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关于门式轻钢结构柱底抗剪键设置的探讨-垃圾

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浅议钢结构柱脚抗剪键的设计

浅议钢结构柱脚抗剪键的设计

浅议钢结构柱脚抗剪键的设计朱　舰　马山积　李卫东(西安体育学院　710068;中国新时代国际工程公司　710054　西安)摘　要:钢结构柱脚抗剪键的设计是困惑钢结构设计人员的一个问题。

本丈提出摩擦力的算法、抗剪键的常用做法及抗剪键漏设后的补救措施。

对设计提出一些建议,供设计参考。

关键词:抗剪键;轴力;措施1.概况钢结构柱脚抗剪键的设计是困惑钢结构设计人员的一个问题,《钢结构设计规范》G B50017—2003第8.4.13条规定,柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平反力,此水平反力由底板与混凝土基础间的摩擦力(摩擦系数可取0.4)或设置抗剪键来承受。

规范中对压力的取值没有明确的规定,一般设计中仅取轴力项,而忽视弯矩的影响,导致设计轻钢结构时均增加抗剪键,施工极其不方便,施工钢柱很难保证规范要求的偏差,本文对压力的取值给出明确的取法。

2.压力的取值对于刚接柱脚,设反力为压力N,剪力V,弯矩M。

按一般的概念,应该是0.4N<V时,则认为柱底摩擦力不足以抵抗水平剪力,此时要加抗剪键(如果不考虑锚栓抗剪)。

但由于有弯矩M的存在,它必将在柱底一部分产生压力,一部分产生拉力,设弯矩产生的压力部分合力为T,弯矩作用产生的拉力直接由锚栓传给基础,在柱底板与基础顶面间其实并不存在拉力区。

压力会产生摩擦力,实际上并不存在的拉力不可能产生与之相反的“负摩擦力”,所以柱底的摩擦力应该是所有压力产生的摩擦力之和,即0.4(N+ T),应该由0.4(N+T)与V来比较以决定是否加抗剪键。

规范V<0.4N(压力),个公式只是个简化公式,也就是由F摩=μN而来,这个N是一般假定过中心,且均匀分布在底板下,此外只有压力N才贡献F摩阻力。

用数学角度来分析,库仑定律(经典的摩擦理论),摩擦力与作用于摩擦面的垂直力成正比例,与外表的接触面积之大小无关。

锚栓可看作混凝土结构中的受拉钢筋,而我们知道在混凝土梁的正截面分析中是不考虑混凝土抗拉的,而钢筋拉力与混凝土受压区的压应力的合力是相等的。

浅析门式刚架轻型钢结构设计与施工

浅析门式刚架轻型钢结构设计与施工
要求 ，设计 人员 更需要 不断 充实对 钢 结构 设计 思维 。
３ 抗 剪 键 的设 计
由于 门 刚 结构 自重 较 轻 ，在 风 荷 载 较 大 地 区 的 工 程 设 计 中 ，有 时
会 出现 剪力 较大 ，而 竖 向力较 小 ，甚 至会 出现 拔 力的情 况 ，此 时 ， 单单靠柱底板 与基 础顶面 的摩擦 力难 以抵抗 水平力 ，因而 ，需要设 置 抗剪键来分担 水平 剪力。抗剪键一 般采用截面 刚度 较大的槽钢或工字
柱距 ７ ２ ，边柱柱顶标 高 ８ ７ ０ ．ｍ ． ３ ｍ，【柱为摇摆柱 。仓库屋面为压型 ｝ １
钢 板 屋 面 ， 四 周 为 砌 体 围 护 结 构 。 每 列 柱 ，沿 纵 向共 布 置 四 道 柱 问
距或 两倍 隅撑 间距 ，实 际上 ， 由于 隅撑 都是 采用 普通 螺栓连 接 ，且 与隅 撑 卜端相 连 的檩条 也是 通过普 通 螺栓 与刚架 梁上 翼缘 连接 ，因 此 ，只有 梁下翼缘发 生一定的侧 向位 移时 ，隅撑才 能起到侧 向支撑 点 的作用 ，考虑到梁 缘 同时也会 发生侧 向移动 ，粱 卜 翼缘侧 向支 撑 点 ｔ部位 置 的隅 撑作为支撑 点的作用将进 一步削弱 。因此 ，如考虑 隅 ” 撑作 为 卜翼缘 侧 向支 撑点 ，应取 靠近 系杆所 在位 置 的隅 撑 。
设计计 算一般只考虑 正面角焊缝 的作用 ，计算公式 如 Ｆ：
Ｌ （ 一 ０ ４ ｖ ． Ｎ）／ （ ． Ｂ ）＋ ０ ０ ７ｆ ４
大高 度 ，减 小腹 板 厚度 ， 以便 实现 截面 最 大抗 弯承 载 能力 。因 此 ，
在 门 式 刚 架 的 实 际 设 计 一 ， 刚 架 梁 的 截 面 通 常 是 由 整 体 稳 定 控 制 ，计 ｝ １

