《钢柱下钢筋混凝土独立基础设计资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢柱下钢筋混凝土独立基础设计资料（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、钢柱下钢筋混凝土独立基础设计 党昱敬常 奎 ( 中冶集团建筑研究总院 北京 100088)(中国矿业大学 北京 100083) 摘 要: 在满足现有国家规程规范的基础上, 提出了钢柱独立钢筋混凝土基础的设计方法, 力求使钢柱独 立钢筋混凝土基础设计系统化、 简明化, 以便业内设计工程师易于掌握和应用。 关键词: 钢柱 短柱 无短柱基础 有短柱基础 DESIGN OF RC INDEPENDENT FOUNDATION BELOW A STEEL COLUMN Dang Yujing (Central Research Institute of Building and Construction
2、, MCC Group Beijing 100088) Chang Kui ( China University of Mining and T echnology Beijing 100083) Abstract:Based on meeting the current national specifications and codes, the design method of RC independent foundation below a steel column is proposed, which will make this sort of design systematic
3、and concise, in order to let design engineers grasp and use it easily1 Keywords: steel column short column foundation without short column foundation with short column 随着国民经济和建筑科学技术的迅猛发展, 钢 结构以其独特性能被广泛应用在工业与民用建筑 中, 上部结构在设计理论、 加工制作工艺及安装施工 方面都达到很高的水平, 其相应的规程规范结构工 程师也易于掌握和应用; 而在基础工程设计方面, 文 献 1, 2 所提出的设
4、计条款无论是对结构工程师还 是对土木工程师( 岩土) 操作起来都比较繁琐, 且目 前尚没有系统介绍钢柱独立钢筋混凝土基础的设计 方法。参考文献 3, 4 , 只要计算出柱脚力, 即钢柱 传至基础顶部的各类荷载效应设计值和标准值, 再 结合文献 1, 2 相应的构造措施, 就很容易设计出钢 柱独立钢筋混凝土基础。该设计方法在满足现有国 家规程规范的基础上, 力求使钢柱独立钢筋混凝土 基础设计系统化、 简明化, 以便业内设计工程师易于 掌握和应用。 1 设计方法 由文献 2 可知, 采用底脚螺栓与钢柱连接的独 立钢筋混凝土基础, 其基本结构形式见图 1。 根据基础埋置深度, 钢柱独立钢筋混凝土基础
5、 分为无短柱基础和有短柱基础。无短柱基础的高度 按冲切计算确定, 且满足 (H + h1+ h2) =Lm+ 100mm; 当基础台阶以上高度H Lm时, 称为有短 柱基础。由图 1 可知有短柱基础由两部分组成: 1) - 截面以下基底台阶部分; 2) - 截面以上 的短柱部分。无短柱基础和 - 截面以下基底台 阶部分底面积、 台阶高度、 基础底面的设计计算方法 和构造措施与一般柱下独立基础一致, 不再赘述。 1- 地脚螺栓;2- 钢柱柱脚底板; 3- 二次浇灌层; 4- 短柱; 5- 基底台阶 注: Lm为地脚螺栓埋置深度; d 为地脚螺栓直径 图1 底脚螺栓混凝土基础连接 第一作者: 党昱
6、敬 男 1961 年 8 月出生 高级工程师 国家注册 土木工程师( 岩土) 收稿日期: 2006- 04- 15 现就- 截面以上的短柱部分的设计计算方法作 一分析探讨。在分析探讨之前, 对短柱部分作以下 722 Industrial Construction Vol. 36, Supplement, 2006 工业建筑 2006年第 36 卷增刊 限定: 1) 截面形式为在工程设计中最常见矩形截面 形式; 2) 短柱的长细比 L0/ h 5( L0为构件的计算 长度, L0= 1125H; h 为截面高度) , 即此限定不考 虑挠度对偏心距的影响; 3) 采用工程设计中常用的 对称配筋,
7、即 As= As, fy= fy, 且 a = a。 短柱部分的计算, 按钢筋混凝土受压构件考虑。 短柱部分承受上部钢结构柱脚传至基础短柱顶部的 内力, 包括钢结构柱传来的轴力 N 、 弯矩 M、 剪力 V 及直接作用在基础短柱顶部的外荷载两部分之和, 并计入基础短柱自重。取短柱的最不利截面, 即短 柱与基底台阶交接处的 - 截面进行强度计算。 根据上述在 - 截面处钢筋混凝土短柱大、 小偏 心及界限偏心受压受力分离体见图 2: 图 2 短柱计算简图 图 2 分别为大偏心受压、 界限轴心受压和小偏 心受压。 根据文献 3, 4 将受压区混凝土应力图形化为 等效矩形应力图形图块, 其矩形应力图系
8、数 A1、 B1 见表 1。 表 1 矩形应力图系数 A1、 B1 混凝土强度等级 50556065707580 E00100201002 0301002 0501002 0801002 101002 1301002 15 Ecu01003 301003 2501003 201003 1501003 1001003 0501003 0 A11100019901980197019601950194 B10180017901780177017601750174 由文献 3, 4 Fb= B1 1+ fy EcuEs ( 1) 可计算出钢筋混凝土工程设计中常用的HRB335 和 HRB400 级钢筋
