埋入式型钢混凝土柱脚计算刘维亚ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＫｅｙｓＦｏｒＥｍｂｅｄｄｅｄＦｏｏｔｏｆＳＲＣＣｏｌｕｍｎＬｉｕＷｅｉｙａ摘要：在型钢混凝土结构设计中，往往按照有关规程将型钢埋入混凝土内三倍型钢高度，当基础（基础梁或承台）没有足够高度埋置型钢时，应如何设计和计算则是广大设计人员关心的问题。本文根据型钢混凝土柱脚的力学特点及传力机制，着重介绍了埋入式柱脚的若干计算要点，如柱脚埋置深度的计算、柱底内力的计算及其相关验算等，这些计算是型钢混凝土组合结构设计的重要组成部分。关键词：型钢混凝土柱脚埋入式柱脚埋置深度柱底内力混凝土强度验算一．概述在进行型钢混凝土结构设计时，柱脚的设计是该设计重要部分。型钢混凝土柱的柱脚分为非埋入式柱脚和埋入式柱脚。采用地脚螺栓将钢板锚固在基础或基础梁顶，称为非埋入式柱脚（如图１所示）。将柱型钢伸入基础内部，称为埋入式柱脚（如图２所示）。两种柱脚的选择要根据柱下结构情况或基础形式、柱底内力大小、抗震设防标准等因素确定。震害调查结果表明，非埋入式柱脚，特别是在地面以上的非埋入式柱脚易产生破坏。所以，对有抗震设防的结构，宜优先采用埋入式柱脚；以下将主要讨论埋入式柱脚的力学特性及其计算。Ⅵ图１非埋入式柱脚町¨图２埋入式柱脚二．埋入式柱脚的力学特性和传力机制１．力学特性对于埋入式柱脚，由于型钢侧面与混凝土之间存在支承反力，如果埋深足够，就能充分发挥型钢的抗弯能力，可以认为柱脚的受弯承载力与型钢混凝土柱相同。图３为边柱柱脚的Ｐ一万滞回曲线。从图中可知，埋入式柱脚具有较高的承载力和耗能能力。２．传力机制尸（ｔ４Ｕ２０・爹籍‰一《雾－－痂’８三．埋入式柱脚的计算要点１．柱脚的埋置深度的确定埋入式柱脚的受弯承载力主要靠型钢侧面的局部压力。从此可求得柱脚埋置深度，＼ｚ％２矗＋√２［去ｊ＋嚣∥：√鲁式中：ｂ。——埋入式柱脚有效宽度；由型钢的形式及其承压方向确定，一般按表１的规定采用。表１型钢柱埋入部分的有效宽度ｂ。删型钢截面形式及承压方竺４０¨向ｂｅ［＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝一惮“１２，。＋２ｄｆ８ＩＵａｊ１８Ｕ，。＋２ｄｒ；３，。＋４ｄｒｆ。——腹板厚度；ｄｆ——腹板外表面至腹板弧端距离；ｈＦ——柱脚埋入深度；必——型钢的弯矩（必＝肜一／），Ｗ“为对Ｘ轴的净截面塑性抵抗矩；，。——混凝土轴心抗压强度设计值４——局部受压计算底面积，按ＧＢ５００１０—２００２第７．８．２条确定。４——混凝土局部受压面积。圪——型钢混凝土柱脚型钢（型钢芯柱）在基础顶面处所承受的剪力设计值，圪２等（Ｈ。为底层柱净高）当型钢埋入深度大于或等于ｈＦ时，柱脚的设计可不必进行特别的验算，此时基础底板和地脚螺栓可根据构造和施工要求设置。当型钢埋入深度小于ｈＦ时，根据柱脚型钢的埋深ｈＢ，分别进行如下计算。２．型钢混凝土柱底内力计算３０９按照前述柱脚传力机制，柱脚型钢受剪时，其埋八基础部分的侧面承压高度可按下列公式计算矗：—生ｊｂ。｛Ｂ式中：以——柱脚型钢侧面的混凝土承压强度设计值，取混凝土的局部抗压强度、试验得出的混凝土承压强度最大值和箍筋受拉屈服时所提供的承压应力三者中的最小值：ｍｉｎ仁渺０一…柱厶一仁肛砖纠对于中柱（ａ）型钢埋置较深时；（ｂ）型钢埋置较浅时图４埋入式柱脚的内力传递阢——柱脚型钢的截面宽度；正——混凝土的抗压强度设计值４∥／’ｗ——型钢混凝土柱埋八基础部分同一水平截面内的箍筋截面面积和箍筋抗拉强度设计值：ｓ——型钢混凝土柱埋八基础部分的箍筋竖向间距；当矗口＞＾。