鋼結構柱腳設計要點

第八章基礎設計房屋建筑設計總體上分為上部結構設計和下部結構設計兩大部分，輕型鋼結構建筑也不例外，前面幾章已介紹了其上部結構，本章對其下部結構——基礎作一些討論。眾所周知，在房屋建筑中，基礎造價約占整個建筑物的30%左右，對于輕鋼結構而言，這樣容易滿足地基承載力方面的要求第一節(jié)基礎設計的特點與其它結構存在很大的不同，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：⒈基礎形式基礎型式選擇應根據(jù)建筑物所在地工程地質情況和建筑物上部結構型式綜箱形基礎、樁基等等，而對于輕鋼結構而言，由于柱網(wǎng)尺寸較大，上部結構傳至柱腳的內(nèi)力較小遇到暗浜等不良地質情況⒉柱腳受力(a)鉸接柱腳 (b)剛接柱圖8-1 不同柱腳型式的受力情況273PAGEPAGE276砼結構柱腳均為剛接，即同時存在軸向力N、水平剪力V和彎矩M，故基礎尺寸較大，輕鋼結構常見的柱腳型式有剛接和鉸接兩種（圖8-，鉸接柱腳，只存在軸向力N和水平力V，對于剛接柱腳，除存在軸向力N和水平力V的彎矩M，。⒊基礎破壞形式要正確進行基礎設計，首先要知道基礎破壞形式，對其工作原理有所了解。而輕鋼結構則不同，基礎除發(fā)生沖切、。增加了土方開挖和回填工程量。另外對于輕鋼結構基礎，還須預埋錨栓（也稱地腳螺栓，用于上部結構和基礎的連接，若錨栓離砼基礎邊緣太近，會產(chǎn)生基礎劈裂破壞，所⒋基礎設計內(nèi)容基礎設計一般包括基礎底面積確定基礎高度由沖切驗算確定輕鋼結柱底板尺寸是根據(jù)柱與基礎連接部位砼的局部承壓來確定⒌與上部結構連接圖（圖8-2。由于輕鋼結構的特殊性，使其基礎設計也與一般結構不同，下面從幾個方面加以討論。一、剛接和鉸接柱腳由于輕鋼結構的特殊性，使其基礎設計也與一般結構不同，下面從幾個方面加以討論。一、剛接和鉸接柱腳(a)鉸接(一)(b)鉸接(二)圖8-3（c）剛接(一)幾種常見的柱腳型式（d）剛接(二)柱腳看成接近剛接或鉸接鉸接柱腳一般采用兩個錨(a)砼柱基礎預留插筋(b)鋼柱基礎預留錨栓圖8-2 基礎與上部結構的連接⒍有關構造措施保護層厚度，對于中柱不小于，對于邊柱和角柱的外側不宜小于250mm有關構造手冊。第二節(jié)基礎設計的特殊處理措施栓(圖8-3a)，以保證其充分轉動，但有時考慮錨栓質量問題，若一個錨栓質量不保證，會對整個結構受力產(chǎn)生較大影響，所以為安全起見，也可布置四個錨栓(圖但錨栓盡剛接柱腳一般采用四個或四個以上錨栓連接(圖8-3c)，圖中采固接柱腳（但這種柱腳制作麻煩，耗工耗材，逐漸被其它柱腳型式所替下面再介紹工程上比較常用的固接柱腳（屬于剛接柱腳圖8-4)，這功，已在多項單層工業(yè)廠房中應用，效果良好，并不影響安裝調整。圖8-4包裹式柱腳；樓面裝修材料開裂等地質二、錨栓兩個基本作用：⒈作為安裝時臨時支撐，保證鋼柱定位和安裝穩(wěn)定性。⒉將柱腳底板內(nèi)力傳給基礎。錨栓采用Q235Q345M398-5a)，直徑大于M398-5b)。(a)彎鉤式 (b)錨板式圖8-5基礎錨栓對于鉸接柱腳，錨栓直徑由構造確定，一般不小于M20；對于剛接柱腳，錨栓直徑由計算確定,一般不小于M301.5倍(圖8-6a)，或直接在底板上開缺口(圖8-6b)。底板上須設置墊板，墊板尺寸一般為100100，厚度根據(jù)計算確定，墊板上開孔較錨栓直徑大1～2mm，待安裝、校正完畢后將墊板焊于底板上。(a)開圓孔 (b)開缺口圖8-6柱腳底板開孔8-78-88-7慮，中柱兩個錨栓可換成四個，但間距不能太大，以保證鉸接。277PAGE7鉸接柱腳錨栓布置圖8-8剛柱腳錨栓布置圖在工程上經(jīng)常會提出這樣一些問題：錨栓能否抗剪？墊板是否要與底板焊牢？在施工時錨栓是否擰緊？時錨栓是否擰緊？