或管柱外缘的混凝土保护层厚度,与高钢规定一致,并借鉴了日本相关资料。
关于埋深,钢材标准给出了以下要求:
但上述公式的物理意义似乎并不明确,让人摸不着头脑(这是高手私下里能理解的)。另外,从公式的表达来看也是不合理的。根数之外的1/2是很麻烦的。可以用根号中的2和4来处理。写入标准)。物理意义上不就是下面这个公式吗? (M应使用截面中间的弯矩)。
另外,钢标准第12.7.9条规定,插柱的埋深也必须满足插柱的要求。显然,钢标更接近于埋柱规则的插接配合(其实结构上是差不多的,只是之前的规格巨大,插柱脚的规定明确表明了埋柱脚的传动机构)其受力与埋入柱脚基本相同),而不是像过去习惯性埋入柱脚和外柱脚。施工要求相似。
埋地柱脚抗弯能力的具体计算,可以参见高钢规定。同时,基础顶面基础上可能存在塑性铰的边柱和角柱的立柱埋设在混凝土基础部分的上下部分,其计算公式为给出了U形钢筋的配筋。
5、关于插柱脚
虽然钢规中提到的插入柱脚,但意味着只有工业应用经验。钢材标准明确规定已用于单层工业厂房和多个高层住宅项目。效果非常好。其传力机制与埋柱基本相同。根据埋柱规则):
【第12.7.10条】插入柱脚插入混凝土基础杯口的深度应符合表12.7.10的规定。支柱应根据以下公式计算:
其实这是一个钢柱和轴下混凝土的公式钢结构框架柱截面尺寸,但是以前的规范一般都没有给出。超过手册。请注意,这里的根处没有线程。纯结构的,不加钉子也很正常。因此,钢标准将埋入式,明显向结构简化迈进。
结构对插入深度的要求与原钢规一致(表12.7.10)。但请注意,这是静态设计要求。抗震设计时,对抗规、抗规等都有较高的要求,实际上第9章对单层钢结构的部位有规定,第8章根本没有要求。参照工业厂房的规定。
插柱及混凝土的设计可参照基础规范的基础基础。