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钢结构连接抗震要求(五)外包式柱脚

钢结构连接抗震要求(五)外包式柱脚

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外包式柱脚设计规定


高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ 99-2015第8.6.3条 外包式柱脚的设计应符合下列规定:


1 柱脚轴向压力由钢柱底板直接传给基础,按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010验算柱脚底板下混凝土的局部承压,承压面积为底板面积。
  

2 弯矩和剪力由外包层混凝土和钢柱脚共同承担,按外包层的有效面积计算(图8.6.3-1)。柱脚的受弯承载力应按下式验算:

图片[8.6.3-1]

式中:M——柱脚的弯矩设计值(N·mm);
          As——外包层混凝土中受拉侧的钢筋截面面积(mm2);
          f——受拉钢筋抗拉强度设计值(N/mm2);
          h0——受拉钢筋合力点至混凝土受压区边缘的距离(mm);
          M1——钢柱脚的受弯承载力(N·mm),按本规程第8.6.2条外露式钢柱脚M1的计算方法计算。
    

3 抗震设计时,在外包混凝土顶部箍筋处,柱可能出现塑性铰的柱脚极限受弯承载力应大于钢柱的全塑性受弯承载力(图8.6.3-2)。柱脚的极限受弯承载力应按下列公式验算:


图片
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图8.6.3-1 斜线部分为外包式钢筋混凝土的有效面积
1-底板
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图8.6.3-2 极限受弯承载力时外包式柱脚的受力状态
1-剪力;2-轴力;3-柱的反弯点;4-最上部箍筋;5-外包钢筋混凝土的弯矩;6-钢柱的弯矩;7-作为外露式柱脚的弯矩
图片[8.6.3-5]

    式中:Mu——柱脚连接的极限受弯承载力(N·mm);
          Mpc——考虑轴力时,钢柱截面的全塑性受弯承载力(N·mm),按本规程第8.1.5条的规定计算;
          Mu1——考虑轴力影响,外包混凝土顶部箍筋处钢柱弯矩达到全塑性受弯承载力Mpc时,按比例放大的外包混凝土底部弯矩(N·mm);
          l——钢柱底板到柱反弯点的距离(mm),可取柱脚所在层层高的2/3;
          lr——外包混凝土顶部箍筋到柱底板的距离(mm);
          Mu2——外包钢筋混凝土的抗弯承载力(N·mm)与Mu3之和;
          Mu3——钢柱脚的极限受弯承载力(N·mm),按本规程第8.6.2条外露式钢柱脚Mu的计算方法计算;
          α——连接系数,按本规程表8.1.3的规定采用;
          fyk——钢筋的抗拉强度最小值(N/mm2)。

Mu3极限承载力计算方法参照钢结构设计手册下册(第四版) 相关设计要求。


图片


4 外包层混凝土截面的受剪承载力应满足下式要求:

图片[8.6.3-6]

图片[8.6.3-7]

图片[8.6.3-8]

    式中:V——柱底截面的剪力设计值(N);
          Vu——外包式柱脚的极限受剪承载力(N);
          be——外包层混凝土的截面有效宽度(mm) (图8.6.3-1b);
          ftk——混凝土轴心抗拉强度标准值(N/mm2);
          ft——混凝土轴心抗拉强度设计值(N/mm2);
          fyv——箍筋的抗拉强度设计值(N/mm2);
          fyvk——箍筋的抗拉强度标准值(N/mm2);
          ρsh——水平箍筋的配箍率;ρsh=Ash/bes,当ρsh>1.2%时,取1.2%;Ash为配置在同一截面内箍筋的截面面积(mm2);s为箍筋的间距(mm)。


构造措施

1、超50m的钢结构的刚性柱脚宜采用埋入式柱脚。当三、四级抗及非抗震时,也可采用外包式刚性柱脚。


2、《钢标》GB 50017-2017第 12.7.7.1条外包式柱脚底板应位于基础梁或筏板的混凝土保护层内;外包混凝土厚度,对H形截面柱不宜小于160mm,对矩形管或圆管柱不宜小于180mm,同时不宜小于钢柱截面高度的30%;混凝土强度等级不宜低于C30;柱脚混凝土外包高度,H形截面柱不宜小于柱截面高度的2倍,矩形管柱或圆管柱宜为矩形管截面长边尺寸或圆管直径的2.5倍;当没有地下室时,外包宽度和高度宜增大20%;当仅有一层地下室时,外包宽度宜增大10%。


3、组合结构设计规范 JGJ 138-2016第6.5.18 型钢混凝土偏心受压柱,其非埋入式柱脚型钢底板厚度不应小于柱脚型钢翼缘厚度,且不宜小于30mm。


4、组合结构设计规范 JGJ 138-2016第6.5.19 型钢混凝土偏心受压柱,其非埋入式柱脚型钢底板的锚栓直径不宜小于25mm,锚栓锚入基础底板的长度不宜小于40倍锚栓直径。纵向钢筋锚人基础的长度应符合受拉钢筋锚固规定,外围纵向钢筋锚入基础部分应设置箍筋。柱与基础在一定范围内混凝土宜连续浇筑。


思考与总结

1、外包式柱脚的首层柱计算长度算至哪里?【 外包混凝土是钢柱的支座还是与钢截面共同工作的即类似干SRC柱(劲性混凝土柱)的一种柱脚?】


童根树老师在《外包式柱脚解剖分析》文中给出了答案:


(1)外部柱脚中栓钉能够促使外包混凝土与钢柱共同工作,故设计时应尽量多布置栓钉,布置栓钉的另一个好处是,增加了从钢柱向外包层扩散轴力的能力.使柱底混凝土局部承压的负担减轻。栓钉使外包层获得轴力,改善了混凝土外包层的抗剪强度,推迟外包层剪切斜裂缝的开展。


(2)当在钢柱表面布置足量栓钉外,包高度满足相关要求,使外包层内的剪力小于外剪力,即可使外包式柱脚更接近SRC柱。


(责任编辑:何雯丽)



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[责任编辑:Susan]

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