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二手钢结构刚性固定钢柱脚的三大方法


 
  一、钢柱柱脚情势的分类
刚性固定柱脚:
1)埋入式柱脚;
2)外包式柱脚;
3)插入式柱脚;
铰接柱脚:
外露式柱脚;

  二、埋入式柱脚
2.1、基本概念:
所谓埋入式柱脚是指将钢柱底端直接埋入混凝土基本筏板、地基梁或地下室墙体内的一种刚性连接的柱脚。其特点是埋入绝对自身绝对刚性的基本中而形成刚性固定柱脚节点。这种柱脚结构坚固,常用于高层二手钢结构框架柱的柱脚。
2.2、埋入式柱脚的受力特点
(1)柱的轴向压力N,由钢柱的柱脚底板直接传递给钢筋混凝土基本;柱的轴向拉力,则是通过柱脚底板悬出局部将其上部混凝土的反向压力传递给基本,或经过锚栓(底脚螺栓)直接传给基本。
(2)柱的弯矩M有两种传递方法:

  A、均由H型钢柱翼缘上的抗剪圆柱头焊钉传递给基本,在实际工程设计中大多采取该方法。(也有研究说:该情势的柱脚中栓钉的作用不大,内力的传递重要是下述方法。)

  B、依附钢筋混凝土对钢柱翼缘的侧向承压力所产生的抵抗拒来传递给基本。
(3)柱脚顶部的水平剪力V由钢柱翼缘与基本混凝土侧向承压力来传递。
因为目前还不才干考虑的有利因素如下:
(4)钢柱翼缘与基本混凝土在侧向承压应力状况下,因为钢柱翼缘与混凝土摩擦而产生的抵抗力,设计时不考虑。
(5)钢柱翼缘与基本混凝土之间的粘结作用设计时不考虑。
(6)在判断埋入钢柱周边对称配置的垂直纵向钢筋面积时,不考虑由钢柱承担的弯矩。
埋入式柱脚的埋深与结构示用意如下:
2.3、埋入式柱脚个别结构请求及局部细部设计盘算
2.3.1、埋入式柱脚的钢柱埋入基本的深度个别可能在以下范畴内采取(hc为钢柱截面的高度或管径):

  A、轻型工字钢截面柱: H=(2.0~2.5)hc;

  B、圆管形截面柱跟箱型截面钢柱:H=(2.5~3.0)hc。
2.3.2、埋入式柱脚,在钢柱埋入局部的顶部,应设置水平加劲肋或横隔板;对H型截面柱,其水平加劲肋外伸宽度的宽厚比应不大于9(235/fay)½;对箱型截面柱,其内部横隔板的宽厚比应不大于30(235/fay)½;
2.3.3、埋入式柱脚在钢柱的埋入局部,应设置圆柱头抗剪栓钉,栓钉的数量跟安排,应按盘算请求判断。H型截面柱强轴左右两侧的翼缘、箱型截面柱两轴的每侧、圆管形截面柱两轴的每侧(90度扇面),其栓钉数量不宜小于8φ16,栓钉水平跟竖向中心距均不应大于200mm,栓钉竖向中心距不宜小于6d,横向间距不宜小于4d,栓钉名义面至钢柱翼缘侧边的间隔不应小于20mm;栓钉的直径不应小于φ16(常用φ19),栓钉长度宜取4~6倍栓钉直径。
2.3.4、埋入式柱脚钢柱脚底板的长跟宽,按柱的轴力依据下式盘算判断,同时应满意结构请求;N / (L*B) ≦ fc (N为柱轴力,fc为混凝土轴心抗压强度设计值);个别钢柱脚底板的厚度不小于钢柱较厚板件厚度,且不小于20mm,同时应合乎下式请求:t≥(6Mmax/f) ½.(式中,Mmax―依据钢柱脚底板与基本间的压应力跟钢柱脚底板的支承前提所判断的柱脚底板的大弯矩。)
2.3.5、钢柱脚底板当须要锚栓固定时,锚栓的锚固深度应不小于25d;锚栓个别仅作装置固定之用。二手钢结构造价差不多是在300左右每平方的价格,比新钢便宜了接近三分之一到二分之一,这其中相差的金钱还是非常大的。
2.3.6、钢柱脚埋入局部的外围混凝土内应配置竖向钢筋以形成暗柱,暗柱截面可为钢柱边长加300mm,其配筋率应不小于0.2%,竖向钢筋沿周边的间距应不大于200mm,四根角筋的直径应不小于φ20,每边旁边的附加钢筋应不小于φ16,箍筋个别取φ10@100,凑近基本顶面应增设三道φ12@50加强箍筋,竖向钢筋应锚入柱脚底板下不少于35d。
柱脚一侧竖向钢筋(主筋)的截面面积As应按下式验算:
As = M / (d*fsy) ; M=M1+V*h
式中: M ―作用于钢柱柱脚底部的弯矩设计值;
M1 ―作用于钢柱埋入处顶部的弯矩设计值;
V ―作用于钢柱埋入处顶部的水平剪力设计值;
h ―钢柱的埋深;
d ―受拉侧与受压侧竖向钢筋协力点间的间隔;
fsy ―钢筋的抗拉强度设计值;

