外露式刚接柱脚计算书

外露式刚接柱脚计算书项目名称____xxx_____ 日期_____________设计_____________ 校对_____________一、柱脚示意图二、基本参数1．依据规《钢结构设计规》(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h b =500mm柱翼缘宽度b f =500mm柱翼缘厚度t f =14mm柱腹板厚度t w =14mm3．荷载值柱底弯矩M=350mkN柱底轴力N=500kN柱底剪力V=50kN4．材料信息混凝土C25柱脚钢材Q235-B锚栓Q2355．柱脚几何特性底板尺寸a＝75mm c＝100mm b t＝85mm l t＝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 h f1 =10mm加劲肋高度 h s =210mm加劲肋厚度 t s =10mm加劲肋与柱腹板和底板的焊脚高度 h f2 =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36t l L +=800/6+75/3=158.333mm 偏心距 NM e ==350×1000/500=700mm 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a. 6/0L e ≤<锚栓拉力 0a =T)/61(max L e LBN +=σ b.)3/6/(6/t l L e L +≤<锚栓拉力 0a =T)2/(32max e L B N -=σ c. )3/6/(t l L e +>若d <60mm 则：2max 6LB M L B N ⋅⋅+⋅=σ 2min 6L B M L B N ⋅⋅-⋅=σ 柱脚底板的受压区长度 x n ＝m inm ax m ax σσσ-⋅L 若mm 60≥d 则：解下列方程式得到柱脚底板的受压区长度x n ：0))(2/(6)2/(3n t t a e 2n 3n =---+--+x l L l L e BnA x L e x 其中，A e a 为受拉区锚栓的有效面积之和，n =E s /E c 。

)3/()2/(2n t n t max x l L x B l L e N --⋅-+⋅=σ锚栓拉力 3/)3/2/(n t n a x l L x L e N T --+-⋅= 综上解得：基础混凝土的最大压应力 ==max c σσ 4.88 N/mm 2c f l β≤=11.9 N/mm 2 柱脚底板的受压区长度 x n ＝476.19mm锚栓拉力 T a =405.045kN2. 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 A e a =976mm 2Q235锚栓抗拉强度 a t f =140N/mm 2锚栓拉应力(考虑20%的锚栓强度富裕量):a ea t 42.1A T ⋅⋅=σ=1.2×405.045×1000/(4×976)=124.501 N/mm 2 a t f ≤=140N/mm 23. 水平剪力计算V =50kN)(4.0a T N +⋅=362.01kNV<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：b 2/a 2=185/480=0.38若b 2/a 2 > 0.3，则α=0.04122n n c 2/)2/(a x L x M ⋅-⋅⋅=σα=0.041×4.88×(476.19-800/2)/ 476.19×4802×10-3 mm/mm kN ⋅否则，22n n c 2/)2/(05.0b x L x M ⋅-⋅⋅=σ=0.05×4.88×(476.19-800/2)/ 476.19×1852×10-3 mm/mm kN ⋅解得 M 2=7.5mm/mm kN ⋅b. 压区三边支承板块区：b 2/a 2=150/200=0.75若b 2/a 2 > 0.3，则α=0.09122c 2a M ⋅⋅=σα=0.091×4.88×2002×10-3 mm/mm kN ⋅ 否则，22c 205.0b M ⋅⋅=σ=0.05×4.88×1502×10-3 mm/mm kN ⋅ 解得 M 2=17.96mm/mm kN ⋅c. 压区两边支承板块区：b 2/a 2=116.51/238.17=0.48若b 2/a 2 > 0.3，则α=0.05822c 2a M ⋅⋅=σα=0.058×4.88×238.172×10-3 mm/mm kN ⋅ 否则，22c 205.0b M ⋅⋅=σ=0.05×4.88×116.512×10-3 mm/mm kN ⋅ 解得 M 2=16.14mm/mm kN ⋅d. 中部四边支承板块区：b 3/a 3=472/198=2.38，β=0.12523n n c 2/)2/(a x L x M ⋅-⋅⋅=σβ=0.125×4.88×(476.19-800/2)/ 476.19×1982×10-3 =3.82mm/mm kN ⋅上述计算中，若有负值则略去，得到的最大弯矩值M 2max 为17.96mm/mm kN ⋅。

