钢结构柱脚设计(建筑类别)
钢结构工程中柱脚设计初论

钢结构工程中柱脚设计初论钢结构建筑中,柱脚是必不可少的结构连接节点,其对整个结构的承载力及稳定性有着非常重要的作用,作为连接钢柱与钢筋混凝土基础或者基础梁的重要节点,其合理的受力分析和节点设计也就显得尤为必要。
柱脚按结构的内力分析,可大体分为铰接连接柱脚和刚性固定连接(刚接)柱脚两大类。
其中刚接柱脚包含外露式柱脚、埋入式柱脚及外包式柱脚。
刚接柱脚除了承受轴心压力和水平剪力外,还要承受弯矩。
对于工业厂房、多层及高层钢结构常采用刚接柱脚,《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)亦仅对钢结构的刚接柱脚加以规定。
本文即针对三种钢结构刚接柱脚节点形式的受力分析及设计做以探讨。
1 外露式柱脚外露式柱脚主要由底板、加劲肋、锚栓及锚栓支承托座等组成(图1),各部分的板件都应具有足够的强度和刚度,而且相互之间应有可靠的连接。
1.1 受力分析从力学角度看,外露式柱脚更适合作为半刚接性柱脚。
震害表明:其破坏特征是锚栓剪断、拉断或拔出。
结构设计中应考虑柱脚支座的非完全刚性连接,必要时按刚接和半刚接柱脚采用包络设计方法。
当仅采用刚接柱脚计算时,应考虑柱反弯点的下移引起的柱顶弯矩及相关构件的内力增大问题。
外露式柱脚由外露的柱脚螺栓承担钢柱底的弯矩和轴力,柱脚承载力不宜小于柱截面塑形屈服承载力的1.2倍。
底板的尺寸由基础混凝土的抗压设计强度确定,计算底板厚度时,可偏安全地取底板各区格的最大压力进行计算。
由于底板与基础之间不能承受拉应力,拉力应由锚栓来承担,当拉力过大,锚栓直径大于60mm时,可根据底板的受力实际情况,按压弯构件确定锚栓。
柱底剪力应由钢底板与其下钢筋混凝土之间的摩擦力承受(摩擦系数可取0.4)。
当水平剪力超过摩擦力时,可设置抗剪键及柱脚外包混凝土等有效抗剪措施承担。
1.2 节点构造设计外露式柱脚底板的一般厚度不应小于柱子较厚板件的厚度,且不宜小于30mm。
当需增设加劲肋和锚栓支承托座等补强措施时,底板长度和宽度外伸尺寸,每侧不宜超过底板厚度的18 倍。
钢结构柱头柱脚设计

第五节 柱头和柱脚的设计
一.柱头的定义及作用 柱头是指柱的顶部与梁(或桁架)连接的部分。其作用 是将梁等上部结构的荷载传到柱身。
二、柱头的连接方式 (1)将梁连于柱侧面的侧面连接
(2)将梁直接放在柱顶上的顶面连接
(1)将梁连于柱侧面的侧面连接
(2)将梁直接放在柱顶上的顶面连接
N 承压 垫板 承压 顶板 承压或焊缝1 加劲肋
13.格构式轴心受压构件的设计步骤如何?进行以上计算时 应有哪些注意事项?