浅议钢结构柱脚抗剪键的设计

浅议钢结构柱脚抗剪键的设计
黼 攀 诡 ｝ Ｓ Ｃｔ Ｅ Ｎ ＣＥ
浅议钢结构柱脚抗剪键的设计
李海年 刘翔 字 １ ． 黑龙江省纺织工业设计 院 ２ ． 黑龙江省轻 工设计院
１ ５ ０ ０ ０ ０
【 摘要ｌ 在进行建 筑施工过程 中 ， 为了 增 加钢结构柱脚 的抗剪力， 增 柱 脚， 突然 增大的惯性 力对 结构非 常不利 ， 所以在有 起重设备 时各柱下 加柱脚 的稳定性 ， 对钢 结构柱脚进行抗剪键设计是十分必要 的。本文主要 均 宜 设 置 抗 剪 键 。 通过 抗剪键在建筑施 工中的作用和优 点进行分析， 阐述钢结构柱脚抗剪键 ２ ． ３ 柱 间支撑 所处开 间的柱下应设置 抗剪键 。 厂房 的纵向水平力通 设计的重要性 和， 和具体 的施工工艺，旨在为同行提供参考数据 ， 促 进我 过 系杆 传给柱 间支 撑 ， 又通 过柱 脚 传给基 础 ， 柱 间支撑所 处 开间的 柱 脚 承担着厂房大部分 纵 向水平力， 一般较大 ， 此处 为抗剪设 计的薄 弱环 国建 筑 行 业 的发 展 。
３ 抗 剪键 的材 料及构 造 抗 剪键 的材 料有钢板 、 角钢 、 槽钢 、 工字钢 等 ， 为 保证焊 接 的可靠 增加 钢结构 脚的抗 剪力是十分必要 的。
性 不宜选 用Ｑ ２ ３ ５ 沸腾钢 。 在柱 脚施 工中， 抗剪键的设 置通常是在 基础中 预留槽， 待柱安装 后做二次浇 灌和养护 ， 二 次后浇混 凝土采用 比基础混 １ 柱脚 受水 平 力分 析 钢 结构周 围都 被混 凝土所 包容 ， 钢 结构会产生一定 的水平力 ， 水平 凝土 强度等级 高～级 的细石混 凝土 掺少 量的微 膨胀剂 。 因此抗 剪键 是 力从柱 脚 自 下 而上的朝抗 剪键转移。 抗剪键相 当于一个 中转站 ， 把 柱脚 和混凝 土紧密结合在一起 的， 应考虑 抗剪键与混 凝土 的协同工作 ， 留置 传上 来的水平力再传达 给混凝 土 ， 在传递 过程 中， 抗 剪键受 到水平力 的 键槽 时每侧 宽出抗 剪键 不小于３ ０ ａｍ， ｒ 底部 空隙高度 不小于２ ０ ａｍ， ｒ 在 压 迫产生弯 曲现象 。 抗 剪键 的弯曲程 度局盯着混 凝土承受压 力的程 度， 柱脚底板 和基础顶 面之间留有一定 空间， 柱 脚铰接时不宜大 于５ ０ ａｍ， ｒ 抗 剪键 弯曲越 大， 混凝 土受到额压 迫越大 。 钢结 构的坚硬程 度相比混凝 柱脚刚接时不宜大于 ｌ Ｏ Ｏ ｍｍ。 土要大得 多， 水平力先回作用于 钢结构本 身， 因此 ， 钢 结构是第一受 力物 ４ 抗剪 键 的施 工 体， 水平压力越大 ， 钢结 构受到 的压 力越 大， 抗 剪键 的弯曲程 度越大 ， 如 抗剪键 的施 工过 程 中有几个细 节需要 特 别注意 。 首先 是实柱 脚底 果水平压 力的力度超过 了混凝土本 身的荷载 力， 在桂脚和 抗剪键之 间的 板与混 凝土 基础之 间的距 离必须按 照标准 要求进 行预 留。 缝 隙最 好不 混凝 土就会 出现破 裂， 甚至破碎 。 这个时候 ， 抗剪键的作用便会失效 ， 无 要超过 ５ ０ ａｍ。 ｒ 这是 为了保 障脚底板 和混凝 土基础 受到温度 的影响 ， 发 法起 到中转 的效果 ， 对 钢结 构的 整体功 效产生了影 响。 因此 ， 一定 要注 生相应的收缩 或者 膨胀现象 ， 如果 空隙过 小， 可能会对结构 造成挤压 ，

门式刚架柱底锚栓的抗剪分析

门式刚架柱底锚栓的抗剪分析

门式刚架柱底锚栓的抗剪分析钢结构门式刚架是厂房仓库中常用结构形式。

钢结构门式刚架结构具有混凝土结构不可比拟的优势，例如造价低施工周期短，可拆卸重复使用等，成了投资方最欢迎的结构形式。

有关研究随国家基础建设一直在进行。

《建筑抗震设计规范》规定柱底部水平剪力单独计算，设抗剪键来处理问题，这种做法趋于保守。

下面通过计算和实验来论证。

柱脚内力计算：首先外露式柱脚的k b为：(1)n t为锚栓个数A e为有效截面面积l a为有效锚固长度e t为形心距e c为截面形心到受压翼缘中心的距离锚栓计算长度l如下式：图 1 计算长度示意图l a为锚固长度，得出柱脚底板反力及锚栓拔力，根据柱脚底板水平力计算底部摩擦力，进而计算抗剪键设计值。

柱脚底板与基础的摩擦力F=u*D(D为柱脚竖向压力，u为柱脚与混凝土柱之间摩擦系数),当不满足V＜F(V为柱脚水平压力)时，按现行《抗规》(GB50011-2010)9.2.16条第4款应设抗剪键。

设计柱脚抗剪试验：试验构件按华南某刚架结构厂房柱下端尺寸设计，基础用钢筋混凝土地梁代替，尺寸1.5米长，横截面0.6x0.4m(两端预埋设锚栓)和0.4x0.4m（两端为化学浆锚固锚栓），实验混凝土柱强度C30，锚栓强度Q235B。

