外露式刚接柱脚计算书

1、外露式刚接柱脚计算书 项目名称 _ 日 期 _ 设 计 _ 校 对 _ 一、柱脚示意图 二、基本参数 1依据规范 钢结构设计规范(GB 50017-2003) 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102:2002) 2柱截面参数 柱截面高度 hb =500mm 柱翼缘宽度 bf =500mm 柱翼缘厚度 tf =14mm 柱腹板厚度 tw =14mm 3荷载值 柱底弯矩 M=350kN?m 柱底轴力 N=500kN 柱底剪力 V=50kN 4材料信息 混凝土 C25 柱脚钢材 Q235-B 锚栓 Q235 5柱脚几何特性 - 1 - 底板尺寸 a75mm c100mm bt85mm lt

2、75mm 柱脚底板长度 L=800mm 柱脚底板宽度 B=800mm 柱脚底板厚度 t=30mm 锚栓直径 d=39mm 柱腹板与底板的焊脚高度 hf1 =10mm 加劲肋高度 hs=210mm 加劲肋厚度 ts=10mm 加劲肋与柱腹板和底板的焊脚高度 hf2 =10mm 三、计算过程 1. 基础混凝土承压计算 （1） 底板受力偏心类型的判别 Llt?=800/6+75/3=158.333mm 63 M偏心距 e?=3501000/500=700mm N 根据偏心距e判别式得到： abs(e)>(L/6+lt/3) 底板计算应对压区和拉区分别计算 （2） 基础混凝土最大压应力和锚栓拉力

3、 a. 0?e?L/6 锚栓拉力 Ta?0 N?max?(1?6e/L) LB b.L/6?e?(L/6?lt/3) 锚栓拉力 Ta?0 2N?max? 3B(L/2?e) c. e?(L/6?lt/3) 若d<60mm 则： N6?M?max? 2B?LB?L N6?M?min? B?LB?L2 柱脚底板的受压区长度 xn?max?L ?max?min 若d?60mm则： 解下列方程式得到柱脚底板的受压区长度xn ： a6nAe32xn?3(e?L/2)xn?(e?L/2?lt)(L?lt?xn)?0 Ba其中，Ae为受拉区锚栓的有效面积之和，n=Es/Ec。 - 2 - 2N?(e?

4、L/2?lt) B?xn(L?lt?xn/3) N?(e?L/2?xn/3)锚栓拉力 Ta? L?lt?xn/3 综上解得： 基础混凝土的最大压应力 ?c?max?4.88 N/mm2?lfc=11.9 N/mm2 柱脚底板的受压区长度 xn476.19mm 锚栓拉力 Ta=405.045kN 2. 锚栓的强度校核 柱脚中部的锚栓主要起到安装定位作用，承受拉力较小，忽略其抗拉贡献。 锚栓直径 d=39mm 锚栓有效面积 Aea=976mm2 aQ235锚栓抗拉强度 ft=140N/mm2 ?max? 锚栓拉应力(考虑20%的锚栓强度富裕量): 1.2?Taa22=1.2405.0451000/

5、(4976)=124.501 N/mm =140N/mm ?t?fta4?Ae 3. 水平剪力计算 V=50kN 0.4?(N?Ta)=362.01kN V<0.4(N+Ta) 不需设置抗剪键 4. 底板厚度计算 柱腹板、翼缘与加劲肋分割底板，形成若干板块区。 （1）受压侧底板厚度计算 a. 中部三边支承板块区： b2/a2=185/480=0.38 若b2/a2 ?，则? ?=0.041 24.88(476.19-800/2)/ M2?c?(xn?L/2)/xn?a2=0.041 476.19480210-3 kN?mm/mm 否则， 24.88(476.19-800/2)/ M2?0

6、.05?c?(xn?L/2)/xn?b2=0.05 476.19185210-3 kN?mm/mm 解得 M2=7.5kN?mm/mm b. 压区三边支承板块区： b2/a2=150/200=0.75 若b2/a2 ?，则? ?=0.091 24.88200210-3 kN?mm/mm M2?c?a2=0.091 否则， - 3 - 24.88150210-3 kN?mm/mm M2?0.05?c?b2=0.05 解得 M2=17.96kN?mm/mm c. 压区两边支承板块区： b2/a2=116.51/238.17=0.48 若b2/a2 ?，则? ?=0.058 24.88238.172