答:格构式轴心受压构件的设计步骤:
首先选择分肢截面和缀材的形式,中小型柱可采用缀板或缀 条柱,大型柱宜用缀条柱。
(1)按对实轴(y-y轴)的整体稳定选择柱的截面,方法 与实腹式构件的计算相同。
(4)计缀条或缀板(包括连接)。 进行以上计算时应注意:
(1)对实轴的长细比 y和对虚轴的换算长细比 0x均不得超过 容许长细比[];
(2)缀条构件的分肢长细比 1 l1 / i1不得超过构件两方向长细 比(对虚轴为换算长细比)较大值的0.7倍,否则分肢可能先 于整体失稳;
(3)缀板构件的分肢长细比 1 l01 / i1不应大于40,并不应大 于构件较大长细比ma的x 0.5倍(当ma<x 50时,取ma=x 50),亦是 为了保证分肢不先于整体构件失去承载能力。
焊缝2 腹板
实腹式
格构式
N 承压 垫板 承压 顶板 承压或焊缝1加劲肋
焊缝2 柱端缀板焊 缝3 柱身
三.柱脚的定义及作用
柱下端与基础相连的部分称为柱脚。柱脚的作用是将柱身所受 的力传递和分布到基础,并将柱固定于基础。
三.柱脚的定义Leabharlann 作用柱下端与基础相连的部分称为柱脚。柱脚的作用是将柱身所受 的力传递和分布到基础,并将柱固定于基础。
轻型钢结构柱脚工程

第五章、轻型钢结构厂房的现场安装施工轻型钢结构的屋面荷载较轻,因而杆件截面较小、较薄。
它除具有普通钢结构的自重较轻、材质均匀、应力计算准确可靠、加工制造简单,工业化程度高、运输安装方便等特点外,一般还具有用料较省、自重更轻等优点。
它对加快基本建设速度,因而受到建设单位的普遍欢迎。
轻型钢结构的经济指标较好。
轻型钢屋盖结构的用钢量一般为8~15Kg/m2,)接近在相同条件下钢筋混凝土结构的用钢量,且能节约大量木材、水泥及其他建筑材料。
因此,轻型钢结构是很有发展前途的一种结构。
轻型钢结构工程是一个系统工程,它包括设计、加工制造和施工安装三个过程;包含的具体内容有:主结构系统、次结构系统和围护系统三大方面。
了解轻型钢结构各个组成部分的加工制造过程对于项目经理和钢结构工程师而言是十分必要的。
主结构系统包括主刚架和支撑体系。
支撑体系包括水平支撑、柱间支撑和刚性系杆等部分。
由于支撑体系采用的构件大多为圆钢、角钢和钢管等,构件简单、制作方便,且支撑体系节点多为标准节点。
第一节、施工前的准备工作一、施工现场调查项目经理和工程技术主管要认真阅读施工图和施工组织计划。
并根据工程的特点在施工现场调查时作好以下准备工作1、设计平面布置图。
主要内容包括:现场临时设施布置位置和面积;现场施工场地和道路位置,施工便道的处理要求;施工机械进出场路线、停机位置及开行路线;钢构件的现场堆放位置;吊装的主要施工流水线路,水电用量及布置,现场排水等。
2、了解大型和异形构件的运输道路条件和思考运输方法。
主要内容包括:装卸车设备、起重量、运输道路宽度及转弯半径,通过市区交通的许可情况,桥梁、低空架线、隧道、立交桥等)制定运输方案。
3、安排施工人员的生活场所。
主要内容包括:项目部办公场所的定位和布置;施工人员的生活场所的定位和布置;4、了解当地的物质供应情况和供应地点。
主要内容包括:集贸市场的地点;工程中需要采购的零星材料和小型工具的地点;氧气、CO2气体、乙炔气体的供应地点等。
全面认识钢结构柱脚!(二)2024

全面认识钢结构柱脚!(二)钢结构柱脚是钢结构中的重要组成部分,它承担着传递柱子荷载至地基的任务。
本文将从五个大点出发,深入探讨全面认识钢结构柱脚的相关内容。
引言概述:钢结构柱脚作为连接柱子和地基的关键节点,其设计和施工对于整个钢结构的安全性和稳定性至关重要。
在本文中,我们将首先介绍钢结构柱脚的定义和作用,然后重点探讨钢结构柱脚的设计原则、常见病害及其防治措施、施工质量控制和强度验算标准等方面内容。