  三、外包式柱脚
3.1、基本概念:
所谓外包式柱脚是指将钢柱底板放置基本面上,再由基本伸出钢筋混凝土短柱将钢柱柱脚浇筑包裹住成为一个整体。如下图所示:
3.2、外包式柱脚的受力特点
(1)柱的轴向压力N,由钢柱的柱脚底板直接传递给钢筋混凝土基本;柱的轴向拉力,则是通过柱脚底板悬出局部跟锚栓传给基本。
(2)柱的弯矩由钢柱翼缘的栓钉传递给包脚钢筋混凝土短柱,并由钢筋混凝土短柱传递至基本。因此,在外包式柱脚中栓钉起着重要的传力作用。同时,短柱配筋由弯矩的大小决定,然而在盘算短柱垂直纵向主筋的配置时,不考虑钢柱承担的内力。
(3)包脚处顶部的水平剪力由包脚混凝土跟短柱箍筋独特承担。栓钉起着重要的传力作用。
3.3、外包式柱脚个别结构请求及局部细部设计盘算
3.3.1、钢柱柱脚外包混凝土短柱的高度个别可能在以下范畴内采取(hc为钢柱截面的高度或管径):

  A、轻型工字钢截面柱: H=(2.0~2.5)hc;

  B、圆管形截面柱跟箱型截面钢柱:H=(2.5~3.0)hc。
3.3.2、外包式柱脚钢柱在短柱的顶部,同样应设置水平加劲肋或横隔板;对H型截面柱,其水平加劲肋外伸宽度的宽厚比应不大于9(235/fay)½;对箱型截面柱,其内部横隔板的宽厚比应不大于30(235/fay)½;
3.3.3、外包式柱脚钢柱在混凝土短柱局部,应设置圆柱头抗剪栓钉,栓钉的数量跟安排,应按盘算请求判断。H型截面柱强轴左右两侧的翼缘、箱型截面柱两轴的每侧、圆管形截面柱两轴的每侧(90度扇面),其栓钉数量不宜小于8φ16,栓钉水平跟竖向中心距均不应大于200mm,栓钉竖向中心距不宜小于6d,横向间距不宜小于4d,栓钉名义面至钢柱翼缘侧边的间隔不应小于20mm;栓钉的直径不应小于φ16(常用φ19),栓钉长度宜取4~6倍栓钉直径。
栓钉数量盘算公式如下:
n≥Nf/Nv ; Nf=M/hc; Nv=0.43As(Ec*fc) ½ ≤0.7As*γ*f;
上式中各符号的含意:
n ―实际盘算所需栓钉少数量;
Nf ―因为弯矩M的作用,在混凝土内部钢柱单侧翼缘产生的轴向压(拉)力;
M ―作用于钢柱包脚顶部的弯矩;
hc ―包脚钢柱的截面高度;
Nv ―一个圆柱头焊接栓钉受剪承载力设计值;
As ―一个圆柱头栓钉截面面积;
Ec ―混凝土的弹性模量;
fc ―混凝土的轴心抗压强度设计值;
f ―栓钉所用资料的抗拉强度设计值;
3.3.4、外包式柱脚钢柱脚底板的长跟宽,按柱的轴力依据下式盘算判断,同时应满意结构请求;N / (L*B) ≦ fc (N为柱轴力,fc为混凝土轴心抗压强度设计值);个别钢柱脚底板的厚度不小于钢柱较厚板件厚度,且不小于20mm,同时应合乎下式请求:t≥(6Mmax/f) ½.(式中,Mmax―依据钢柱脚底板与基本间的压应力跟钢柱脚底板的支承前提所判断的柱脚底板的大弯矩。)
3.3.5、钢柱脚底板固定锚栓个别仅作装置固定之用,锚栓的锚固深度应不小于25d。
3.3.6、外包式钢柱脚翼缘外侧混凝土维护层的厚度不应小于200mm,短柱的截面可为钢柱边长加200mm,其配筋率应不小于0.2%,竖向钢筋沿周边的间距应不大于200mm,四根角筋的直径应不小于φ20,每边旁边的附加钢筋应不小于φ16,箍筋个别取φ10@100,凑近基本顶面应增设三道φ12@50加强箍筋,竖向钢筋应锚入柱脚底板下不少于35d。
柱脚一侧竖向钢筋(主筋)的截面面积As应按下式验算:
As = M / (d*fsy) ; M=M1+V*h
式中: M ―作用于钢柱柱脚底部的弯矩设计值;
M1 ―作用于钢柱埋入处顶部的弯矩设计值;
V ―作用于钢柱埋入处顶部的水平剪力设计值;
h ―钢柱的埋深;
d ―受拉侧与受压侧竖向钢筋协力点间的间隔;
fsy ―钢筋的抗拉强度设计值;