计算机对实验构件柱脚弯矩、剪力和轴力进行模拟，荷载为：1.2恒荷载+1.4*0.85（活荷载+风荷载）计算结果：N/kN V/kN M/kNm (M/V)/m T/Kn D/Kn uD/kN 右-0.96 11.42 16.89 1.47 85.39 84.28 33.67左16.69 20.80 24.90 1.20 102.00 120.90 48.23 当柱脚为刚接时，右边弯矩M=42.58kN.m，参考《柱脚嵌固度对山形门式刚架结构分析的影响》提出β=0.55-0.75的范围，本计算比值在允许范围内，符合工程实际要求。

即摩擦力大于剪力，不设抗剪键。

本文拟通过实验验证柱脚底部的摩擦力能否承载水平荷载。

钢结构柱脚抗剪键设计方法研究

钢结构柱脚抗剪键设计方法研究

钢结构柱脚抗剪键设计方法研究钢结构柱脚抗剪键设计方法研究【摘要】本文主要围绕着钢结构柱脚的抗剪键展开论述，分析了钢结构柱脚的抗剪键设计的主要方法，提出了设计的一些有效的对策和措施，希望能够有效提高钢结构柱脚的抗剪键设计效果。

【关键词】钢结构；柱脚；抗剪键；设计一、前言随着我国建筑行业的快速发展，钢结构建筑数量不断增多，钢结构建筑中，柱脚抗剪键起到了非常重要的作用，因此，必须要重视钢结构柱脚的抗剪键的设计工作。

二、柱脚水平反力的传递方法和机理1、利用柱脚底板与基础}昆凝土问的摩擦力。

这种方法简单直观，易于理解，其前提条件是柱脚压力必须足够大以便能够提供足够的摩擦力来传递柱脚水平反力至基础。

但在某些情况下柱脚出现拉力的时候，例如柱问支撑位置处的柱脚，由于通常会同时存在比较大的拉力和水平力，单纯依靠这种方法是不可行的。

无论摩擦系数如何取值，问题的关键都是不能过高地估算柱脚的垂直反力。

国外有文献建议，为安全起见，在计算垂直反力时，永久荷载所贡献的部分要折减25％。

2、设置剪力键。

当柱脚垂直反力引起的摩擦力不足以抵抗柱脚底板水平反力的时候，常用的办法是在柱脚底板底面焊接剪力键，剪力键可以采用钢板或者型钢。

这时剪力键承担的是扣除摩擦力以后的柱脚水平反力部分，但由于剪力键的刚度很大，并且为计算方便起见，一般都假定柱脚水平反力全部由剪力键传递。

这种方法需要在基础中设置预留坑或孔，大型柱脚底板还要开设灌浆孔，施工相对困难，二次灌浆不容易密实。

3、利用地脚螺栓的承压、抗剪。

利用锚栓传递水平反力。

通常有两个途径：（一）锚栓与柱脚底板问的摩擦力，其大小取决于锚栓与柱脚底板间夹紧力大小；（二）锚栓承压、受剪，这时锚栓处于类似于高强螺栓承压型连接中螺栓的受力状态。

在拧紧螺母的时候锚栓可能会获得一定的预拉力(即使锚栓没有被拧紧，由于锚栓在柱脚水平反力作用下向外剪切外围混凝土的时候，此部分混凝土趋于上翘从而顶紧底板，相当于提供了预拉力)，但在实际工程中，这种夹紧力在大多数情况下不是一直存在的。

轻钢结构门式钢架中钢梁设计相关问题探讨

轻钢结构门式钢架中钢梁设计相关问题探讨

轻钢结构门式钢架中钢梁设计相关问题探讨摘要：轻钢结构门式钢架在工业建筑与民用建筑中的应用日趋广泛。

讨论了门式钢架设计时荷载取值、屋盖铰接问题、节点构造及屋面构造，并主要讨论了钢梁设计计算时应注意的细节问题。

关键词：门式钢架、钢梁、设计所谓轻钢结构门式钢架通常是指由冷弯薄壁型钢结构、热轧轻型钢结构、焊接或高频焊接轻型钢结构、轻型钢管结构、板壁较薄的焊接组合梁及焊接组合柱而构成的结构。

具有施工周期短、抗震性能好、宜于拆卸搬迁、综合经济效益好等优点。

正是由于门式钢架轻型房屋的诸多优点，而且随着近年来防火防腐新产品的不断出现，已较好地解决了轻钢结构抗腐蚀性差的缺点，使得它在工业厂房以及民用设施中获得了广泛的应用。

门式钢架轻型房屋的基本计算理论和普通钢结构基本相同，设计的主要依据为《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018-2002）和《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：202），以下仅对门市钢架中钢梁设计的若干问题进行探讨。

1、截面形式钢架梁、柱按截面类型可分为实腹式钢架及格构式钢架，前者梁、柱一般采用U 型实腹截面，其刚度较强，但其用钢量稍多；后者一般采用小截面角钢、钢管等构件组合的格构式梁、柱截面，其加工制作较为复杂，但用钢量较省，适用于大跨度钢架。

此外，钢架梁柱截面亦可采用蜂窝梁、蜂窝柱等空腹结构，但实际应用尚不多。

2、屋面活荷载的取值对于屋面结构荷载及荷载组合中的永久荷载，包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶等；可变荷载则包括屋面活荷载（设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载，其标准值为1kN）、屋面雪荷载和积灰荷载、风荷载等。

荷载组合一般应遵从《建筑结构荷载设计规范》（GB50009-2012）的规定，针对门式钢架的特点，规范给出下列组合原则：不上人的屋面均布活荷载可不与雪荷载和风荷载同时组合；积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布活荷载两者中的较大值同时考虑；多台吊车的组合应符合《建筑结构荷载设计规范》的规定；当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。

