型钢埋入式柱脚刚性固定

软件主要针对型钢混凝土埋入式刚性柱脚节点，计算主要遵循钢结构连接节点设计手册（第二版）及钢骨混凝土结构设计规程（YB 9082-2006）中的相关条文及规定。钢结构连接节点设计手册（第二版）中埋入式柱脚相关技术内容，主要针对钢柱做埋入式柱脚节点。设计注意事项刚性固定埋入式柱脚时直接将钢柱埋入钢筋混凝土基础或基础梁的柱脚。其埋入办法：一是预先将钢柱脚按要求组装固定在设计标高上，然后浇灌基础或基础梁的混凝土；另一种是预先按要求浇灌基础或基础梁的混凝土，在浇灌混凝土时，按要求留出安装钢柱脚用的插入杯口，待安装好钢柱脚后，再用混凝土强度等级比基础高一级的混凝土灌实。通常情况下，前一种方法对提高和确保钢柱脚和钢筋混凝土基础或基础梁的组合效应或整体刚度有利，所以在工程实际中多被采用。在埋入式柱脚中，钢柱的埋入深度是影响柱脚的固定度、承载力和变形能力的重要因素，而且有时对于中柱、边柱和角柱，其埋入深度也不尽相同，这就需要选择易于进行钢筋混凝土补强的埋入深度来处理。为防止钢柱的局部压屈和局部变形，在钢柱向钢筋混凝土基础或基础梁传递水平力处压应力最大值的附近，设置水平加劲肋是一个有效的补强措施；对箱型截面柱和圆管形截面柱处设置水平加劲肋的环形横隔板外，在箱内和管内浇灌混凝土也将获得良好的效果。为防止基础或基础梁中混凝土早期的压坏和剪坏，应配置补强钢筋，合理地确定钢柱周边的钢筋混凝土保护层厚度及其配筋是很重要的。在中柱、边柱和角柱中，其钢筋混凝土保护层厚度有时是不尽一致，特别在边柱和角柱的柱脚中，对没有设置基础梁的一侧，钢柱翼缘面处的钢筋混凝土保护层厚度；中柱不得小于 180mm；边柱、角柱的外侧不宜小于 250mm。配置在钢柱埋入部分中的钢筋，出基础或基础梁应有的配筋外，尚应在钢柱周边增设补强垂直纵向主筋、架立筋、箍筋、顶部加强箍筋、基础梁主筋在钢柱埋入部分水平方向弯折处的加强箍筋。在整体框架的内力分析时，对柱脚部分的刚度和刚度区域应留有一定的富裕量，刚度区域的高度应比基础或基础梁混凝土顶面高出 1.2 倍的钢柱截面高度。一般构造要求在埋入式柱脚中，钢柱埋入基础或基础梁的深度 ，一般可在以下范围内采用。对轻型工字形柱：对大型截面 H 型钢柱和箱型截面柱和圆管形截面柱：其中 为钢柱的截面高度或管径。对边柱和角柱的钢柱埋入深度，尚应符合下文中的具体要求。埋入式柱脚钢柱脚底板的长度、宽度和厚度，通常是根据柱的轴心压力确定，同时应满足构造上的要求。一般钢柱脚底板的厚度不宜小于钢柱的较厚板件厚度，且不宜小于 20mm。根据埋入式柱脚内力的传递特点，钢柱脚的锚栓一般仅作安装过程固定之用。因此，锚栓的直径，通常是根据其与钢柱板件厚度和底板厚度相协调的原则来确定，一般可在 2042 的范围内采用，且不宜小于20mm。铰接柱脚，锚栓的数目常采用 2 个或 4 个，同时应与钢柱的截面形式、截面大小，以及安装要求相协调。锚栓应设置弯钩，或锚板，或锚梁，其锚固长度不宜小于 （ 为锚栓直径）。柱脚底板的锚栓孔径，宜取锚栓直径加 510mm；锚栓垫板的锚栓孔径，取锚栓直径加 2mm。垫板的厚度取与柱脚底板厚度相同。