9、相对界限受压区高度 Fb见表 2。 表 2 相对界限受压区高度Fb 混凝土强度等级 50556065707580 B1 0180017901780177017601750174 Ecu 01003 301003 2501003 201003 1501003 1001003 0501003 0 fy/ MPa HRB335300 300 300 300 300 300 300 HRB400360 360 360 360 360 360 360 Es/ 105MPa210210210210210210210 FbHRB33501550 001540 501531 101521 601512 201
10、502 801493 3 HRB40001517 701508 401499 201490 001480 801471 701462 5 由图 2 根据轴力和对受拉钢筋合力中心取矩的 平衡, 可推导出最小相对偏心距 ( eib/ h0)min和 Nb 的计算公式4如下: ( eib h0) min= 723 钢柱下钢筋混凝土独立基础设计) ) 党昱敬, 等 Fb( h h0 - Fb) + 01004 h h0(1- a h0) f y/ A1fc 2Fb ( 2) Nb= A1fcFbbh0( 3) 在已知短柱构件截面尺寸( 上部结构钢柱截面 尺寸确定后, 根据图 1 构造要求可选定出短柱构
11、件 截面尺寸) 、 计算长度 ( L0/ h 5, 不考虑挠度对偏 心距的影响)、 材料强度( fy、 fc) 及内力设计值( M、 N) , 采用式(2)、 式(3) 和表 1、 表 2 相关参数可计算 出( eib)min和 Nb。 再由图 2根据轴力和对受拉钢筋合力中心取矩 的平衡, 可推导出钢筋混凝土短柱截面配筋计算公 式4如下: 1) 当 ei ( eib)min, 且 N Nb时, 为大偏心受 压。 x = N / ( A1fcb)( 4) Asc = As= Ne- A1fcbx ( h0- x / 2) fy( h0- a) ( 5) 如 x ( eib)min, 且 N Nb
12、 时, 为小偏心受压。 F= N - FbA1fcbh20 Ne - 0. 43A1fcbh20 ( B1- Fb) ( h0- a) + A1fcbh0 + Fb( 7) Asc = As= Ne- F (1- 0. 5F ) A1fcbh20 fy( h0- a) ( 8) 在已知短柱构件截面尺寸( 上部结构钢柱截面 尺寸确定后, 根据图 1 构造要求可选定出短柱构件 截面尺寸) 、 计算长度 ( L0/ h 5, 不考虑挠度对偏 心距的影响)、 材料强度( fy、 fc) 及内力设计值( M、 N) , 由式( 4) 式( 8) 就可计算出 Acs( As) , 式中 Acs( As)
13、为沿短柱短边配置的纵向受力钢筋。在钢 筋混凝土短柱设计中纵向受力钢筋除满足上述计算 外, 还必须满足文献 1, 2 中的构造要求。 以上对钢筋混凝土偏心受压短柱正截面受压承 载力的计算进行了分析探讨, 并推导出相应的计算 公式。如前所述- 截面不仅承受轴力 N 和弯 矩M 作用, 而且承受剪力 V 的作用, 因此还要验算 钢筋混凝土短柱斜截面的受剪承载力。根据试验资 料分析和5混凝土结构设计规范6 ( GB 50010 - 2002) , 钢筋混凝土偏心受压短柱受剪承载力采用下 列公式4计算: V = 1175 K + 110f tbh0+ fyv Asv s h0+ 0107N( 9) 式中
14、 K) ) 钢筋混凝土偏心受压短柱的计算剪 跨比, 取 K= M/ ( Vh0), 当 K 3 时, 取 K= 3。 N ) ) 与剪力设计值 V 相应的轴向压力设 计值; 当 N 013fcA 时, 取 N = 013fcA : A ) ) 钢筋混凝土偏心受压短柱的截面面 积。 受剪截面应符合下列条件: V 0125Bcfcbh0(10) 当符合下列条件时: V 1175 K+ 110f tbh0+ 0107N(11) 可不进行斜截面受剪承载力计算, 按文献 1, 2 中的 构造要求配置箍筋。 式( 1) 式( 11) 中各符号的含义见文献 3, 4 。 2 设计算例 已知短柱截面尺寸为 b
15、 h =790mm 1 100mm; 短柱与基底台阶交接处 ) 截面承受的 轴力设计值 N = 600123kN, 弯矩设计值 M = 5611205 kN #m, 剪力设计值 V = 79185kN。 采用 C30 级混凝土, 纵向钢筋采用 HRB335 级钢筋, 箍筋 采用HPB235级钢筋。求短柱所需配置的纵向受力 钢筋 Acs( As) 和箍筋 Asv。 解: 1) 求 ( eib)min和 Nb 已知: fc= 1413MPa, ft= 1143MPa, fy= 3 00MPa, fyv= 210MPa。 设 a = 35mm, h0= 1 065mm, e0=M/ N = 5611
16、205 103/ 600123= 935mm, h/ 30= 1 100/ 30 = 37mm, 取 ea= 37mm, 则 ei=e0+ ea= 972mm。 ( eib h0) min= Fb( h h0 - Fb) + 01004 h h0(1- a h0)f y/ A1fc 2Fb = 01318 ( eib)min= 339mm Nb= A1fcFbbh0= 6 617kN 2) 求 Acs( As) 因 ei= 972mm ( eib)min= 339mm, 切 N = 600123kN V = 79185kN 说明截面尺寸可用, 箍筋按文献 1, 2 中的构造 要求配置。 通过以上正截面和斜截面计算结果, 再根据文 献 1, 2 中的构造要求可完整地设计出钢筋混凝土 短柱结构图, 结构配筋图略。 3 结 语 1) 根据基础埋置深度钢柱独立钢筋混凝土基础 分为无短柱基础和有短柱基础,