我國鋼結構設計規(guī)范是不允許錨栓抗剪的，剪力是通過底板和基礎頂面的（圖8-9。(a)(b)圖8-9抗剪鍵水平反力應由底板與混凝土基礎頂面間的摩擦力承受，摩擦系數(shù)可取0.4，上述情況之外，外露式柱腳的0.4特別是在風吸力起控制作用時三、特殊情況下輕鋼結構基礎⒈格構式柱基礎格構式柱的柱腳有整體式和分離式兩種（圖拉的情況，在基礎配筋時須注意，應同時配置上、下部鋼筋（圖8-10。(a)整體式柱腳基礎 (b)分離式柱腳基圖8-10格構式柱基礎⒉地坪有較高承載力時的基礎處理HILTIHILTIHAS螺桿尺寸oo表HAS螺桿尺寸ooNVHVU孔徑孔深設計抗拉力設計抗剪力尺寸dh（KN）（KN）（mm）（mm）（mm）M810.37.981080M1013.812.6101290M1219.818.31214110M1628.934.61618125M2052.454.02024170M2475.577.82428210M2792.4164.02730240M30121.3199.33035270M33142.5248.43337300M36169.4291.53640330M39194.1350.639423601、以上數(shù)據(jù)用于：◆混凝土強度為C25/30?！翦冧\螺桿需符合ISO898T15.8級。◆要達到以上剪力，基材厚度（h）不小于邊距（C）的1.5倍。2、要更大力量可增大孔深，但最大不能超過標準2倍深。3、HVU管劑主要化學成分為：Vinylurethane樹脂。4、有關錨栓安裝時邊距和間距和混凝土對拉力和剪力的影響請與HILTI工程師聯(lián)系。5、M24以上的螺桿設計剪力是依據(jù)8.8級鋼材。表8-2HVU配件HAS螺桿HVU藥劑管HAS螺桿品名品號品名品號HVUM8×80256691/7HASM8×11066001/9HVUM10×90256692/5HASM10×13066002/7HVUM12×110256693/3HASM12×16066003/5HVUM16×125256694/1HASM16×19066004/3HVUM20×170256695/8HASM20×24066084/4HVUM24×210256696/6HASM24×29066085/1HVUM27×240256697/4HASM27×340259990/0HVUM30×270256698/2HASM30×380259991/8HVUM33×300256699/0HASM33×420229728/1HVUM36×330256700/6HASM36×460259992/6HVUM39×360256701/4HASM39×510259993/4⒈柱下獨立基礎⒈柱下獨立基礎圖8-11 柱下獨立基礎第三節(jié)典型柱基礎細部詳圖典型柱基礎詳圖，以供大家參考。⒉柱下條形基礎圖8-12柱下條形基礎282PAGEPAGE284第四節(jié)柱底板和錨栓設計[9]一、軸心受壓柱腳設計⒈底板面積LBA N0 fhce式中：N——柱軸心壓力設計值。fh——基礎所用鋼筋砼局部承壓強度設計值。ceA——錨栓孔面積0⒉底板厚度底板壓力：q NLBA0對于底板彎矩，分以下情況進行設計：⑴四邊支承板M qa2 Nm1 m其中：a——短邊長度b——長邊長度——系數(shù)，由b查表8-3求得。a表8-3 四邊支承板系數(shù)bba1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.00.0480.0550.0630.0690.0750.0810.0860.0910.0950.0990.1020.125⑵三邊支承、一邊自由板或兩鄰邊支承板M qa22 1a——自由邊長或對角線長度1b——兩相鄰固定邊頂點到a的垂直距離1 1——系數(shù)，由