正文内容:一、钢结构柱脚的定义和作用1. 钢结构柱脚的定义2. 钢结构柱脚的作用二、钢结构柱脚的设计原则1. 荷载计算与传递原则2. 材料选取与使用原则3. 结构形式与连接方式的选择原则4. 震动与变形控制原则5. 安全性与可靠性原则三、钢结构柱脚的常见病害及其防治措施1. 磨损与腐蚀2. 裂缝与变形3. 疲劳和断裂4. 锈蚀和腐蚀5. 震动和地震影响6. 高温和火灾风险7. 防护措施与维护保养四、钢结构柱脚的施工质量控制1. 材料质量控制2. 制作工艺控制3. 连接方式控制4. 安装质量控制5. 预防措施和监测控制五、钢结构柱脚的强度验算标准1. 国内钢结构柱脚强度验算标准2. 国际钢结构柱脚强度验算标准3. 考虑设计震动荷载的强度验算总结:全面认识钢结构柱脚对于钢结构设计、施工和维护至关重要。
在本文中,我们从定义和作用、设计原则、常见病害及其防治措施、施工质量控制和强度验算标准五个大点出发,深入剖析了钢结构柱脚的相关内容。
希望这些信息能对相关专业人员和从业者有所启发,并能够提高钢结构柱脚的设计和施工质量。
浅谈埋入式钢柱脚设计

浅谈埋入式钢柱脚设计摘要:近年来,钢结构在建筑设计中的应用越来越广泛,其诸多优点也得到很好体现。
本文就钢结构柱脚设计,以现有施工技术为基础,提出了一种新型的埋入式双底板柱脚节点设计方案,以前参考交流。
关键词:设计;局限性;基础冲切;计算Abstract: In recent years, the steel structure in building design more and more widely, its advantages are well reflected. In this paper, the design of steel structure column, with the existing construction technology as the foundation, puts forward a new embedded double bottom column node design, previously.Key Words: design; limitations; punching calculation basis;1、钢柱脚的设计及其局限性目前钢结构柱脚设计通常采用埋入式柱脚和外包式柱脚两种形式。
埋入式柱脚是将钢柱埋入钢筋混凝土独立基础或基础梁或筏片式基础中的(见图1);外包式柱脚是将钢柱用钢筋混凝土外包构成的柱脚(见图2),钢柱的轴力和弯矩通过焊接于钢柱的栓钉传递给混凝土,外包混凝土的高度与埋入式柱脚的埋入深度要求相同。
图1埋入式柱脚在建筑结构中,柱脚的作用是固定柱身并将柱中的内力传递给基础。
由于埋置深度的特殊要求,一般高层建筑都设有多层地下室。
这种多层地下室柱脚基本上弯矩、剪力较小,主要以轴力为主。
如果采用常规的埋入式柱脚形式,柱脚埋入深度需要是柱子截面高度的3倍。
以柱子截面1 m×1 m箱型截面为例,柱脚埋入基础深度就要3 m,而且这种截面的柱子荷载一般较大,若再考虑柱子的冲切问题,就会出现柱脚部分基础厚度很大,达到5 m以上,使设计不尽合理。
钢结构刚性固定柱脚的3个方法

钢结构刚性固定柱脚的3个方法一、钢柱柱脚形式的分类(1)刚性固定柱脚:1)埋入式柱脚;2)外包式柱脚;3)插入式柱脚。
(2)铰接柱脚:外露式柱脚。
二、埋入式柱脚1、基本概念埋入式柱脚是指将钢柱底端直接埋入混凝土基础筏板、地基梁或地下室墙体内的一种刚性连接的柱脚。
其特点是埋入相对自身绝对刚性的基础中而形成刚性固定柱脚节点。
这种柱脚构造可靠,常用于高层钢结构框架柱的柱脚。