由压区确定的底板厚度fM t max 26⋅==22.93mm 。

（2）受拉侧底板厚度计算单个螺栓的拉力 3/a ta T N ==405.045/3=101.261kN按照力扩散宽度L a /5.15.3⋅-计算，若大于板块边缘长度则取板边缘长度。

a. 两边支撑板：板1的竖向位移 13113EI a P u = 板2的竖向位移 23223EI c P u = 由21u u =得 332121ac I I P P ⋅= 又P P P =+21，得3231311aI c I P c I P ⋅+⋅⋅⋅=3231322aI c I P a I P ⋅+⋅⋅⋅= 因此，区格板边缘线弯矩111l a P M ⋅= 222l c P M ⋅= M max =max{M 1，M 2}fM t max 6⋅==29.92mm b.三边支撑板：（注：按连续梁比拟板的特性）板1的竖向位移131124EI c P u = 板2的竖向位移23223EI a P u = 由21u u =得3321218ca I I P P ⋅⋅= 又P P P =+21，得313231188aI c I P a I P ⋅⋅+⋅⋅⋅⋅= 31323228a I c I P c I P ⋅⋅+⋅⋅⋅= 因此，区格板边缘线弯矩1114/l c P M ⋅= 222l a P M ⋅= M max =max{M 1，M 2}fM t max 6⋅==18.81mm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。

角焊缝焊脚高度 h f1 =10mm翼缘与底板对接焊缝面积 A F =t f ×B f =7000mm 2腹板与底板角焊缝面积 A eww =0.7×h f1×(h b -2×t f -2×h f1) ×2=6328mm 2)2(eww F Nc A A N +=σ= 24.596N/mm 2)2)2(6(2b2f b f f b 3f f eF Mc h t h t b h t b M W M ⋅-⋅⋅+⋅⋅==σ=105.815N/mm 2 ewwv A V =τ= 7.901N/mm 2 验算翼缘连接焊缝Mc Nc f σσσ+==24.596+105.815=130.4112mm /N f ≤=2152mm /N验算腹板连接焊缝2v 2fNc fs )()(τβσσ+==21.6542mm /N =≤w f f 1602mm /N6. 锚栓支承加劲肋计算(1) 加劲肋强度验算c b t s i12/)()2(σ⋅-⋅+++=h L b c t c V =153.808 kN n n c f b t i2/)4/(2/)()2/2/)((x L x b B h l a V -⋅⋅-⋅++=σ=84.96 kNta N =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},,max {ta i2i1imax N V V V ==153.808kN正应力若 21i i V V > 或 ta N >V i26/152)(s 2s t imax M t h l a V ⋅-⋅+⋅=）（σ=153.808×1000×(75+75)/（2×(210-15)2×10/6） 否则 6/154)(s 2s f imax M t h b B V ⋅-⋅-⋅=）（σ=153.808×1000×(800-500)/（4×(210-15)2×10/6） M σ=182.0222mm /N剪应力 ss imax v 15t h V ⋅-=）（τ= 153.808×1000/(210-15)/10 =78.8762mm /N 折算应力 =⋅+=2v 2M equ 3τσσ227.5882mm /N =≤f 1.1236.52mm /N(2) 加劲肋宽厚比验算s b s s 2/)(t h L t b -==(800-500)/2/10=15y23518f ≤=18 (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h f2=10mm 加劲肋与底板的焊缝应力：若 21i i V V > 或 ta N >V i2)152(7.02f2t f2imax Nc -⋅-+⋅⋅⋅=h l a h V σ=153.808×1000/(2×0.7×10×(75+75-2×10-15))否则)1522/2/(7.02f2f f2imax Nc -⋅--⋅⋅⋅=h b B h V σ=153.808×1000/(2×0.7×10×(800/2-500/2-2×10-15))解得 Nc σ=95.533=<w f 22.1f 195.22mm /N加劲肋与柱的焊缝应力：若 21i i V V > 或 ta N >V i222f2s f2t imax 2f2s f2imax V )6/)152(7.0222.12/)(())152(7.02(-⋅-⋅⋅⋅⋅+⋅+-⋅-⋅⋅⋅=h h h l a V h h h V τ 否则 22f2s f2f imax 2f2s f2imax V )6/)152(7.0222.14/)(())152(7.02(-⋅-⋅⋅⋅⋅-⋅+-⋅-⋅⋅⋅=h h h b B V h h h V τ 解得 V τ=146.458=≤w f f 1602mm /N。