钢结构柱脚抗剪键设计探讨

钢结构柱脚抗剪键设计探讨作者：魏鹏来源：《中国科技纵横》2014年第10期【摘要】柱脚受剪破坏发生在混凝土基础中，不易发现且难以采取加固措施，所以在设计过程中提前做好柱脚的抗剪设计就显得非常重要。

【关键词】钢柱脚抗剪键二次灌浆钢结构设计中，结构上部荷载通过钢柱柱脚传递到基础，因此柱脚的设计能否可靠地传递上部荷载在整个结构的设计中起着至关重要的作用。

通常来说，柱脚的剪力可由以下几种方式来承担：①柱底板与混凝土基础见得摩擦力；②锚栓的栓杆抗剪；③柱脚底板的抗剪键；④柱外包混凝土。

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第8.4.13条明确规定：柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平反力，此水平反力由底板与混凝土基础间的摩擦力（摩擦系数可取0.4）或设置抗剪键承受。

而柱脚受剪破坏发生在混凝土基础中，不易发现且难以采取加固措施，所以在设计过程中提前做好柱脚的抗剪设计就显得非常重要。

1 柱脚压力的取值通常情况下，对于刚接柱脚，在设计过程中都仅仅考虑了柱脚的竖向力N而没有考虑弯矩M的作用。

其实，由于M的存在，将会使钢柱底一部分产生拉力T拉，一部分产生压力T 压，前者直接通过柱脚锚栓传给基础（锚栓看作为混凝土基础中的受拉钢筋），后者将会和竖向力N形成合力，增大钢柱底板与混凝土接触面上的摩擦力，所以此时公式中的摩擦力0.4N 可以考虑为0.4（N+T压）。

而在混凝土梁的正截面承载力计算分析中是不考虑混凝土抗拉的，所以根据力的平衡，在弯矩M作用下，作为受拉钢筋考虑的锚栓T拉=混凝土受压区的压应力T压，所以最终的结果将是通过比较0.4（N+T拉）与V来判断抗剪键的设置与否。

设计过程中将会有以下几种情况：①M=0，N>0，锚栓拉力T拉=0，接触面间的摩擦力f=0.4N；②M>0，N>0，但底板没有受拉区（小偏心），锚栓拉力T拉=0，接触面间的摩擦力f=0.4N；③M>0，N>0，底板存在受拉区（大偏心），锚栓拉力T拉>0，接触面间的摩擦力f=0.4（N+T拉）。

