GB 50017 - 2017中柱脚锚栓受力相关规定及条文说明
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- 2025-04-12
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一、相关规定
1、标准 GB 50017-2017
柱脚锚栓不宜用来承受柱脚底部的水平反力。柱脚底部的水平反力由底板与混凝土基础间的摩擦力承受,摩擦系数可取 0.4 。或者由设置抗剪键来承受。
我国习惯是柱脚锚栓不考虑承受剪力,尤其有靴梁的锚栓更不能承受剪力。然而对于没有靴梁的锚栓,国外存在两种意见,一种意见认为其可以承受剪力,另一种意见则不考虑(参考 G.BALL10、F.M.MAZZOLANI 著《钢结构理论与设计》,由冶金部建筑研究总院翻译,时间为 1985 年 12 月)。另外,我国有资料建议,在抗震设计中能够用半经验半理论的方法适当考虑外露式钢柱脚(无论有无靴梁)受压侧锚栓的抗剪作用,所以条文中采用“不宜”。关于摩擦系数的取值,如今国内外已经普遍采用 0.4,因此将其列入。
门式刚架轻型房屋钢结构的技术规范是 GB 51022-2015
10.2.15 柱脚节点应符合下列规定:
带靴梁的锚栓不宜承受剪力。柱底的受剪承载力依据底板与混凝土基础之间的摩擦力来取用,摩擦系数可以取 0.4 。在计算摩擦力时,要考虑屋面风吸力所产生的上拔力的影响。若剪力由不带靴梁的锚栓承担,就应将螺母、垫板与底板进行焊接,此时柱底的受剪承载力可按 0.6 倍的锚栓受剪承载力来取用。当柱底的水平剪力大于受剪承载力时,应当设置抗剪键。
柱脚锚栓需用 Q235 钢或 Q345 钢来制作。锚栓的端部要设置弯钩或者锚件,并且要符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010 的相关规定。锚栓的最小锚固长度 la(投影长度)需符合表 10.2.15 的规定,同时不应小于 200mm。锚栓的直径 d 最好不要小于 24mm,并且应采用双螺母。
在进行柱脚锚栓抗拔计算和设计时,需要考虑一种情况,那就是与柱间支撑相连的柱要考虑支撑竖向风荷载的影响。
柱底的水平剪力由底板与基础表面之间的摩擦力来承受,这里的摩擦系数被设定为 0.4。倘若剪力超过了摩擦力,而剪力仅由锚栓来承受的话,就需要采取相应的措施。底板和锚栓之间的间隙要尽量小,并且要把螺母、垫板与底板进行焊接,以此来防止底板发生移动。此外,还需要确保锚栓的混凝土保护层厚度。在考虑锚栓部分受剪的情况下,柱底所承受的水平剪力按照 0.6 倍的锚栓受剪承载力来取用。
当需要设置抗剪键时,可采用钢板、角钢或工字钢等将抗剪键垂直焊于柱底板的底面。同时,应对抗剪键的截面和连接焊缝的受剪承载力进行计算。并且,抗剪键不应与基础表面的定位钢板相接触。
3、机械工业厂房结构设计规范 GB 50906-2013
露出式柱脚基础,钢柱轴力要由底板直接传递至混凝土基础;钢柱底部的水平力,需由底板与混凝土基础间的摩擦力来承受;若水平力大于底板下的摩擦力,就应设置抗剪件并让其承受全部水平力;钢柱底部的弯矩,要由柱脚锚栓的拉力以及底板与基础混凝土间的承压力来承受;柱脚锚栓在基础中的埋置需满足锚固要求,其埋入长度不应小于其直径的 25 倍;锚栓底部应设置锚板或弯钩,锚板厚度宜大于锚栓直径的 1.3 倍。柱脚底板下的混凝土会有局部承压的情况,对于这种局部承压,应当依据现行的国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010中的相关规定来进行验算。
【条文说明】无。
有色金属工业厂房的结构设计需遵循规范 GB 51055 - 2014 ;该规范专门针对有色金属工业厂房的结构设计作出规定;此规范的编号为 51055 - 2014 。
7.3.25 外露式刚性柱脚的设计应符合下列规定:
