第7章 柱脚

2020/3/4柱脚—钢结构基础钢结构2020/3/4柱脚第7章钢结构的连接和节点构造§7.1钢结构对连接的要求及连接方法§7.2焊接连接的特性§7.3对接焊缝的构造和计算§7.4角焊缝的构造和计算§7.5焊接残余应力和焊接残余变形§7.6普通螺栓连接的构造和计算§7.7高强度螺栓连接的性能和计算§7.12柱脚设计习题及思考题2020/3/4柱脚§7.12柱脚设计柱脚类型概述轴心受压柱的柱脚例题7-16压弯构件的柱脚例题7-172020/3/4柱脚§7.12柱脚设计1、柱脚的作用：传力并连接基础。2、构造：与计算简图符合刚接柱脚：支承式、埋入式、外包式铰接柱脚：支承式（外露式）设计原则是：传力明确、经济合理、安全可靠，并具有足够的刚度且构造又不复杂。2020/3/4柱脚2020/3/4柱脚柱脚的型式和构造刚接柱脚-支承式§7.12.1轴心受压柱的柱脚不能转动2020/3/4柱脚柱脚的型式和构造铰接柱脚型式：1、轴承式柱脚制作安装复杂，费钢材，但与力学符合较好。枢轴§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚2、平板式柱脚混凝土的强度远比钢材低，必须把柱的底部放大，以增加其与基础顶部的接触面积XYN靴梁隔板底板隔板锚栓柱N小焊缝传力N较大柱端铣平直接传力加工困难、底板厚N较大设靴梁、隔板隔板提高底板抗弯能力§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚锚栓用以固定柱脚位置，沿轴线布置2个，直径20-24mm，锚栓孔1.5-2d，用零件板固定。肋板§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚柱脚零件间的焊缝布置焊缝布置原则：考虑施焊的方便与可能平板式铰接柱带靴梁铰接柱常用铰接柱脚的几种形式2020/3/4柱脚§7.12.1轴心受压柱的柱脚轴心受压柱脚计算底板的计算平面尺寸——基础抗压强度底板厚度——板抗弯强度靴梁的计算高度——焊缝长度厚度——构造、抗弯剪强度隔板计算厚度——刚度、强度高度——焊缝2020/3/4柱脚柱脚计算计算内容：确定底板尺寸、靴梁尺寸、连接焊缝尺寸a1Bt1t1Lab1靴梁隔板底板隔板锚栓柱N§7.12.1轴心受压柱的柱脚柱靴梁底板混凝土基础隔板（肋板）实际计算不考虑竖向焊缝水平焊缝传力途径2020/3/4柱脚（1）底板面积的计算底板与基础接触面上的压应力假定均匀分布N―柱的轴心压力；―基础材料的抗压强度设计值；A0―锚栓孔的面积。平面尺寸取决于基础材料的抗压能力0AfNBLAccccf柱脚计算a1Bt1t1ab1靴梁隔板底板L§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚b—构件截面高度t—靴梁厚度一般为10～14mmc—悬臂宽度，c=3～4倍螺栓直径d，d=20～24mm,c=20-100mma1Bt1t1ab1L底板宽：B=b+2t+2c底板长：L=A/BB≤L≤2Bq=N/(B×L-A0)§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚底板厚：ab1L§7.12.1轴心受压柱的柱脚取决于板的抗弯强度底板划分板块：由靴梁、隔板、柱身支撑，受均匀反力各板块最大弯矩求板厚板块：一边(悬臂板)、两边、三边和四边支承板。2020/3/4柱脚①一边支承部分（悬臂板）221cqMnANq§7.12.1轴心受压柱的柱脚a1Bt1t1ab1L2020/3/4柱脚②二相邻边支承部分：222aqβM--对角线长度；--系数，与有关。2aβ22/ab式中：b2/a20.30.40.50.60.70.80.91.01.1≥1.2β0.0260.0420.0560.0720.0850.0920.1040.1110.1200.125a1Bt1t1ab1L§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚③三边支承部分：213aqβM--自由边长度；--系数，与有关。1aβ11/ab式中：a1Bt1t1ab1L当b1/a10.3时，可按悬臂长度为b1的悬臂板计算。b1/a10.30.40.50.60.70.80.91.01.1≥1.2β0.0260.0420.0560.0720.0850.0920.1040.1110.1200.125§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚④四边支承部分：24aqM式中：a--四边支承板短边长度；b--四边支承板长边长度；α—系数，与b/a有关。