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础;柱的轴向拉力,则是通过柱脚底板悬出部分将其上部混凝土的反向压力传递给基础,或经由锚栓(底脚螺栓)直接传给基础。
(2)柱的弯矩M有2种传递方式:1)均由H形钢柱翼缘上的抗剪圆柱头焊钉传递给基础,在实际工程设计中大多采用该方法;2)依靠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础。
(3)柱脚顶部的水平剪力V由钢柱翼缘与基础混凝土侧向承压力来传递。
(4)钢柱翼缘与基础混凝土在侧向承压应力状态下,由于钢柱翼缘与混凝土摩擦而产生的抵抗力,设计时不考虑。
(5)钢柱翼缘与基础混凝土之间的粘结作用设计时不考虑。
(6)在确定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。
3、埋入式柱脚一般构造要求及部分细部设计计算(1)埋入式柱脚的钢柱埋入基础的深度一般可以在以下范围内采用(h c为钢柱截面的高度或管径):1)轻型工字钢截面柱:H=(2.0~2.5)h c;2)圆管形截面柱和箱形截面钢柱:H=(2.5~3.0)h c。
(2)埋入式柱脚,在钢柱埋入部分的顶部,应设置水平加劲肋或横隔板;对H形截面柱,其水平加劲肋外伸宽度的宽厚比应不大于9(235/f ay)½,对于箱型截面柱,其内部横隔板的宽厚比应不大于30(235/f ay)½。
(3)埋入式柱脚在钢柱的埋入部分,应设置圆柱头抗剪栓钉,栓钉的数量和布置,应按计算要求确定。
浅析各类钢柱脚形式的设计构造要求

规范公式计算 。
3 选用 建议
由上可知 , 外露式柱脚一般多用铰接形式 。刚接形 式仅用
于受外力较小 的情况 , 埋入式 、 插 入式及外 包式柱脚 在插入 深 度( 或外包 高度 、 埋 人深 度 ) 、 栓钉、 钢柱埋 人部分 上部 水平 加
劲 肋 或 隔板 、 柱脚底板尺寸 、 厚 度 和抗 剪 键 、 柱 脚 锚 栓 的 确 定 和
《 抗规》 规定 : 格构 式柱采用插入式 柱脚 的埋 入深 度 , 应由 计 算确定 , 其 最小插 入深 度不 得小 于单 肢截 面高度 ( 或外径 ) 的2 . 5倍 , 且不得小 于柱 总宽度的 0 . 5倍 。
杯 口尺寸按 照《 建筑地基基础设 计规范 》 中混凝 土柱 下杯 口基础构造要求设计 , 通过计算校核杯 口尺寸 。
[ 3 ] G B 5 0 0 1 1 — 2 0 1 0 , 建筑抗震设计规范[ S ] . [ 4 ] C E C S 1 0 2 : 2 0 0 2 , 门式钢架轻型房屋钢结构技术规程 [ S ] .
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的摩擦 力抵 消一部分 , 其 余 由外包钢筋 混凝 土承 担 , 一 般不 考
虑钢柱 与混凝土的抗剪粘结 ; 也可将剩余部分剪力 由柱底板 抗
剪键 承担。
钢结构工程中的箱形柱柱脚设计

面≮
图4柱底抗剪键大样
2.4柱底板锚筋计算(图5) 底板锚筋计算采用偏心压力法。先按构造要求
进行布置,然后计算锚筋的最大拉力,考察是否满足 要求。由弯矩平衡关系可知:
尬=F1yl+F2Y2+F3y3+…+F。y。 式中 E——锚筋拉力;
Y。——锚筋距形心轴z的距离。
+l I
I
十I
++++++ ++++++ j{ i
400×30,材质Q345一B;柱脚反力:N=4 461 kN,
U----58 kN,U=--371 kN,尬=1 032 kN·121,鸠
一193 kN·m。
图2 21号柱脚
2.1锸板尺寸及厚度的确定 锚板的尺寸主要考虑板底混凝土的局部承压破