柱脚需依据柱脚处最为不利的组合内力来进行计算。在进行抗震设计时,柱脚的承载力最好不要小于柱截面塑性屈服承载力的 1.2 倍。
柱脚锚栓的直径和数量需依据组合内力作用下所产生的最大拉力来进行计算并确定。柱脚底部的水平剪力,要么由柱脚钢底板与基础之间的摩擦力来承担,要么设置抗剪键以及其他措施来承担,而不应由柱脚锚栓来承担。
【条文说明】无。
5、高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ 99-2015
8.6.2 外露式柱脚的设计应符合下列规定:
钢柱底部的剪力可通过底板与混凝土之间的摩擦力来传递,其摩擦系数设定为 0.4;若剪力大于底板下的摩擦力,就需要设置抗剪键,让抗剪键来承受全部剪力;同时也可以用锚栓来抵抗全部剪力,在这种情况下,底板上的锚栓孔直径不能大于锚栓直径加上 5mm,并且在锚栓垫片下方要设置盖板,盖板与柱底板进行焊接,还要对焊缝的抗剪强度进行计算。
外露式柱脚可用于各种柱脚。外包式柱脚和埋入式柱脚中钢柱部分与基础的连接,都需按抗弯要求进行设计。锚栓承载力计算参考了高强度螺栓连接(承压型)同时受拉受剪的承载力计算规定。锚栓抗剪时,其孔径不应大于锚栓直径加 5mm 左右,此要求是参考国外规定,国内已有工程成功采用。当不能做到时,应设置抗剪键。
6、混凝土结构加固设计规范 GB 50367-2013
锚栓钢材的承载力验算需分别按以下三种受力情况进行:一是锚栓受拉;二是锚栓受剪;三是锚栓同时受拉剪作用。
锚栓钢材受剪承载力设计值需区分无杠杆臂和有杠杆臂这两种情况(见图 16.2.4),并按照下列公式来进行计算。
式中:Va——锚栓钢材受剪承载力设计值(kN);
锚栓受剪承载力抗震折减系数为 ψE,v;6 度区及以下时,ψE,v 取 1.00;7 度区时,ψE,v 取 0.80;8 度区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地时钢结构地脚螺栓计算,ψE,v 取 0.70
As——锚栓的有效截面面积(mm2);
We1——锚栓截面抵抗矩(mm3);
σ 被验算的锚栓承受的轴向拉应力为 N/mm²,该值依据 Nat/As 来确定。符号 Nat 和 As 的意义在式(16.2.2)中有提及。
约束系数为αm,对于图 16.2.4(a)的这种情况,αm 的取值为 1;而对于图 16.2.4(b)的这种情况,αm 的取值为 2。
l0 为杠杆臂计算长度钢结构地脚螺栓计算,单位是毫米;若基材表面有压紧的螺帽,那么 l0 的值取 l;倘若基材表面没有压紧螺帽,此时 l0 的值取 l 加上 0.5 倍的 d。
图16.2.4 锚栓杠杆臂计算长度的确定
1—锚栓;2—固定件;l0—杠杆臂计算长度
16.2.1 至 16.2.4 这三条规定主要是参照欧洲标准来制定的。同时,考虑到我国钢材的性能和质量情况,对设计指标进行了稍微的调整,且这种调整是偏于安全的。此外,在条文内容的表达方式方面做了适当调整:其一,与现行设计规范相适配,给出锚栓钢材强度的设计值;其二,直接用锚栓抗剪强度设计值?ud,v来替代原公式中的 0.5?ud,t,这样在计算结果相同的情况下,该表达式(16.2.4-1)的概念会更加清晰。这次修订参照了美国 ACI 318 附录 D 的规定,对ψE,V 的取值进行了调整,且调整是偏于安全的。
二、结论
1、从直观意义上,锚栓肯定能抗剪。
目前的规范大多不支持锚栓抗剪。外露式柱脚的抗剪是由底板的摩擦力以及额外设置的抗剪键共同来承担的。
高钢规规定,当由锚栓抵抗全部剪力时,需满足两个条件。其一,底板上的锚栓孔直径不应大于锚栓直径加 5mm;其二,在锚栓垫片下应设置盖板,该盖板要与柱底板焊接,并且要计算焊缝的抗剪强度。
4、混凝土加固设计规范给出了后置锚栓抗剪承载力计算方法。
抗震设计外露式钢柱脚
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