浅议钢结构柱脚抗剪键的设计

科 技
浅议钢 结构 柱脚抗剪键 的设 计
刘 劫
（ 大庆市城 乡规划编制研究 中心 ， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ０ ０ ０ ） 摘 要： 铜结构建筑物是 当前最为常见的一种建筑物 结构形 式， 钢柱脚是连接钢 结构 与混凝土之间的重要媒介 ， 主要承担 着上部 结 构所带来的承栽力 ， 因此钢柱脚 的设计合理与否直接 关 系到上部结构是否能够将 内力传递于此。钢结构柱脚抗 剪键的设计是 当前钢结构 设计者极其 重视的 问题 。本 文就钢结构柱脚抗 剪键 的设计进行分析 ， 以供 相关技术人 员参考。 关键词 ： 钢 结构 ； 钢柱脚 ； 抗剪键 ； 设计 推导出来 的抗剪键设计公式 ，抗剪键的设计埋深为 ５ ４ ｍ ｍ。而按 非 目前 ， 由于钢结构具有质轻 、 刚度 大 、 承载力好等优点而受到业 线性设计 ， 推导出来的抗剪键设计公式 ， 抗剪键 的设计 埋深为最 小 界人士 的认可与青 睐 ， 也 正因为钢结构质轻 ， 导致在工程设计 过程 值为 ４ ２ ０ ａ ｒ ｍ， 最 大值 为 ４ ８ ５ ｍ ｍ， 通过 以上论述 ， 可以看 出 ， 基 于线性 中， 钢结构柱脚极容易受 到水平荷载的作用 ， 从 而产 生较 大的建立 。 理论计算得到 的抗剪键埋 深和基于非线性理论得 出的抗剪键埋 深 为 了使其具有抗 剪能力 ，越来越多 的设计者 开始 对钢柱脚进行 研 相差很大 ， 按线性理论计算的抗剪键埋深较小 ， 偏于不安全 ， 所以在 究， 目前 已有 了一定 的成绩 ， 柱脚锚栓是提 高结构抗剪能力 的重要 实际工程应用 中应该按非线性理论进行计算 ， 从而得出抗剪键的设 措施 ， 针对于此 ， 技术人员还提 出了相应 的设计公式来对其 进行合 计埋深应该取值为 ４ ５ ０ ｍｍ。 理分析 ， 但是从我 国现行 的规 定制度来看 ， 柱脚锚栓并不 能够用于 ５ 抗 剪 键 设计 技 术 抗剪的分析当中， 因此我们只能够在其 中设置抗剪键或者是增加底 抗剪键 的设置还需要在基础 中设置预 留槽 ， 大型柱脚地 板还需 板与混凝 土之间的摩擦力来提高其抗剪能力 。 要设 置灌浆孑 Ｌ ， 所以施工 比较困难 ， 二次灌浆不容易密室 ， 养护工作 ２ 在 水 平 力 作 用 下钢 柱 脚 的 影 响 不容易开展 ， 为 了让抗剪键承受更 大的水平剪力 ， 必须要求施 工单 般来说 ， 我们在对钢柱脚进行施 工时 ， 会在基础短柱 的顶部 位确保施工质量 ， 即灌浆时要把灌浆材 料充满预 留槽 ， 从而保 证抗 预 留相应 的沟槽 ， 等 到柱 安装 完成之后 ， 我们需要在预 留的沟槽 中 剪键 与混凝土之 间的有效传力 ， 也可以在柱脚底板上 开设 ８ ０ ｍ ｍ的 设计抗剪键 ， 然后在采用灌浆材料来灌注沟槽 ， 此时 ， 抗剪键与混凝 排气孔 ， 方便排气 ， 从而提高整个 系统 的抗剪能力。 为了让抗剪键更 土之间就会 紧密 的联 系 ， 我们 在考虑钢柱脚 的抗剪能力 时 ， 还需要 好地承担水平荷载 ， 抗剪键应该尽 量宽而短 ， 在满 足安装要求 的基 将混凝土的性 能与作用考虑在其 中。 础上二次灌浆层 的厚度应 该尽量薄 ， 这样一来 ， 无 论从施工 角度和 在水平力作用下 ， 底板会将水 平力直接传递 给抗 剪键 ， 最后再 设计角度都 比较经济且合理。 由抗剪键传递给周边 的混凝土 ， 此 时， 如果剪力过大 ， 那么抗剪键就 源于抗剪 键与混凝 土是不可分割 的整体 ， 所 以应该 考虑抗剪键 会逐渐弯曲 ， 并将其压力 直接传递给混凝土。 也就是说 ， 由于混凝土 和混凝土 的协 同工作 ， 为 了保证 这两者的有效协 同工作 ， 应该 在抗 的强度 小于钢材的强度 ， 在受到过大 的水平作用力 的影响时 ， 那么 剪键与柱脚底板之问进行相应的衔接 ， 从而避免 了抗剪键先于混凝 柱脚就会出现裂缝 ， 最终导致 建筑 的底板 以及抗剪键周边 的混凝土 土 遭 到破 坏 。 出现变形 的情况 ， 此 时抗 剪键的强度也就 明显 降低 ， 最终 造成坍塌 确定 了抗 剪键 的理论埋 深之后 ，还需要考 虑柱脚的受力状态 ， 等不 良后果 。因此在对钢柱脚进行施工的过程中 ， 施工人员首先需 并且 以此为依据进行 相应地调整 ， 当柱脚处于压剪状态 时 ， 源于双 要考虑到其埋设深度 ， 这样才 能够从根本上避免上述情况的发生。 向压力作用于混凝土上 ， 所 以其抗压强度的提高会增加抗剪键 的抗 除此之外 ， 施工人员还应该 注意到的是 ， 抗 剪 键 的抗 剪 能 力 主 剪键性能 ， 这时可以适 当地缩小抗剪键 的设计埋深 。 反之 ， 当柱脚处 要取决于钢柱脚 的拉剪状态 ， 因此 ， 如果钢柱脚受到剪力的作 用 ， 那 于拉剪状态 时，其抗压强度的减 弱则会 降低抗 剪键 的抗 剪性 能 ， 可 么不可避免的也会 受到一定 的拉力作用 ， 这 就对抗剪键 的设置提 出 以适当地放大抗剪键 的设计埋深。另外 ， 抗剪键 的设计埋深还与抗 了更高 的要求。 剪键的截面有效 回转半径 、 抗剪键与混凝土相对刚度 的抵抗惯性矩 ３ 柱 脚 水 平 反 力 的 传 递 方式 以及抗剪键承担 的剪力大小 等诸多 因素有关。 当前我 国严禁 采用柱脚锚栓来提高其抗剪能力 ， 因此我们 可以 显然 由于地震时的情况较为复杂 ， 再加上荷 载组合情况的变化 采用设 置抗 剪键或者增加地 面与混 凝土之间 的摩擦力 来提高其抗 系数较大 ，这样在计算 的过程中不可能考虑周 全所 有的受力 状态 ， 剪能力 。其 中在施 工过程 中， 通过增加底板 与混凝土之 间的摩擦力 更别提进行详 细计算 了，所 以施 工人员应 该根 据 自身的实践 经验 ， 是最 简单的一种方法 ， 但是在施工之前 ， 我们需要确保 钢柱脚具有 对 一 些 重 要 的 构架 设 置 柱 脚 抗 剪 键 。 虽 然 利用 抗 剪 键 传 递水 平 力 ， 较 大的压力 ， 这 样才能够承受建立与拉力 ， 因此这一方 式并不能够 构造简单 ， 受力明确 ， 有效方便 ， 与此 同时也会增加设计和施工 的工 将水平 反力 传递到基础部分 当中 ， 无法满 足设 计要 求 ， 因此我们在 作量 ， 但是 ， 为了保证整个工程的施工质量 ， 这种增加又是忽略不计 实际工作中最常用的方法也就是在钢柱脚 的底板设置抗剪键 ， 而我 的 ， 为 了达到提高抗剪键设计 效率的 目的 ， 希望有关部 门制 定相应 们一般会采用方刚或者 Ｈ型钢来作为抗剪键进行设计与施工。 的规 定 和 要 求 。 ４抗剪键的设计方法 结 束 语 过去 ， 施工人员一般会在 钢柱脚底部设置抗 剪键 ， 这样虽然可 在实际工作 中， 钢结构柱脚抗剪键 的设计一 直是设 计人员头疼 以克服基础部分与顶部 之间摩擦力不足 的问题 ， 但是 如果抗剪键埋 的问题 。 通过上述 ， 相信设计人员 已有 了一定的了解 ， 在设计钢结构 设 的深 度不足 ， 东阳会导致柱脚 的水平承 载力 过小 ， 最 终无法提高 柱脚抗剪键的过程 中， 设计人员首先需要分析其水平力作用 以及水 钢结构柱脚的抗剪 能力 。为 了避免这一问题的发生 ， 我们在施工过 平反力 的传 递 ， 然后 在根据实际情况来设置埋设深 度 ， 尽 量避免基 程 中将抗剪键与混凝土两个部分有机 的结合起来 ， 然后根据现行弹 顶之间摩擦力不足的问题 。以此来提高工程 的抗剪能力。 性 以及非线性来 了解混凝 土的应力与应变之 间的关系 ， 最 后再 采取 参考文献 有效 的措施来对抗剪键进行设计 。 ［ １ 慷 介莲． 柱脚锚栓抗剪性能分析 山东建材， ２ ０ ０ ８ （ ５ ） ： ９ ５ — １ ８ ２ ． 设计案例 ： 假设钢结构柱脚的地板设计轴压力是 ２ ５ ｋ Ｎ， 设计剪 【 ２ ］ 黄 崇为， 朱善春， 王大领 ． 『 ］ 式 刚架设计 中柱脚抗剪键 的设 置 科 力是 １ ８ ０ ｋ Ｎ， 基础混凝± 的强度等级为 Ｃ ２ ５ ， 确定抗剪键的尺寸。首 技 创 新 导报 ， ２ ０ ０ ９ （ ３ ） ： ３ ０ — ３ １ ． 先 ，需 要验 算摩 擦 力是 否 满 足钢 结构 的规范 要 求 ，即 ｆ ＝ ２ ５ ０× ［ ３ 】 张昭云． 关于门式轻钢 结构柱底抗 剪键设置 的探讨叽 有 色金 属设 ０ ． ４ ＝ ｌ Ｏ ０ ｋ Ｎ＜Ｖ ＝ Ｉ ８ ０ ｋ Ｎ，也就是指柱 脚地板和混凝土 间的摩擦 力小 计 ， ２ ０ １ ０ （ ２ ） ： ２ ８ — ３ ４ ． 于设计剪力 ， 不 满足规范要求 ， 应该设置抗剪键 。按线性 弹性设计 ，

