柱脚锚栓计算

Annex2:FormofSubmissionforJCPLBestPractice徐丽惠(Submityourcontribution(Annex2formandsoftcopyoftheproposal)viaemailtokmd@)徐丽惠Author倡)/作者：徐丽惠Originator:Dept/部门：设计部TitleofSubmission/题目:钢结构柱脚锚栓计算方法A.TypesofSubmission/类型：(/Pleasetick1ofthesubmissiontype/请选择其中一项)B.Category/专业分目:(/Cantickmorethan1field/可多选)口ResearchPapers/研究报告口DesignResources&Details/设计资源及细节/Procedures/过程V口Forms&templates/表格及样本口Others/其它ByDiscipline:Architectural 口QuantitySurveying/aaiciiiieciuiai k«,一 VCivil 口Masterplanning:Structural 口Others: , ^^:Mechanical Management口ElectricalByProjectPhases:口Business 口AuthoritySubmission口Development口Construction口Design &口PostConstructionDocumentation口OthersSynopsis/摘要:关于钢结构柱脚锚栓的计算方法Keywords/关键词：柱脚 锚栓计算方法Contents/内容：见附件F.DateofSubmission/上交日期： G.SignatureofOriginator/作者签名:8/10/2003钢结构柱脚锚栓计算方法设计部结构工程师徐丽惠裕廊国际顾问（苏州）有限公司苏州工业园区215021关键词：柱脚锚栓计算方法一、前言钢结构柱脚锚栓的计算方法在我国1974年的《钢结构设计规范》（TJ17-74）第78条中有明确规定，但在修订后的《钢结构设计规范》（GBJ17-88）中，取消了这一条，为什么呢？我认为有两个原因：（一），考虑到这是一个普通的力学计算问题，不必在规范中作出明确的规定；（二），对于钢结构柱脚锚栓计算方法较多，拘于一种计算显然不合适。锚栓的计算是结构设计中经常遇到的问题，同样也是十分重要的问题，有些设计者甚至把它当作是钢结构设计中最重要的问题之一，因此，科学、合理地计算锚栓是十分必要的，本文从此观点出发，针对曾在设计过的工程应用实例中，列举出工程中较常用的几种锚栓计算方法，供设计人员今后钢结构设计时参考。 'I -4—、-1-一、计算方法工程实例：以下内力用于柱脚锚栓的计算：N=530.0KN M=335.0KN*m e=M/N=0.632m钢筋混凝土基础采用C20，其轴心抗压强度设计值fc=10N/mm2弹性模量Ec=25.5x103N/mm2，不计局部受压时混凝土强度的提高。锚栓抗拉强度设计值fta=140N/mm2, ，钢材弹性模量：E=206x103N/mm2柱脚底板尺寸：宽度b=460mm长度d=800mm

方法一：弯矩平衡法柱脚为刚性柱脚，底板与混凝土基础顶间的应力分布为线性分布，见图1.1—1■1。m=N/bd+6M/bd2=530x103/460x800+6x335x106/460x8002=1.44+6.83=8.27N/mm2。mi「N/bd-6M/bd2=530x103/460x800-6x335x106/460x8002=1.44-6.83=-5.39N/mm2受压区长度E。ma/。ma"。mij 1'=800x8.27/(8.27+5.39)=484.33mm由£Mc=0得锚栓拉力T:T(d0-x/3)+N(d/2-x/3)=M式中：d=d-c锚栓中心线到受压区底板边的最大距离。T=M-N(d/2-x/3)/(d0-x/3) (1.2)=[335x106-530x103(800/2-484.33/3)]/(700-484.33/3)=387.26x103N=387.36KN每边设有两个锚栓，每个锚栓所需的有效面积为：A=T/2七=387.2x103/2x140=1387.07mm2选用2M48,每个M48锚栓的有效面1473.00mm2>1387.07mm2,满足要求。