钢结构柱脚分类、特点与适用范围.doc

天 津 大 学 网 络 教 育 学 院 专科毕业论文 题目：钢结构柱脚分类、特点与适用范围 完成期限：2014年1 月3 日 至 2014年5月5 日 学 习 中 心 某某某 年 级 2010级 专 业 某某某某 指 导 教 师 某某某 姓 名 某某某 学 号 102000000000 摘 要 目前，钢结构建筑发展迅速。在钢结构建筑中，构件的承载力虽然重要，但是节点部位对结构的安全性尤为重要。其中最重要的节点部位就是梁柱节点和柱脚节点，这两种节点若有一个出现问题，将会对建筑结构造成很大的损失，所以在设计中对于钢结构的节点形式的选择和构造处理方法尤为重要。本文从钢结构柱脚的分类形式入手，对不同形式的柱脚进行了分析，分别从受力特点、构造方式等方面进行比较。最后结合选择柱脚形式时应考虑的各方面因素，给出了选择钢结构柱脚形式的建议。 关键字：钢结构；外露式柱脚；外包式柱脚；埋入式柱脚 钢结构柱脚分类、特点与适用范围 一、引言 目前，钢结构建筑发展迅速。在钢结构建筑中，构件的承载力虽然重要，但是节点部位对结构的安全性尤为重要。其中最重要的节点部位就是梁柱节点和柱脚节点，这两种节点若有一个出现问题，将会对建筑结构造成很大的损失，所以在设计中对于钢结构的节点形式的选择和构造处理方法尤为重要。但多年来人们对梁柱的节点连接比较重视，而对柱脚节点连接形式及构造重视不足。因此，我们要对柱脚节点形式的选用和设计原则有个概念性的把握。 对钢结构的柱脚而言，不是指柱构件下端，而是指最下层柱构件的下端和基础混凝土的连接部分。柱脚是将最下层柱下端所受的轴力、弯矩、剪力有效地传递给基础。柱的柱的下端的作用是固定在底座上，和内力轴传递到基础。根据应力性能列的不同可分为刚接和铰接。一般来说，多铰柱轴压柱，承受轴向力和剪切力，并与多个刚性节点偏心受压柱，承受轴向力，剪力和弯矩。其中，刚性节点可以采用嵌入式，外包，暴露，埋葬了整个组件的类型被称为插入式；铰接塔可以实现外包的形式暴露。根据不同的方法，嵌入式结构，外包是铸造；暴露，插接式组装式。本文将对埋入式、外露式和外包式及插入式的特点及适用范围进行详细论述。 二、埋入式 柱截面钢柱底是相当于一个高度掩埋的刚度较大的地下室墙体或基础梁混凝土的两倍长，周围的钢筋混凝土。埋入式柱脚一般有两种形式，一种是第一钢柱组件固定，在浇注钢筋混凝土基础梁；另一个是保留在混凝土地基梁钢柱孔，后安装钢柱，再浇灌混凝土( 图 1) 。 图 1 埋入式柱脚构造 （一）特点 埋入式柱脚，和其他两种柱脚形式相比固定度较高，承载力的确保比较容易。如果将钢柱设计成先行屈服，其恢复力特性呈现稳定的完全弹塑性。其缺点，是埋 入式柱脚埋入基础中的钢柱长度要增加，并且基础梁的宽度内的主筋不能与插入的钢柱相交而扩展或弯曲成斜筋等。另外，必须在基础梁配筋之前先行设置钢柱脚，所以钢结构构件的交货日期也要提前。 （二）受力分析 1、轴力 在柱子承受的总轴力中一部分由柱翼缘( Nf)承担，其余部分传给混凝土。由混凝土承担的轴力按下述方式传递: 柱的轴向压力，由柱脚底板传给其下混凝土，由混凝土对柱底板的承压力(Npn) 抵抗;柱的轴向拉力，则是通过柱脚底板悬出部分传给其上方的混凝土基础，由混凝土的承压力( Npn) 抵抗，或通过锚栓与混凝土的粘结力直接传给基础(Nbv) 。轴力传递路径如图 2 所示。 图 2 埋入式轴力 2、弯矩 埋入式柱脚通过混凝土对钢柱的承压力传递弯矩。现存在两种弯矩的传力机制: 一种是将弯矩考虑为等效轴力 Nm，并作用于翼缘。柱子的轴心压力N 由整个柱身截面承受，并认为 Nm与 N 之和的 1/3由整个截面传给底板，由底板承受，其余 2/3 由埋入段柱身表面栓钉与混凝土的粘结力传给混凝土基础; 另一种认为全部弯矩由柱翼缘传给混凝土，由混凝土的承压力来传递荷载( 图 3) 。这两种传力机制的区别在于，前者栓钉起到重要作用，弯矩是通过栓钉的抗剪传给混凝土的，此时栓钉的抗剪承载力验算及其与混凝土的粘结力显得尤为重要，这种机制适用于小偏压状态; 后者认为弯矩由柱翼缘的承压直接传给混凝土，此时要进行混凝土的抗压强度验算。虽然栓钉在这种传力机制下作用不明显，但为了保证柱脚的整体性，仍应设置栓钉。这种机制适用于大偏压状态。 图 3 埋入式弯矩 对比弯矩的两种传力机制，将它们进行比较，比较结果见表 1。 表 1 埋入式柱脚弯矩的两种传力机制 3、剪力 通过法兰与基础或基础梁混凝土支承压力传递剪力柱水平。通过对混凝土柱腹板加劲肋和传递上部柱在钢柱的轴向加劲压力，平衡。水平剪力在梁基础梁的轴力，柱的作用力，在周围的混凝土应力