门式刚架设计中的柱脚抗剪键设置

钢 结 构 论 坛本栏目由中华钢结构论坛w w w okok o rg协办话题:门式刚架设计中的柱脚抗剪键设置整理人:李志锋(asdf zxc)话题id:58885,84422,66506,107275,39951,117690, 118389,15853,21447,66506,15853,49118,8961 问题的提出老虎:用PKPM设计门式刚架,在画施工图时,经常在错误信息中出现需设抗剪键,此时是否应在基础上设抗剪键。

lflgx:设计一悬臂立柱,用STS工具箱中的 混凝土钢框架节点计算工具计算柱脚,选择的柱脚形式为刚接,为何程序计算后仍提示:需要设置抗剪键。

2 柱脚何时需要设置抗剪键qczl_2003:在铰接柱脚设计中,锚栓通常不能用来承受柱脚底部的水平剪力,而应由柱脚底板与其下部的混凝土或水泥砂浆之间的摩擦力来抵抗,但是当柱脚底部的剪力大于0 4倍的轴力时,需设抗剪连接件。

一般用角钢、槽钢、钢板来作抗剪键。

zshua:无论铰接还是刚接,只要剪力大于摩擦力时均需要设计抗剪键(!钢结构设计规范∀(GB50017-2003)(以下简称 钢规)不允许地脚锚栓抗剪)。

wangxiantie:当剪力较小时,可通过柱底板与混凝土之间的摩擦力抗剪。

但当剪力较大时,摩擦力不足以抵抗柱底剪力,此时需设抗剪键。

lczhou:!门式刚架轻型房屋钢结构技术规程∀(CECS102# 2002∀(以下简称 门规)第7 2 20条及 钢规第8 4 13条均规定:柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力,此水平剪力(Q)可由底板与混凝土基础间的摩擦力(F=0 4N)或设置的抗剪键承受。

所以,判断柱脚是否需设置抗剪键是根据其受力情况确定的,与柱脚的型式(铰接或刚接)无关。

通常单层门式轻型钢结构厂房的柱脚不论刚接或铰接均需设计抗剪键,因为厂房的自重较轻,在风荷载作用下可能会在柱脚产生上拔力及水平剪力,此时如柱脚没有抗剪键,柱脚锚栓为拉弯构件,对于由普通钢筋制成的锚栓是相当不利的。