  四、插入式柱脚
4.1、基本概念:
所谓插入式柱脚是指将钢柱脚插入混凝土杯口基本内,采取二次浇灌微膨胀细石混凝土固定,其结构简单,节俭钢材,保险坚固,施工便利等优点。插入式柱脚个别仅用于单层二手钢结构产业厂房,不适合高层建造二手钢结构。
4.2、插入式柱脚的受力特点
其受力特点同外包式柱脚,仅是施工顺序有别。
4.3、插入式柱脚个别结构请求及局部细部设计盘算
除其混凝土杯口结构有别外,其它基本跟外包式柱脚类似。二手钢结构造价差不多是在300左右每平方的价格,比新钢便宜了接近三分之一到二分之一,这其中相差的金钱还是非常大的。
4.4、高杯口基本短柱结构
高杯口基本短柱的纵向钢筋,除满意盘算请求外,还应满意下列结构请求:
4.4.1、短柱四角纵向钢筋的直径不宜小于20mm,并延长至基本底板的钢筋网上。大吨位吊车的双肢柱短柱四角纵向钢筋的直径不宜小于25mm
4.4.2、短柱长边的纵向钢筋,当长边尺寸小于1000mm时,其钢筋直径不应小于12mm,间矩不应大于200mm,当长边尺寸大于或即是1000mm时,其钢筋直径不应小于16mm,间距不应大于200mm,且每隔一米左右伸下一根并作150mm的直钩支承在基本底部的钢筋网上,其余钢筋锚固至基本底板顶面下la处。二手钢结构造价差不多是在300左右每平方的价格,比新钢便宜了接近三分之一到二分之一,这其中相差的金钱还是非常大的。
4.4.3、短柱短边每隔200mm应配置直径不小于16mm的纵向钢筋,且每边的配筋率不少于0.05%短柱的截面面积。
4.4.4、短柱中的箍筋直径不应小于8mm,间距不应大于150mm;当抗震布防烈度为8度跟9度时,箍筋直径不应小于8mm,间距不应大于100mm;在凑近短柱顶面处应增设三道加强箍筋3Φ10@50。
4.4.5、短柱顶面焊接钢筋网:当短柱长边尺寸小于或即是1000mm时,其钢筋直径不应小于12mm;当短柱长边尺寸大于1000m
  M、小于1500mm时,其钢筋直径不应小于14mm;当短柱长边尺寸大于1500m
  M、小于2000mm时,其钢筋直径不应小于16mm。
4.4.6、对H型截面钢柱,其插入深度个别可在(2.0~2.5)倍柱截面高范畴内采取。实腹式钢柱采取插入式柱脚的埋入深度,不得小于钢柱截面高度的2倍;同时应满意《建造抗震设计标准》9.2.13条盘算式:d≥(6M/bf*fc)½的请求。[式中d——柱脚埋深;M——柱脚全截面屈从时的限弯矩;bf——柱在受弯方向截面的翼缘宽度;fc——基本混凝土轴心受压强度设计值]
4.4.7、高杯口基本的杯壁厚度t依照《建造地基基本设计标准》(GB 50007--2002)表8.2.6取值。
4.4.8、钢柱(包含双肢钢柱)与高杯口基本的连接,应合乎上述第4.4.6条插入深度的划定。杯壁厚度合乎上述第4.4.7条的划定且合乎下列前提时,杯壁跟短柱配筋,可按上述第4.4.1~4.4.5条的结构请求进行设计。
(1)、起重机起分量小于或即是75t,轨顶标高小于或即是14m,基本风压小于0.5kPa的产业厂房,且基本短柱的高度不大于5m.;
(2)、起重机起分量大于75t,基本风压大于0.5kPa,且合乎下列表白式(对截面短轴而言,钢筋混凝土短柱的刚度大于即是插入钢柱刚度的十倍):
E2* I2 / E1* I1≥10
式中:
E1---钢柱的弹性模量;
I1---钢柱对其截面短轴的惯性矩;
E2---短柱的钢筋混凝土弹性模量;
I2---短柱对其截面短轴的惯性矩。
4.4.9、当不合乎第4.4.8条结构配筋前提的请求时,钢筋混凝土短柱应按盘算请求配筋,其受力侧纵筋单边配筋率应不小于0.2%,箍筋应沿短柱全长加密为@100,箍筋直径不小于φ8(七度以上抗震布防不小于φ10)

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