b/a1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.03.0≥4.0α0.0480.0550.0630.0690.0750.0810.0860.0910.0950.0990.1010.1190.125a1Bt1t1ab1L§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚fMtMMMMMmax4321max6max底板厚：，，，取底板厚：20mm≤t≤40mmt≥14mm（刚度要求，满足反力均匀）各区格弯矩相近，否则重新调整尺寸及划分§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚a1Bt1t1ab1L靴梁hafwffwhfhNl607.04的倍数。且取所以：102fwahlh靴梁的计算厚度：宜与柱翼缘尺寸相近，最小厚度10mm高度：由其与柱间的焊缝（4条）长度确定。hf≤1.2t1§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚按支承在柱边的双悬臂外伸梁受均布反力作用。a1Bt1t1ab1Lleq’llRRM靴梁的计算—靴梁的截面验算两块靴梁板承受的最大弯矩：M=qBl2/2两块靴梁板承受的剪力：V=qBlfhtMWMa216抗弯强度验算：vafhtVItVS115.1抗剪强度验算：2020/3/4柱脚厚度：≥1/50隔板长≤靴梁厚高度：连接焊缝长隔板可视为简支于靴梁的简支梁，负荷范围如图。q’h1a1)(27.01111取整fwwffwhlhfhVl隔板的计算§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚隔板截面验算：fhtMWM2126抗弯：vfhtVItVS1225.1抗剪：q’h1a1)(502812121取整ataqVaqM式中：§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚靴梁及隔板与底板间的焊缝的计算按正面角焊缝，承担全部轴力计算，焊脚尺寸由构造确定。wfwffflhN7.0§7.12.1轴心受压柱的柱脚2020/3/4柱脚§7.12.2压弯构件的柱脚压弯构件的柱脚铰接柱脚：同轴心受压柱的构造和计算刚接柱脚：N、M作用，构造要求传力明确便于制造和安装N、M较小角钢增加刚度M较大槽钢加肋增加刚度V?2020/3/4柱脚N、M较大要求增加底板抗弯能力（基础上应力分布均匀）采用带靴梁的构造方案，锚栓承担拉力。格构柱实腹柱§7.12.2压弯构件的柱脚2020/3/4柱脚§7.12.2压弯构件的柱脚压弯构件柱脚构造方案平板式柱脚N,M较小,底板只承受不均匀压力靴梁式柱脚N,M较大，底板出现拉区分离式柱脚格构柱肢间距很大2020/3/4柱脚格构柱联系杆增加刚度§7.12.2压弯构件的柱脚每个柱肢端部设置独立柱脚，节省钢材制造简便特点：适用：肢间距大的格构式柱设计：锚栓直径根据分肢可能最大拉力确定底板设联系杆，保证运输安装整体性按可能最大压力，按轴压柱脚设计2020/3/4柱脚§7.12.2压弯构件的柱脚2020/3/4柱脚ccfBLMBLN2max6B=b+2cb—柱截面宽C—悬伸部分c≤2-3cm--混凝土抗压强度设计值ccf底板平面尺寸：（7-86）平板式整体柱脚§7.12.2压弯构件的柱脚2020/3/4柱脚拉力T由锚栓承受靴梁式整体柱脚锚栓承担拉力特点：适用：弯矩轴力较大，要求底板抗弯能力设计：柱身与靴梁的连接焊缝锚栓拉力及直径的确定底板长度和厚度计算、靴梁强度§7.12.2压弯构件的柱脚2020/3/4柱脚e—N至受压区合力R的距离L0—底板边缘至锚栓孔边缘的距离d—锚栓孔直径L由确定拉力T由锚栓承受算法1求T和L（7-87）锚栓拉力T较小时，应力三角形分布2/)3/2(0dLNeMTccfmax底面受压区的总压力R=N+T§7.12.2压弯构件的柱脚2020/3/4柱脚①求N、M作用的最大压应力②求合力点R至截面形心轴距离e③求合力点R至锚栓中心距离x算法2求T和L（7-88）接触面假定为弹性体受力xNeMT§7.12.2压弯构件的柱脚2020/3/4柱脚T过大时，d≥60mm时，采用如图受力分布格构柱§7.12.2压弯构件的柱脚2020/3/4柱脚压弯构件柱脚底板厚度压弯构件柱脚底板厚度确定同轴心受压柱，各区格弯矩取该区格最大压应力§7.12.2压弯构件的柱脚2020/3/4柱脚习题及思考题试设计轴心受压柱的柱脚。已知：柱子采用热轧H型钢，截面为HW250×250×9×14，轴心压力设计值为1650kN，钢材为Q235，焊条E43型。基础混凝土强度等级为C15。试设计框架柱的整体式柱脚。已知：柱子采用焊接工字形截面，柱子翼缘为-360×20，腹板为-650×10。柱脚和锚栓的最不利荷载组合的内力设计值N=80kN，M=700kNm。柱脚钢材为Q235，焊条E43型。基础混凝土强度等级为C20。例题7-17