本方法中，由于受压长度x以由1.1式给出，因而只需求解锚栓拉力T一个未知量，但是平面平行力系的静力平衡条件应有两个，此方法只满足了一个平衡条件SMc=0，而不满足另一个平衡条件NY=0，即：C丰N+TC=1/2x。mbx=1/2x8.27x460x484.33=921.24KNN+T=530+387.26=917.26KN乏C=921.24KN因此，修订后的《钢结构设计规范》(GBJ17-88)中，取消了该条，认为应由设计者自行判断。本方法的优点：1.单一未知数，求解简单。结果偏于安全。3.我国1974年的《钢结构设计规范》(TJ17-74)曾把1.2式列入，因此，应用较为广泛。本方法的缺点：1.不符合平面平行力系的两个静力平衡条件。结果偏大，对于锚栓直径较大者略显不合理。方法二：力与弯矩平衡法此法把受压区长度x和锚栓拉力T当作两个未知量，而使底板下的。max=fc,计算简图仍采用图1.1-1,由平面平行力系的两个平衡条件求得：£Y=0 C=N+T=1/2xfcbx (2.1)530x103+T=1/2x10x460x£Mt=0 1/2xfbx(d0-x/3)=M+N(d/2-c) (2.2)1/2x10x460x(700-x/3)=335x106+530x103(800/2-100)由2.2式求得x:x=371.74mm将x代入2.1式中得：T=1/2x10x460x371.74-530x103=325.0KN每边设有两个锚栓，每个锚栓所需的有效面积为：Ae=T/2fta=325.00x103/2x140=1160.71mm2选用2M45,每个M45锚栓的有效面积为1306.00mm2>1160.71mm2,满足要求。本方法的优点：1.解一个联立方程，求解简单。由两个静力平衡条件求得，结果合理。多为美国等国采用，因此有着较广的认可度。本方法的缺点：对于锚栓直径较大者仍不尽合理。方法三：引进平面应变假定，符合两个静力平衡条件。假设°max,x,T三个未知量，这种方法来源于钢筋混凝土结构的弹性设计，把锚栓当作钢筋。计算简图见图3.1-1。由平面应变关系得知：8/8=(d-c-x)/x=(d0-x)/x而□=E8,□=E8因此有：。/。=E/E(d0-x)/x=m(d0-x)/x (3.1)式中：m=E/Ec 钢材与混凝土弹性模量之比；d0=d-c 锚栓中心线到受压区底板边的最大距离。SY=0C=N+T=1/2。bx (3.2)£Mt=0 1/2。bx(d°-x/3)=M+N(d/2-c) (3.3)由3.2式和3.3式消去。c得：T(d0-x/3)=M-N(d/2-x/3)T=[M-N(d/2-x/3)]/(d0-x/3) (3.4)令：x=ad°, 。=fa由3.2式和3.3式消去。c得：a2(3-a)/(1-a)=6m[M+N(d/2-c)J/bdj。=B即：a2(3-a)/(1-a)=6m[M+N(d/2-c):/bd02f^a=B (3.5)对本例：m=E/E=206X103/25.5X103=8.08B=6m[M+N(d/2-c)]/bd02fta=6X8.08[335X103+530(800/2-100)]X103/460X7002X140=0.759将B代入3.5式中，求得a：a=0.413因此：x=ad0=0.413X700=289.10mm将x代入3.4式中，求得锚栓拉力T:T=[M-N(d/2-x/3)]/(d0-x/3)=[335X103-530(800/2-289.10/3)](700-289.10/3)=288.33KN每边设有两个锚栓，每个锚栓所需的有效面积为：Ae=T/2七=288.33X103/2X1401029.75mm2选用2M42,每个M42锚栓的有效面积为1121.00mm2>1029.75mm2,满足要求。本方法也是罗邦富等人编著的《钢结构设计手册》第235页要求的，当锚栓直径d>60mm时，考虑锚栓与混凝土的弹性性质的计算方法。本方法的优点：1.从力学上讲，本方法前两种方法更为合理。本方法求得锚栓的有效面积最小。本方法用于锚栓直径较大者更尽合理。在罗邦富等