在柱安装校正完毕后，应将锚栓垫板与底板焊牢，其焊脚尺寸不宜小于 10mm；锚栓应采用双螺母紧固；为防止螺母松动，螺母与锚栓垫板宜进行点焊。在埋设锚栓时，一般宜采用锚栓固定架，以确保锚栓位置的正确。当轴心压力较大，有必要设置加劲肋时，加劲肋的尺寸、厚度及其与底板和钢柱板件的连接焊缝，应按相关要求确定。加劲肋（加劲板）、锚栓支承加劲肋、锚栓支承托座加劲肋，以及锚栓支承托座顶板，与柱脚底板和柱子板件等均采用焊缝连接。其焊缝形式和焊脚尺寸一般可按构造要求确定；当角焊缝的焊脚尺寸满足时 ，可参考下表采用。垂直设置的一般加劲肋（加劲板）的强度及其与柱板件和柱脚底板的连接、锚栓支承加劲肋或锚栓支承托座加劲肋的强度及其与柱板件和柱脚底板的连接，可近似地按下列公式计算，同时连接焊缝尚应符合前文中所示的“柱脚加劲肋等与底板和柱子板件连接的焊缝形式和焊脚尺寸参考表” 中的构造要求，且加劲肋的宽度和厚度之比（ ）不宜超过 。参数说明： 为加劲肋或锚栓支承加劲肋或锚栓支承托座加劲肋的高度；为加劲肋或锚栓支承加劲肋或锚栓支承托座加劲肋的厚度；为连接角焊缝的有效厚度，对直角角焊缝等于 ；为角焊缝计算长度，对每条角焊缝取其实际长度减去 ；为角焊缝抗拉、抗压和抗剪强度设计值，按上文中表格确定；为抗剪强度设计值，根据计算点处钢板材质、厚度不同而取不同数值，按上文表格中数值采用；为作用剪力，按以下情况采用：对一般加劲肋（加劲板），应取其承受底板下混凝土基础的分布反力按悬臂支承得到的剪力，即：参数说明： 为加劲肋所承受的底板区格长度；为加劲肋所承受的底板区格宽度；对锚栓支承加劲肋或锚栓支承托座加劲肋，应取其承受底板下混凝土基础的分布反力按悬臂支承得到的剪力和锚栓拉力所产生的剪力两者中的较大者，即：参数说明： 为单侧锚栓布置数目。焊于钢柱埋入部分的抗剪圆柱头栓钉，应按下文中具体要求确定。但对 H 形截面柱强轴左右两侧的翼缘、箱形截面柱两轴的每侧、圆管形截面柱两轴的每侧（90 度扇面），其圆柱头栓钉数目不宜小于 816；栓钉杆长度可在 的范围内采用（ 为栓钉直径）；圆柱头栓钉直径可在13、16、19、22 中采用，通常采用 16和 19。在钢柱向钢筋混凝土基础或基础梁传递水平力处压应力最大值的附近，应对钢柱采取以下的补强措施。（1）对 H 形截面柱应在腹板的两侧成对设置水平加劲肋，水平加劲肋的厚度一般宜等于或大于钢柱翼缘的厚度，加劲肋的宽度和厚度之比（ ）不宜超过 ；其连接焊缝宜根据发挥加劲肋的强度（ ）来确定，通常加劲肋与钢柱翼缘的连接多采用对接焊缝，与腹板的连接焊缝多采用双面角焊缝，焊脚尺寸不宜小于 8mm。（2）对箱型截面柱和圆管形截面柱除在箱内和管内设置水平加劲环形隔板外，尚应在箱内和管内浇灌与基础或基础梁相同强度等级的混凝土；填充混凝土的高度，应比箱外或管外基础或基础梁混凝土顶面高出。水平加劲环形隔板的厚度，一般宜等于或大于钢柱腹板的厚度，环形隔板的内环直径不应小于 80mm；环形隔板与钢柱的连接，可采用坡口对接焊缝或单面角焊缝，焊脚尺寸不宜小于 8mm。（3）必要时，可在柱内水平加劲肋或水平加劲隔板的对应位置增设柱外水平加劲肋，并将基础梁纵向主筋与柱外水平加劲肋相互焊接。