7、10-3 kN?mm/mm M2?c?a2=0.058 否则， 24.88116.51210-3 kN?mm/mm M2?0.05?c?b2=0.05 解得 M2=16.14kN?mm/mm d. 中部四边支承板块区： b3/a3=472/198=2.38，?=0.125 24.88(476.19-800/2)/ M2?c?(xn?L/2)/xn?a3=0.125 476.19198210-3 =3.82kN?mm/mm 上述计算中，若有负值则略去，得到的最大弯矩值M2max为17.96kN?mm/mm。 由压区确定的底板厚度t?6?M2max=22.93mm。 f （2）受拉侧底板厚度计算

8、单个螺栓的拉力 Nta?Ta/3=405.045/3=101.261kN 按照力扩散宽度3.5?1.5?a/L计算，若大于板块边缘长度则取板边缘长度。 a. 两边支撑板： P1a3 板1的竖向位移 u1? 3EI1 P2c3 板2的竖向位移 u2? 3EI2 P1I1c3 由u1?u2得 ?3 P2I2a 又P1?P2?P，得 - 4 - I1?c3?P P1?33I1?c?I2?a I2?a3?P P2?33I1?c?I2?a 因此，区格板边缘线弯矩 P?aM1?1 l1 P?cM2?2 l2 Mmax=maxM1，M2 6?Mmax=29.92mm t?f b.三边支撑板：（注：按连续梁比

9、拟板的特性） 3P1c板1的竖向位移u1? 24EI1P2a3 板2的竖向位移u2? 3EI2 PI1a3 1由u1?u2得?8?3 P2I2c 又P1?P2?P，得 8?I1?a3?P P1?I2?c3?8?I1?a3 I2?c3?P P2?33I2?c?8?I1?a 因此，区格板边缘线弯矩 P?c/4 M1?1 l1 P?aM2?2 l2 Mmax=maxM1，M2 - 5 - 6?Mmax=18.81mm f 由拉区确定的底板厚度t=29.92mm。 综合底板拉区与压区的计算结果，取底板厚度t=30mm。 5. 柱与底板焊缝:翼缘采用完全熔透的坡口对接焊缝，腹板采用双面角焊缝。 角焊缝焊

10、脚高度 hf1 =10mm 翼缘与底板对接焊缝面积 AF=tf Bf =7000mm2 腹板与底板角焊缝面积 Aeww=0.7hf1(hb-2tf-2hf1) 2=6328mm2 N= 24.596N/mm2 ?Nc?(2AF?Aeww) MM2=105.815N/mm ?Mc?3WeFh?tb?t22?(ff?bf?tf?(bf)2?)6hb2hb V= 7.901N/mm2 ?v?Aeww 验算翼缘连接焊缝 ?f?Nc?Mc=24.596+105.815=130.411N/mm2?f=215N/mm2 验算腹板连接焊缝 t? ?fs?(?Nc2w)?(?v)2=21.654N/mm2?ff

11、?160N/mm2 ?f 6. 锚栓支承加劲肋计算 (1) 加劲肋强度验算 c?btVi1?(c?ts?)?(L?hb)/2?c=153.808 kN 2 Vi2?(a?lt)/2?hb/2)?(B?bf)/2?c?(xn?L/4)/xn=84.96 kN Nta=101.261kN 锚栓拉力近似由两道焊缝承担，以此考虑锚栓拉力对焊缝的作用 Vimax?maxVi1,Vi2,Nta=153.808kN 正应力 若 Vi1?Vi2 或 Nta>Vi2 ?M? 否则 Vimax?(a?lt)=153.8081000(75+75)/（2(210-15)210/6） 22（?hs?15）?ts/

12、6 Vimax?(B?bf)=153.8081000(800-500)/（4(210-15)210/6） 24（?hs?15）?ts/6?M? ?M=182.022N/mm2 Vimax剪应力 ?v?= 153.8081000/(210-15)/10 =78.876N/mm2 （hs?15）?ts 折算应力 ?equ?M?3?v?227.588N/mm2?1.1f?236.5N/mm2 - 6 - 22 (2) 加劲肋宽厚比验算 bs(L?hb)/2235=(800-500)/2/10=15?18=18 ?fytsts (3) 翼缘端部与加劲肋采用对接焊缝，翼缘侧与加劲肋采用角焊缝hf2=10mm 加劲肋与底板的焊缝应力： 若 Vi1?Vi2 或 Nta>Vi2 ?Nc? 10-15) 否则 Vimax=153.8081000/(20.710(75+75-22?0.7?hf2?(a?lt?2?hf2?15) Vimax=153.8082?0.7?hf2?(B/2?bf/2?2?hf2?15) (800/2-500/2-210-15) w解得 ?Nc=95.533?1.22ff?195.2N/mm2 加劲肋与柱的焊缝应力： 若 Vi1?Vi2 或 Nta>Vi2 ?Nc?1000/(20.710 ?V?