坏,即底板的尺寸由基础混凝土的抗压设计强度确 定,计算底板厚度时,各区格应力可偏于安全地取底 板的最大应力计算。根据构造,初选底板尺寸为: a x b—l 100 ram×600 mm,在轴力、弯矩共同作用 下,柱底板最大压应力为:
l工程概况 ,西安市广电世纪园剧场钢结构工程B区分为
舞台和观众厅两部分,屋盖为空间管桁架结构,柱子 为箱形截面钢柱,截面尺寸为900 mm×400 mm,板 厚30 trim,材质Q345一B钢,外露式刚接柱脚。
2箱形钢柱柱脚的理论计算 该工程结构部分采用SAP2000有限元分析软
件进行设计,柱脚平面布置如图1所示,柱脚厦力见 表1。
板底应力寸。=18.212 MPa,板厚按I区和Ⅱ区 悬臂板计算(图3),为了计算方便同时考虑偏于安 全,暂不考虑角部三角区域(图3中板的4个角部除 阴影部分外的区域)的有利作用。由图3可知,悬臂 板I、Ⅱ分别在Y向、z向的悬挑长均为100 mm, 即,s=Z,=100 mlTl,则MI=Mn=0.5a。《,= ,91 060 N·mm,按板的弹性强度理论可知,单位板
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第八章基础设计
第一节基础设计的特点
由于结构型式、荷载取值、支座条件等方面的不同,传至基础顶面内力是不同的,轻钢结构与传统的砼结构相比,最大差别就是在柱脚处存在较小的竖向力和较大的水平力,对于固接柱脚,还存在较大的弯矩,在风荷载起控制作用的情况下,还存在较大的上拔力。
柱底水平力会使基础产生倾覆和滑移,基础受上拔力作用,在覆土较浅的情况下,会使基础向上拔起,有关这方面的问题,后面再作详述。
由于轻钢结构的这些受力特点,导致其基础设计与其它结构存在很大的不同,主要表现在以下几个方面:
⒈基础形式
基础型式选择应根据建筑物所在地工程地质情况和建筑物上部结构型式综合考虑,对于砼结构基础,常见的基础型式有独立基础、条形基础、片筏基础、箱形基础、桩基等等,而对于轻钢结构而言,由于柱网尺寸较大,上部结构传至柱脚的内力较小,一般以独立基础为主,若地质条件较差,可考虑采用条形基础,遇到暗浜等不良地质情况,可考虑采用桩基础,一般情况下不采用片筏基础和箱形基础。
轴向力N和水平力V之外,还存在一定的弯矩M,从而使刚接柱脚的基础大于铰接柱脚。
⒊基础破坏形式
要正确进行基础设计,首先要知道基础破坏形式,对其工作原理有所了解。
对于砼结构,通常柱网尺寸较小,故柱底水平力相对较小,基础一般不会产生滑移现象,又由于上部结构自重很大,足以抵抗风荷载作用下产生的上拔力,故基础也不会产生上拔的可能,对于这种结构,基础主要发生冲切、剪切破坏;而轻钢结构则不同,基础除
发生冲切、剪切破坏之外,由于存在较大的水平力,对于固接柱脚,还存在较大的弯矩作用,从而导致基础产生倾覆和滑移破坏,另外,在风荷载较大的情况下,特别对于一些敞开或半敞开的结构,由于轻钢结构自重很轻,有可能不足于抵抗风荷载产生的上拔力,导致基础上拔破坏。
为防止这些破坏的发生,最经济有效的方法是增加基础埋深,即增加基础上覆土的厚度,但增加了土方开挖和回填工程量。
另外对于轻钢结构基础,还须预埋锚栓(也称地脚螺栓),用于上部结构和基础的连接,若锚栓离砼基础边缘太近,会产生基础劈裂破坏,所以我国钢结构设计规范规定了锚栓离砼基础边缘的距离不得小于150mm;若锚栓长度过短,会使锚栓从基础中拔出,导致破坏,所以规范也规定了锚栓埋入长度。
⒋基础设计内容
基础设计一般包括基础底面积确定、基础高度确定和配筋计算,还应符合有关构造措施。
基础底面积可根据地基承载力确定,同时还应考虑软弱下卧层存在;基础高度由冲切验算确定;在基础底面积和高度确定的情况下计算基础配筋,这里须注意伸缩缝双柱基础处理,双柱为基础提供了两个支点,在地基反力。