b18-4a1表8-4 三邊支承、一邊自由或兩鄰邊支承板系數(shù)bb1a10.30.350.40.450.50.550.60.650.70.750.80.0270.0360.0440.0520.060.0680.0750.0810.0870.0920.097b1a10.850.90.951.01.11.21.31.41.51.752.00.1020.1050.1090.1120.1170.1210.1240.1260.1280.130.132b當10.3時，按懸臂長為bba1

1的懸臂板計算。⑶一邊支承、三邊自由板1M qC3 2其中：C——懸臂長度。最終彎矩設計值M ,M ,Mmax 1 2 3最佳設計方案應使M,M ,M 接近相等，若相差較大，應調整區(qū)格。1 2 3MmaxfW1t26代入上式可得底板厚度：6Mmaxft 6Mmaxf5M5Mmaxft⒊錨栓設計由于該柱腳不承擔彎矩，為鉸接柱腳，故錨栓按構造設置。二、偏心受壓柱腳的計算這里針對實腹整體式柱腳進行設計，而對于分離式柱腳，相當于獨立的軸心受壓柱腳，其計算方法同軸壓柱腳。⒈底板面積假定底板下壓應力成直線分布N Mmax

LB

fh1ce16BL2式中：N，M——柱軸心壓力和彎矩設計值。fh——基礎所用鋼筋砼局部承壓強度設計值ce⒉底板厚度取qma（區(qū)段內(nèi)最大地基反力，其余計算同軸心受壓柱。⒊錨栓計算當min

N LB 1

0時，底板與基礎開始脫離，從而產(chǎn)生拉應力，而6BL2該拉應力合力應由錨栓來承擔，如圖8-13所示。圖8-13 錨栓計算簡圖M 0 NaMZx0DMNa即：Zxa

Lc，xdc，c

max L2 3 3則錨栓所需要的有效截面面積為：

max

minA Ze fhce

h——錨栓抗拉強度設計值。ce285PAGEPAGE289求得錨栓所受的拉力或錨栓有效截面面積后，直接查表8-5、表8-6即得所需錨栓規(guī)格。錨栓直徑2022242730錨栓直徑202224273033363942454852d（mm）有效面積Ae(cm22.448 3.034 3.525 4.594 5.606 6.936 8.167 9.758 11.21 13.06 14.73 17.58)單個錨栓承載力Na(KN)t錨栓直徑d（mm）Ae(cm220.30 23.62 26.76 30.55 34.60 38.89 43.44 49.48 55.91 62.73 69.95)單個錨栓承載力284.2 330.7 374.6 427.7 484.4 544.5 608.2 692.7 782.7 878.2 979.3Na(KN)t34.342.549.464.378.597.1114.3136.6156.9182.8206.2246.156606468727680859095100表8-6 Q345鋼錨栓選用表錨栓直徑錨栓直徑202224273033363942454852d（mm）有效面積Ae(cm22.448 3.034 3.525 4.594 5.606 6.936 8.167 9.758 11.21 13.06 14.73 17.58)單個錨栓承載力44.154.663.582.7100.9 124.8 147.0 175.6 201.8 235.1 265.1 316.4Na(KN)t錨栓直徑56606468727680859095100d（mm）有效面積Ae(cm220.30 23.62 26.76 30.55 34.60 38.89 43.44 49.48 55.91 62.73 69.95)單個錨栓承載力365.4 425.2 481.7 549.9 622.8 700.0 781.9 890.6100611291259Na(KN)t第五節(jié)基礎設計實例一、獨立基礎設計基礎設計地基承載力標準值fk80KPa，基礎埋深為-1.500m，地基承載力設計值f1.18088KPa，基礎砼采用C20N139.3KN，V197.6KN。

Nf

139.3d 88201.5

2.424.8A2.83.28.96m2。驗算： 139.3 201.545.55N f22.83.2 mm22max

139.32.8

201.5

197.41.112.83.226

91N 1.1mmmin

139.32.8

201.5

197.41.112.83.226

0.1N

mm20基礎底板配筋：1M 11I 12

a2(2la'

j

j)1 1.052(22.80.7520.46)(6161 )68.21KNm1 12 3.2AsI

68.211060.9310

531.48mm2配φ12@150。MII

1(la')2(2bb')(48

j

jmin)1[2.8(0.7520.46)]2(23.21.120.46)(610)4812.09KN.m12.09106 2AsI

0.9310(46012)

96.7mm按構造構造配筋。沖切驗算：Fl

2.81.053.22.8

201.53.22.8)133.9KN0.6f

h 0.61.1

1100110024607007002460)2460t m0 ( 2 20.6ftUmh0故基礎沖切滿足?；A施工圖如下所示。二、條形基礎設計基礎設計地基承載力標準值fk80KPa，基礎