沈阳钢结构工程柱脚设计探讨

柱脚是钢结构的一个重要组成部分,具有固定位置和传力两大作用,沈阳钢结构工程柱脚设计对整个结构的安全有重大影响,然而柱脚设计关键点往往被忽略,计算内容较多、公式复杂、钢结构工程形式多样,柱脚形式多样。

对于高层钢结构工程而言,地下室框架柱一般均采用组合结构,如果按照《组合规》第 6.5条规定,基础底板厚度较大,柱脚设计和构造偏于严格,造成基础设计的极大浪费和不合理。结合柱脚受力机理,可主要参考《高钢规》的规定。

对于一些执行规范较严格的地区,设计人员对柱脚的设计也可采用性能化的设计方式,即采用大震下地震组合内力对柱脚进行设计,大震下地震力组合值系数可取1.0,材料的强度采用标准值。

综合以上各规范对钢结构柱脚设计的规定,对于不同类型钢结构工程可选用的柱脚见下表 。

设防烈度

类型

柱脚形式

外露式

外包式

埋入式

6度、7度

门式刚架轻型厂房

单层(重型)钢结构厂房

多层钢结构厂房

×

单层钢结构建筑

多层钢结构建筑

×

高层钢结构建筑

×

钢与混凝土组合结构

×

钢管混凝土组合结构

×

8度及以上

门式刚架轻型厂房

单层(重型)钢结构厂房

×

多层钢结构厂房

×

单层钢结构建筑

多层钢结构建筑

×

高层钢结构建筑

×

钢与混凝土组合结构

×

钢管混凝土组合结构

×

(:✓:适宜采用 ○:可以采用,但需进行性能化设计 ×:不应采用或可不采用)

新钢标对于柱脚的新规定

1. 新钢标明确规定,插入式柱脚可用于多层钢结构框架柱,正式认可了插入式柱脚在民用建筑中的应用。插入式柱脚之前主要出现在工业建筑的相关内容。

2. 关于抗震性能化设计中对于柱脚的另外一些相关规定,详《钢结构设计标准》(GB50017-2017)第17.2.12条。

3. 新钢标关于外包式柱脚参考了日本的相关规定,受力模式跟之前规范有更新,钢柱弯矩在外包柱脚顶部钢筋位置处最大,底板处约为零,弯矩通过钢柱和混凝土之间的压力传递。以往受力模式假定是,轴力由钢柱底板传递,弯矩通过栓钉传递给混凝土短柱,受力模式的变化导致对栓钉的设计要求有所不同。新钢标条文中不再写栓钉的要求,只是在图中表示栓钉为可选项,与高钢规表示“外包部分的钢柱翼缘表面宜设置栓钉”相吻合,即栓钉为构造措施。