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1、钢结构基础钢结构第7章 钢结构的连接和节点构造 7.1 钢结构对连接的要求及连接方法7.2 焊接连接的特性7.3 对接焊缝的构造和计算7.4 角焊缝的构造和计算7.5 焊接残余应力和焊接残余变形7.6 普通螺栓连接的构造和计算7.7 高强度螺栓连接的性能和计算7.12 柱脚设计 习题及思考题7.12 柱脚设计n柱脚类型概述n轴心受压柱的柱脚n例题7-16n压弯构件的柱脚n例题7-177.12 柱脚设计1 1、柱脚的作用：传力并连接基础。、柱脚的作用：传力并连接基础。2 2、构造：与计算简图符合、构造：与计算简图符合 刚接柱脚：刚接柱脚：支承式支承式、埋入式、外包式、埋入式、外包式 铰接柱脚：铰
2、接柱脚：支承式支承式（外露式）（外露式）设设计计原原则则是是：传传力力明明确确、经经济济合合理理、安安全全可可靠靠，并具有足够的刚度且构造又不复杂。并具有足够的刚度且构造又不复杂。n柱脚的型式和构造柱脚的型式和构造刚接柱脚刚接柱脚- -支承式支承式7.12.1 轴心受压柱的柱脚不能转动不能转动n柱脚的型式和构造柱脚的型式和构造铰接柱脚铰接柱脚型式：型式：1、轴承式柱脚、轴承式柱脚 制作安装复杂，费钢材，制作安装复杂，费钢材，但与力学符合较好。但与力学符合较好。枢轴枢轴7.12.1 轴心受压柱的柱脚2 2、平板式柱脚、平板式柱脚混凝土的强度远比钢材低，必须把柱的底部放大，混凝土的强度远比钢材低，
3、必须把柱的底部放大，以增加其与基础顶部的接触面积以增加其与基础顶部的接触面积XYN靴梁靴梁隔板隔板底板底板隔板隔板锚栓锚栓柱柱N N小小焊缝传力焊缝传力N N较大较大柱端铣平直接传力柱端铣平直接传力加工困难、底板厚加工困难、底板厚N N较大较大设靴梁、隔板设靴梁、隔板隔板提高底板抗弯能力隔板提高底板抗弯能力7.12.1 轴心受压柱的柱脚 锚栓用以固定柱脚位置，沿轴线布置锚栓用以固定柱脚位置，沿轴线布置2 2个，直径个，直径20-24mm20-24mm，锚栓孔，锚栓孔1.5-2d1.5-2d，用零件板固定。，用零件板固定。肋板肋板7.12.1 轴心受压柱的柱脚柱脚零件间的焊缝布置柱脚零件间的焊缝
4、布置焊缝布置原则：焊缝布置原则：考虑施焊的方便与可能考虑施焊的方便与可能平板式铰接柱平板式铰接柱带靴梁铰接柱带靴梁铰接柱常用铰接柱脚的几种形式常用铰接柱脚的几种形式7.12.1 轴心受压柱的柱脚n轴心受压柱脚计算n底板的计算n平面尺寸基础抗压强度n底板厚度板抗弯强度n靴梁的计算n高度焊缝长度n厚度构造、抗弯剪强度n隔板计算n厚度刚度、强度n高度焊缝n柱脚计算柱脚计算计算内容：确定底板尺寸、计算内容：确定底板尺寸、靴梁尺寸、连接焊缝尺寸靴梁尺寸、连接焊缝尺寸c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1L La ab b1 1靴梁靴梁隔板隔板底板底板隔板隔板锚栓锚栓柱柱N7.12.1 轴
5、心受压柱的柱脚柱 靴梁 底板 混凝土基础隔板（肋板）实际计算不考虑实际计算不考虑竖向焊缝竖向焊缝水平焊缝水平焊缝传力途径传力途径（1）底板面积的计算）底板面积的计算 底板与基础接触面上的压应力底板与基础接触面上的压应力假定均匀分布假定均匀分布 N柱的轴心压力；柱的轴心压力；基础材料的抗压强度设计值；基础材料的抗压强度设计值；A0锚栓孔的面积。锚栓孔的面积。 平面尺寸取决于基础材料的抗压能力平面尺寸取决于基础材料的抗压能力n柱脚计算柱脚计算c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a ab b1 1靴梁靴梁隔板隔板底板底板L L7.12.1 轴心受压柱的柱脚b b 构件截面高度构件截
6、面高度t t 靴梁厚度一般为靴梁厚度一般为101014mm14mmc c 悬臂宽度，悬臂宽度，c=3c=34 4倍螺栓直倍螺栓直径径d d，d=20d=2024mm,c=20-100mm24mm,c=20-100mmc cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a ab b1 1L L底板宽：底板宽： B=b+2t+2c B=b+2t+2c底板长：底板长： L=A/B L=A/B BL2B BL2B q=N/(BL-A q=N/(BL-A0 0) )7.12.1 轴心受压柱的柱脚底板厚：底板厚：a ab b1 1L L7.12.1 轴心受压柱的柱脚取决于板的抗弯强度取决于板的抗弯强度底
7、板划分板块：由靴梁、隔板、柱身支撑，受均匀底板划分板块：由靴梁、隔板、柱身支撑，受均匀反力反力各板块最大弯矩求板厚各板块最大弯矩求板厚板块：一边板块：一边( (悬臂板悬臂板) )、两边、三边和四边支承板。、两边、三边和四边支承板。一边支承部分（悬臂板）一边支承部分（悬臂板）7.12.1 轴心受压柱的柱脚c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a ab b1 1L L 二相邻边支承部分：二相邻边支承部分： - -对角线长度；对角线长度； - -系数，与系数，与 有关。有关。 式中：式中：b b2 2/a/a2 20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.20.026