浅谈门式刚架轻钢结构抗风柱的设计

１ 抗 风 柱 与 屋 面 梁 的 连 接 形 式
柱 的 剪 力 传 递 给 基 础 顶 面 而 在 基础 底 面产 生 的 弯矩 为 ８
Ｋ Ｎ ＊ ｍ， 偏 心距 只有 ０ ． １ ３ ｍ。 基 础 底 面平 均 压 力 ： Ｐ ｋ ： Ｆ ｋ ＋ Ｇ ｋ ／ Ａ ＜ ｆ ａ ＝ １ ５ ０ ｋ Ｐ ａ
察， 对 抗 风 柱 的设 计 和 计 算 有 以 下 几 点 认 识 ： 抗 风 柱 是 门 式 刚 架 轻 钢 结 构 山墙 处 的 主 要 构 件 ，其 作
用是 抵抗 山墙 的水平 风荷载 。 抗 风柱 的上端 与屋 面梁连 接 ，
下 端 设 置 单 独 的 基 础 ， 抗 风 柱 柱 顶 与 柱 脚 采 用 什 么 样 的 连 接方 式 ， 都会 影 响到屋 面梁 、 抗 风柱 基础 的受力 及设计 。
２ 抗 风 柱 的 柱 脚 连 接 形 式 钢 柱 的 柱 脚 连 接 分 为 刚 接 和 铰 接 两 种 形 式 。 而 对 门 式
分布 发生 变化 ， 底部 存在 很大 的 由风荷 载产 生的抵 抗弯矩 。 柱 脚 的 弯 矩 传 递 给 基 础 ，造 成 基 础 承受 很 大 的偏 心距 ｅ （ ｅ ＝ Ｍｋ ／ Ｆ ｋ ＋ Ｇ ｋ） ， 且 为 满 足 《建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 》 （ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ ０ ７ — ２ ０ １ １ ） 基 础底 面无 零 应 力 区 的要 求 ， 基 础 平 面 尺
应力 叠加 对抗 风 柱 的计算 来 说既 增加 了计算 工作 量 ， 又可
能会使 抗风 柱截 面加大 。 采用 弹簧垫板 连接 。 在 抗 风 柱 的 顶 端 与 屋 面 梁 采 用 弹簧
础底 面的力 矩值 ； Ｗ 为基 础底 面的抵抗 矩 。 按照 《 建筑地 基基 础设计 规范 》 （ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ ０ ７ — ２ ０ １ １ ） ， 满 总 基
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弯矩 M、剪力 V、轴力 N、柱脚底板反力 D 及锚栓的拔力 T, 从而为柱底真正的摩擦力
提供了计 算依据。由于求得 了锚栓 的拔力
T, 因此也解决了按柱脚铰接方法无法验算
锚栓强度的问题。
( 2) 柱脚抗剪验算
柱脚底板和基础间的摩擦力:
F= D 柱脚剪力应满足:
V# F 当不满足上 式时, 应在柱 脚加设 抗剪
K = EntA e ( et + ec ) 2 = EntA e ( et + ec ) 2
L
2L a
( 7b)
由上式可得程序计算中的锚栓长度为:
式中
L = 2La
( 8)
L a & 为锚栓锚固长度, 按 混凝土结
构设计规范 ( GB50010- 2002)
计算。
求得锚栓 计算长 度后, 用 SAP2000 程 序建立单榀框架模型, 即可求得柱脚相应的
对昆明汽车厂维修分厂改造 ( 中华汽 车 4S店 ) 门式轻钢结构单榀框架的柱脚进 行了抗剪连接件的计算。荷载如下: 恒载和 活载 均 为 0 3kN /m2, 风 载 为 0 30kN /m 2, 荷载组合: 1 2 恒 + 1 4 ∀ 0 85 ( 活 + 风 )。 计算结果: 柱底剪力 V = 33 4kN, 轴力 N = 29 89kN, 摩擦力 F = 0 4 ∀ 29 89= 11 96kN < V = 33 4kN, 需设抗剪键。 L 形的钢板条 厚 12mm, 计算焊 缝总长 ∗ LW = 30mm, 实 际设置抗剪连接件焊缝总长 ∗ LW = 240mm。 该工程 2004年初开工, 2004 年底建成投入 使用, 至今已 5a, 使用情况良好。
地应用, 已逐步发展成为工程建设的主要结 构体系, 广泛应用于大跨度工业厂房、展览 馆、仓库、商场等建筑中。
门式轻钢结构在采用 PKPK 系列 ST S程 序进行计算时, 往往要求门式轻钢结构的钢 柱底必须设置抗剪键。抗剪键的主要作用是 承担门式刚架柱脚传来的剪力, 该抗剪键一 般是用角钢或槽钢焊在钢柱脚的底板上, 焊
水平抗剪 要求 承载 力 Vtb = 0 4 (N +
T a ) )V
E = M s ( 偏心矩 ) N
式中 L t & 由受拉侧底板边缘至受拉锚栓
中心的距离;
L & 柱底板总长度;
X n& 底板受压区的长, 按下式计算。
X
3 n
+
3
( e- L /2)
X
2 n
-
6nA
a n
B
( e + L /2- L t )
考虑柱脚抗弯刚度, 根据计算不设抗剪 键。由于 PKPK 系列中 ST S程序在柱脚的设 计中不能考虑柱脚抗剪连接件的设置, 故计 算程序要改用 SAP2000。
( 1) 柱脚内力计算 根据参考文献∃1%, 图 1所示外露式柱脚
第 2期
张昭云: 关于门式轻钢结构柱底抗剪键设置的探讨
33
的抗弯刚度为:
4 结语
进行门式轻钢结构柱脚抗剪验算时, 应 考虑柱脚转动约束对其抗剪承载能力提高的 影响, 可以大大减少柱脚抗剪键的设置。根 据对多个已建成投入使用的门式轻钢结构工 业厂房的设计项目进行跟踪, 反馈回来的信 息为: 一般情况下, 没有吊车荷载的门式轻 钢结构柱脚抗剪, 在考虑柱脚转动约束的情 况下, 基本都不需要设置抗剪键; 有吊车荷
K ey w ord s: Door- sty le light stee,l steel co lum n base, shear key
1 概述
门式轻钢结构是近 20年来国内工业与 民用建筑中常用的一种结构形式。该结构形 式具有造型轻巧、外形美观、自重轻、造价 低、跨度大、抗震性好、施工速度快、构件 标准化率 高、利于 工业化大 规模生产 等特 点, 在现代的各类建筑中得到了越来越普遍
ec; ( 柱脚转动刚度由锚栓抗拉刚度提供。 计算柱脚弯矩, 首先要确定锚栓计算长