埋入式柱脚钢柱的钢筋混凝土保护层厚度，应按以下要求确定。（1）对在钢柱四边均设有基础梁的中柱，钢柱翼缘外侧面的钢筋混凝土保护层厚度不宜小于 180mm，同时应满足补强配筋和基础梁配筋设置的要求。（2）对边柱和角柱，在没有设置基础梁的一侧，钢柱翼缘外侧面的钢筋混凝土保护层厚度应符合下文中公式要求，且不宜小于 250mm。（3）虽是中柱，但当有的边没有设置基础梁时，可按边柱和角柱的情况来确定。为确保埋入的钢柱和钢筋混凝土基础或基础梁的整体性，在钢柱埋入处的配筋应符合以下的要求。（1）在埋入的钢柱四周所配置的垂直纵向主筋，应按下文具体要求确定，同时应符合最小含钢率（=0.2%）的要求，且其配筋不宜小于 422，并应在上端设置弯钩；垂直纵向主筋的锚固长度 （钢柱脚底板底面以下部分的埋置深度）不应小于 （ 为钢筋直径）；当垂直纵向主筋的中距大于 200mm 时，应增设直径为 16的垂直纵向架立筋；在埋入处的顶部应配置不少于 31250 的加强箍筋；一般箍筋为 10100。（2）在钢柱埋入处，基础梁的主筋必须固定在钢柱和垂直纵向主筋的外侧，并在基础梁主筋水平方向的弯折扩展处，配置 31250 的加强箍筋。（3）在角柱中或有必要时，在埋入的钢柱外围，有时尚应配置双层垂直纵向主筋和复合箍筋。细部设计计算基于埋入式柱脚内力传递的复杂性，因此在进行柱脚的细部设计计算时，通常采用以下的假定。（1）轴线压力 由埋入的钢柱柱脚底板直接传给钢筋混凝土基础或基础梁；（2）弯矩 的传递有两种方式：全部弯矩 由焊于埋入的钢柱翼缘上的抗剪圆柱头栓钉传给钢筋混凝土基础或基础梁；在实际工程设计中，多采用这种传递方式；全部弯矩 由埋入的钢柱的翼缘与基础或基础梁的混凝土承压力来传递；（3）柱脚顶部水平剪力 由埋入的钢柱的翼缘与基础或基础梁的混凝土承压力来传递；（4）不考虑埋入的钢柱的翼缘与基础或基础梁混凝土在承压应力状态下，由于钢柱翼缘与混凝土摩擦产生的抵抗力；（5）不考虑埋入的钢柱翼缘与基础或基础梁混凝土的粘结作用；（6）在确定埋入的钢柱周边对称配置的垂直纵向主筋的面积时，不考虑由钢柱承担的弯矩 。埋入的钢柱柱脚底板长度和宽度，可按下式确定，同时应满足构造上的要求。参数说明： 为底板下混凝土的轴心抗压强度设计值；为柱的轴心压力；、 为底板长度、宽度。埋入的钢柱的柱脚底板厚度，可按下式确定，同时不应小于柱中较厚板件厚度，且不宜小于 20mm。参数说明： 为根据柱脚底板下的混凝土基础反力和底板的支承条件，分别按悬臂板、三边支承板、两相邻支承板、四边支承板、周边支承板、两相对边支承板计算得到的最大弯矩，其值可按以下要求确定：对悬臂板：计算区格内底板下混凝土基础的最大分布反力，按上文中三种情况下对应计算可得；底板的悬臂长度。对三边支承板和两邻边支承板：计算区格内底板下混凝土基础的最大分布反力，按上文中三种情况下对应计算可得；计算区格内，板的自由边长度；对两邻边支承板，按下文表中示意的斜边长确定；与 有关的系数，按下表采用：注：当 时，按悬伸长度为 的悬臂板计算。