时（图４ａ）Ⅳ。＝虬％＝０Ｍ：＝ｒｉｍａ（４）（５）（６）ｆ上］］耻蟛＋华一半ｌｋ２＼ｂ。。矗）３当‰≤＾。时（图４ｂ）ＮＢ＝Ｎｄ（８）％＝屹Ｍ｜＝ｒｉｍａ（１０）３１０ＭＢ＝Ｍ：城－ｈＢ一毕ｈ：式中：Ｍ。——柱脚型钢底板下的弯矩设计值ⅣＢ——柱脚型钢底板下轴力设计值％——柱脚型钢底板下剪力设计值Ｍ！——底层柱下端截面组合的弯矩设计值；玎——底层柱下端截面组合的弯矩设计值增大系数，根据《建筑抗震设计规范》（ＧＢ的规定：一、二、三级框架结构的底层柱分别取１．５、１．２５和１１５。５００１１２００１）６．２３Ｊｖ。、必为柱脚型钢（型钢芯柱）在基础顶面处所承受的轴力、弯矩设计值３底板下混凝土强度验算在上述公式所确定的型钢混凝土柱底轴力Ⅳ口和弯矩ＭＢ的作用下，埋八式柱脚型钢底板下的混凝土应满足下列公式要求：Ｎ日≤ＮＢ。（１２）（１３）Ｍ口≤Ｍｍ式中，ⅣＢ。、ＭＢ。——型钢底板下混凝土部分的承载力设计值。计算时取型钢底板的混凝土截面．将型钢底板的锚栓作为受拉钢筋，按钢筋混凝土截面计算其承载力。４柱脚受剪承载力对于型钢埋置深度较浅（ＡＢ≤ｈ。）的埋八式柱脚（图４ｂ），其型钢底板底面在水平剪力％作用下，应满足如下要求：ＶＢ墨｜ｕＮＢ式中，∥——柱型钢底板下的摩擦系数，无地震作用组合时，取∥２０．４，有地震作用组合时，取∥一０．３。５．基础梁端部混凝土强度验算型钢混凝土柱埋八钢筋混凝土墙内或基础内时列方法验算墙或基础梁端部混凝土的抗剪。（１）剪力设计值除应按上述验算其受压、受剪和受弯承载力外，还应按下根据图５所示的型钢埋入部分对混凝土的侧压力分布，柱脚型钢作用于基础梁（墙）端部混凝土的剪力设计值％，，可按下列方法计算。当ｈＢ＞ｈ，时（图４ａ）图５基础梁端部混凝土的受剪面积３ｌｌｖ，。＝０．５ｆ８ｂ（ｈ８十ｂｙ）当＾Ｂ≤＾。时（图４ｂ）（１４）％，＝Ｏ．５厶吃％式中．各符号的含义同前。（２）混凝土受剪面积（１５）型钢混凝土边柱所埋八的基础梁（墙），其端部混凝土的受剪面积爿ｃｓ（图５），可按下式计算如＝最卜圳一扛吃吃、ｂ／——型钢混凝土柱内型钢的截面高度和翼缘宽度日。基础梁（墙）的宽度ｄ——型钢表面至基础梁（墙）端部的距离。（３）端部混凝土抗剪验算（１６）当型钢混凝土柱埋入基础梁（墙）的端部时，为防止基础梁（墙）端部混凝土在型钢埋入部分的侧压力作用发生剪切破坏，基础梁（墙）端部混凝土的抗剪应满足下式要求：％，≤／；爿ｃｓ（１７）％——型钢混凝土边柱埋入部分的型钢，作用于基础梁（墙）端部混凝上的剪力设计值，按（１４）或（１５）式计算；爿（３——基础梁（墙）端部的混凝土受剪面积，按公式（１６）计算；／，——基础梁（墙）端部混凝土的抗拉强度设计值。四．结束语柱脚计算是型钢混凝土组台结构设计中非常重要的一部分，但由于这方面的资料及有关试验不多，设计时往往按照一些资料中建议的构造要求进行设置，上述计算要点无疑是对柱脚设计的一个补充；通过上述计算，我们不仅更加清晰地了解柱脚受力特点，而且能更准确地根据柱底受力情况确定型钢的埋置深度、布置型钢柱底锚栓、设计柱脚混凝土截面及其配筋，从而迭到安全、节约的目的。３１２埋入式型钢混凝土柱脚计算
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刘维亚
深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司
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