度 L, 计算如下: 锚栓变形:
d
=
+ ec )
( 3)
锚栓提供的底板转动刚度:
K = dM = dT ( et + ec ) = EA ( et + ec ) 2
d
d
L
( 4)
式中
A = ntA e
( 5)
A & 为受拉侧锚栓的总面积;
nt & 为受拉侧锚栓个数;
A e& 为受拉侧一个锚栓的有效截面面
积。
将式 ( 5) 代入式 ( 4) 可得:
K = EntA e ( e t + ec ) 2
( 6)
L
令式 ( 6) 与式 ( 1) 相等, 即:
K =Kb
( 7a)
门式刚架柱脚如图 1所示的铰接连接, 具有 一定的转动约束, 可传递部分弯矩, 如果考 虑柱脚转动约束, 将会极大地提高柱子的组 合轴力, 可以不设或少设门式刚架柱脚板上 的抗剪键。在实际工程设计中, 可按以下设 计方法对门式刚架柱底板抗剪键的设置进行
设计。
2 2 抗剪键的设计方法
2 2 1 设计方法一
* 收稿日期: 2010- 03- 01 作者简介: 张昭云 ( 1964- ) , 男, 贵州人, 工程师, 主要从事建筑结构设计工作、监理工作、工程总承包项目 管 理工作.
32
有色金属设计
第 37卷
缝强度由计算确定。施工时, 一般是在混凝 土基础顶面预留剪力坑, 柱就位后再进行二 次灌浆, 施 工相当困 难, 灌浆 也极为 不方 便, 既影响施工进度, 又很难保证二次灌浆 的质量, 而且预留剪力坑时, 常常同基础拉 梁的钢筋相冲突, 造成设计人员在现场处理 该问题时, 往往是左右为难, 难以继续进行 施工。为此, 有必要对门式刚架柱脚板上抗
焊抗剪件也只有少量地增加, 但极大地加快
了施工进度, 方便了施工, 减少了施工单位
措施费的投入, 较为经济实用。
3 工程实例
3 1 采用方法一的实例 对昆明宝龙汽车有限公司现代汽车展厅
及维修中心门式轻钢结构单榀框架的柱脚进 行计 算。荷 载 如 下: 恒 载 和 活 载 均 为 0 3kN /m2, 风载为 0 30kN /m2, 荷载组合: 1 2恒 + 1 4 ∀ 0 85 (活 + 风 ) 。经计算柱脚 完全刚接 时, 右 柱弯矩 M = 32 81kN + m, 采用本文方法一计算得右柱弯矩为 M = 18 56kN+ m, 两者比值为 0 57。此比值介 于文献 ∃2% 提 出的 != 0 55 ~ 0 75 范 围 ( 考虑柱脚转动约束时, 柱脚弯矩与柱脚完 全刚接时柱脚弯矩的比值 ) 。因此按此简化 方法计算柱脚弯矩符合工程要求。经计算右 柱脚摩 擦力为 37 15kN, 右柱 脚剪 力值 为 15 95kN, 柱脚摩擦力 大于对应 的剪力 值, 可不设抗剪键。该 工程 2003年 开工, 2004 年建成投入 使用, 至今已 5a, 使 用情况良 好。 3 2 采用方法三的实例
34
有色金属设计
第 37卷
(L - L t- X n ) = 0 也可按经验取 X n = 60。
2 2 3 设计方法三
不考虑柱脚抗弯刚度, 根据计算设置抗 剪键。抗剪键一般是用角钢或槽钢焊在钢柱 脚的底板上, 焊缝强度由计算确定, 该方法 在前面已叙述, 施工极不方便, 实际工程设 计时可采用图 2的方法设置抗剪连接件, 即 在混凝土基础四边先预埋钢板, 待钢柱吊装 就位后, 再用 L 形的钢板条 将钢柱底 板同 预埋钢板连接起来。见图 2。
关键词: 门式轻钢结构; 钢柱脚; 抗剪键 中图分类号: TU 392 5 文献标识码: B 文章编号: 1004- 2660( 2010) 02- 0031- 05
D iscussion on Setup of Shear K ey in D oor- Style L ight S teel C olum n B ase
ZHANG Zhao- yun
( Yunnan Huakun Eng ineering Co. , L d. , K unm ing 650051, China)
Abstract: In v iew of the prob lem s and conflicts occurred in the construction after setting the shear key in door- sty le light steel co lum n base, the ana lysis and ca lculation on the force bearing situation of the shear key in door- sty le light stee l co lumn base w ere carried ou,t and 3 design schem es about considering or w ithout regard to the f lexura l striffness o f the co lum n base, w hich no t on ly m eets the design requirem ents, but m akes the construction m ore convenien.t
一般采用非刚接形式, 将柱子固定于混 凝土基础上, 为铰接 点, 仅传 递剪力 与轴 力, 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 ( CECS102!2002 ) 第 7 2 20条规定: 柱脚 锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此 水平剪力可由底板与混凝土基础间的摩擦力 ( 摩擦 系数可取 0 4) 或 设置抗 剪键承 受。 计算柱脚锚栓的受拉承载力时, 应采用螺纹 处的有效截面。摩擦力 按照公式 F = ∀N 确定 (N 为柱子 的组合 轴力, 为摩 擦系 数, 一般取 = 0 4) , 验算公 式为: V # F 时 ( V 为柱脚水平反力 ), 可以不设抗剪键; 当 V > F 时, 应在柱底板设置抗剪键。笔者 根据自己的设计经验, 并参考国内外的有关 资料 ( 如文献 ∃1%、文献 ∃2% ) 认为, 实 际上