对四边支承板：计算区格内底板下混凝土基础的最大分布反力，按上文中三种情况下对应计算可得（计算区格内，非整个底板的最大反力）；计算区格内，板的短边长度；与 有关的系数，按下表采用：对圆形周边支承板：计算区格内底板下混凝土基础的最大分布反力，按上文中三种情况下对应计算可得（计算区格内，非整个底板的最大反力）；圆形板的半径。对两对边支承板：计算区格内底板下混凝土基础的最大分布反力，按上文中三种情况下对应计算可得（计算区格内，非整个底板的最大反力）；两相对边支承板的跨度。为钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值，根据计算点处钢板材质、厚度不同而取不同数值，按下文表格中数值采用：埋入的钢柱与底板的连接焊缝，可近似地根据柱轴心压力的大小，按下列要求计算确定：对无加劲肋的柱脚，当沿 H 形截面柱周边采用角焊缝连接时，其强度应按下列公式计算：参数说明： 、 为作用于柱脚处的轴心压力、水平剪力；为沿柱截面周边的角焊缝的总有效截面面积；为柱腹板处的角焊缝的有效截面面积；为正面角焊缝的强度设计值增大系数：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的直角角焊缝，取 ；对直接承受动力荷载的直角角焊缝，取 ；对斜角角焊缝，不论承受静力荷载或动力荷载，均取 。为角焊缝抗拉、抗压和抗剪强度设计值，按下表确定：对无加劲肋的柱脚，当 H 形截面柱翼缘采用完全焊透的坡口对接焊缝，而腹板采用角焊缝连接时，其强度可近似地按下列公式计算：参数说明： 为柱单侧翼缘的截面面积。对无加劲肋的柱脚，当沿柱周边采用完全焊透的坡口对接焊缝时，可视焊缝与柱截面时等强度的，不必进行焊缝强度验算。通常情况下，柱脚底板与柱下端的连接焊缝，无论有无加劲肋，可按无加劲肋进行计算。当加劲肋与柱和底板的连接焊缝质量有可靠保证时，也可采用底板与柱下端和加劲肋的连接焊缝的截面性能进行计算。埋入的钢柱柱脚的固定锚栓，一般仅做安装固定之用，锚栓的直径选择和设置要求等应符合上文中的构造要求。考虑弯矩由焊于埋入的钢柱翼缘（外侧）的抗剪圆柱头栓钉传递，每侧翼缘需要的圆柱头栓钉数目，应按下式计算，同时且不宜小于 816。参数说明： 为由于弯矩 的作用，在埋入的钢柱单侧翼缘产生的轴向压力，可按下式计算：为作用于钢柱埋入处顶部的弯矩；为埋入的钢柱的截面高度；为一个圆柱头栓钉受剪承载力设计值，应按下式计算，也可按表采用：为圆柱头栓钉钉杆的截面面积；为混凝土的弹性模量；为混凝土的轴心抗压强度设计值，按前文中表格确定；为圆柱头栓钉所用钢材的抗拉强度设计值。当柱脚内力的传递没有特殊的要求，也不做特殊的处理时，钢柱的埋入深度和钢柱翼缘外侧面的钢筋混凝土保护层厚度，应按以下要求确定。（1）钢柱埋入基础和基础梁的深度 ，一般可在以下范围内采用。对轻型工字形柱：对大型截面 H 型钢柱和箱型截面柱和圆管形截面柱：其中 为钢柱的截面高度或管径。对边柱或角柱的埋入深度，应同时符合下列公式（a）、（b）的要求。（2）埋入式柱脚钢柱翼缘外侧面的钢筋混凝土保护层厚度 ，应按以下情况确定。对中柱：保护层厚度 ，同时尚应满足补强配筋和基础梁配筋的设置要求。对边柱和角柱：钢柱的埋入深度 和保护层厚度 ，应同时符合下列公式（a）、（b）的要求，且不宜小于 25cm。（a）（b）参数说明： 为钢柱的埋入深度（cm）；为钢柱的截面高度（cm），对圆管形截面柱，取 （管径）；为钢柱的截面宽度（cm），对圆管形截面柱，近似取 ；为钢柱的翼缘厚度（cm），对圆管形截面柱为管壁厚度；为钢柱的钢筋混凝土保护层厚度（cm）；为柱子钢材的屈服强度（kN/cm 2）；为基础或基础梁混凝土的轴心抗压强度标准值（kN/cm 2），可按前文表格中查得。埋入式柱脚的钢柱受压侧翼缘处的基础或基础梁混凝土的受压应力，应符合下列要求：参数说明： 为作用于钢柱埋入处顶部的弯矩；为作用于钢柱埋入处顶部的水平剪力；为钢柱的埋入深度；为相当于埋入的钢柱翼缘宽度和钢柱埋入深度的混凝土截面的模量，可按下式计算：为混凝土的轴心抗压强度设计值；为钢柱的翼缘宽度。设置在埋入的钢柱四周的垂直纵向主筋，应分别在垂直于弯矩作用平面的受拉侧和受压侧对称配置。此时可近似按下式计算：参数说明： 为作用于钢柱脚底板的弯矩，按下式计算：为柱脚的设计弯矩；为柱脚的设计剪力；为受拉侧与受压侧纵向主筋合力点间的距离；为钢筋抗拉强度设计值。对双向受弯的柱脚，其两方向的垂直纵向主筋也应在双轴对称配置。此时可近似地分别根据各向的作用弯矩公式计算所需要的钢筋面积进行配置。顶部加强箍筋、一般箍筋及其他构造钢筋，应按前文中的构造要求确定。附：锚栓参数：钢骨混凝土结构设计规程（YB 9082-2006）中埋入式柱脚相关技术内容，主要针对劲性柱柱脚节点。钢骨混凝土柱脚分为埋入式和非 埋入式柱脚。在抗震设防的结构中宜优先采用埋入式柱脚。当有地下室，且柱中钢骨延伸至基础顶面时，抗震结构也可以采用非埋入式柱脚。柱钢骨底板形式及锚栓的配置方法可按下图采用。埋入式柱脚应符合下列要求：1 柱钢骨在基础中的埋深应按下文规定进行计算，且要求：当采用轻型工字钢截面钢骨时，不得小于柱钢骨截面高度的 2 倍；当采用大截面工字形截面、十字形截面和箱型截面钢骨时，不得小于柱钢骨截面高度的 2.5 倍。2 钢骨底板的锚栓埋深不得小于 25 倍锚栓直径（弯钩长度在外），锚栓应埋在柱脚底部的混凝土中。3 在钢骨埋入部分的顶部，应设置水平加劲肋或隔板。加劲肋或隔板的截面和宽厚比应符合规范中关于塑性设计的规定。若钢骨为钢管，且混凝土在钢管内可浇筑至基础顶部以上 1 倍钢管截面高度时，埋入部分的顶部可不设加劲肋或隔板；或在钢管外周做封闭加劲肋。4 埋入式柱脚在基础中的埋深范围内，钢骨周边应设置栓钉，栓钉直径不小于 19mm，水平及竖向中心距不大于 200mm，且栓钉至钢骨板材边缘的距离不大于 100mm。当有可靠依据时，可按计算确定栓钉数量。5 埋入式柱脚中钢骨的最小混凝土保护层厚度不应小于 250mm，边柱和角柱外侧的混凝土保护层厚度不应小于 400mm。埋入式柱脚的钢骨伸入基础的埋置深度 应满足下式的要求：参数说明： 为基础顶面柱钢骨部分承担的弯矩设计值，可取 ；为钢骨的受弯承载力；为基础顶面柱钢骨部分