8、0.0420.0560.0720.0850.0920.1040.1110.1200.125c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a ab b1 1L La a2 2b b2 27.12.1 轴心受压柱的柱脚 三边支承部分：三边支承部分： - -自由边长度；自由边长度； - -系数，与系数，与 有关。有关。 式中：式中：c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a ab b1 1L L当当b b1 1/a/a1 10.30.3时，可按悬臂长度为时，可按悬臂长度为b b1 1的悬臂板计算。的悬臂板计算。b b1 1/a/a1 10.30.40.50.60.70.80.9
9、1.01.11.20.0260.0420.0560.0720.0850.0920.1040.1110.1200.1257.12.1 轴心受压柱的柱脚 四边支承部分：四边支承部分： 式中：式中： a-四边支承板短边长度；四边支承板短边长度； b-四边支承板长边长度；四边支承板长边长度； 系数，与系数，与b/a有关。有关。b/a1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.03.04.00.0480.0550.0630.0690.0750.0810.0860.0910.0950.0990.1010.1190.125c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a ab b
10、1 1L L7.12.1 轴心受压柱的柱脚底板厚：底板厚：20mmt40mm20mmt40mmt14mmt14mm（刚度要求，满足反力均匀）（刚度要求，满足反力均匀）各区格弯矩相近，否则重新调整尺寸及划分各区格弯矩相近，否则重新调整尺寸及划分7.12.1 轴心受压柱的柱脚c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a ab b1 1L L靴梁靴梁h ha an靴梁的计算靴梁的计算厚度：宜与柱翼缘尺寸相近，最小厚度厚度：宜与柱翼缘尺寸相近，最小厚度10mm10mm高度：由其与柱间的焊缝（高度：由其与柱间的焊缝（4 4条）长度确定。条）长度确定。h hf f1.2t1.2t1 17.12
11、.1 轴心受压柱的柱脚按支承在柱边的双悬臂外伸梁受均布反力作用。按支承在柱边的双悬臂外伸梁受均布反力作用。c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a ab b1 1L LleqlhalRRMn靴梁的计算靴梁的计算靴梁的截面验算靴梁的截面验算两块靴梁板承受的最大弯矩：两块靴梁板承受的最大弯矩： M=qBl M=qBl2 2/2/2两块靴梁板承受的剪力：两块靴梁板承受的剪力： V=qBl V=qBl厚度：厚度：1/501/50隔板长隔板长 靴梁厚靴梁厚高度：连接焊缝长高度：连接焊缝长隔板可视为简支于靴梁的简支隔板可视为简支于靴梁的简支梁，负荷范围如图。梁，负荷范围如图。qh h1 1
12、a a1 1n隔板的计算隔板的计算7.12.1 轴心受压柱的柱脚隔板截面验算：隔板截面验算：qh h1 1a a1 1式中：式中：7.12.1 轴心受压柱的柱脚靴梁及隔板与底板间的焊缝的计算靴梁及隔板与底板间的焊缝的计算按正面角焊缝，承担全部轴力计算，焊脚尺寸由按正面角焊缝，承担全部轴力计算，焊脚尺寸由构造确定。构造确定。7.12.1 轴心受压柱的柱脚7.12.2 压弯构件的柱脚n 压弯构件的柱脚压弯构件的柱脚铰接柱脚：同轴心受压柱的构造和计算铰接柱脚：同轴心受压柱的构造和计算刚接柱脚：刚接柱脚：N N、M M作用，构造要求传力明确便于制造作用，构造要求传力明确便于制造 和安装和安装N N、M
13、 M较小较小角钢增加刚度角钢增加刚度M M较大较大槽钢加肋增加刚度槽钢加肋增加刚度V?V?N N、M M较大较大要求增加底板抗弯能力（基础上应力分布均匀）要求增加底板抗弯能力（基础上应力分布均匀）采用带靴梁的构造方案，锚栓承担拉力。采用带靴梁的构造方案，锚栓承担拉力。格构柱格构柱实腹柱实腹柱7.12.2 压弯构件的柱脚7.12.2 压弯构件的柱脚n压弯构件柱脚构造方案压弯构件柱脚构造方案n平板式柱脚平板式柱脚 N,M N,M较小较小, ,底板只承受不均匀压力底板只承受不均匀压力n靴梁式柱脚靴梁式柱脚 N,M N,M较大，底板出现拉区较大，底板出现拉区n分离式柱脚分离式柱脚 格构柱肢间距很大格构
14、柱肢间距很大格构柱格构柱联系杆增加刚度联系杆增加刚度7.12.2 压弯构件的柱脚每每个个柱柱肢肢端端部部设设置置独独立立柱柱脚脚，节节省钢材制造简便省钢材制造简便特点：特点：适用：适用：肢间距大的格构式柱肢间距大的格构式柱设计：设计：锚栓直径根据分肢可能最大拉力确定锚栓直径根据分肢可能最大拉力确定底板设联系杆，保证运输安装整体性底板设联系杆，保证运输安装整体性按可能最大压力，按轴压柱脚设计按可能最大压力，按轴压柱脚设计7.12.2 压弯构件的柱脚B=b+2cB=b+2cbb柱截面宽柱截面宽CC悬伸部分悬伸部分c2-3cmc2-3cm - -混凝土抗压强度设计值混凝土抗压强度设计值底板平面尺寸：
15、（底板平面尺寸：（7-867-86）n平板式整体柱脚7.12.2 压弯构件的柱脚拉力拉力T T由锚栓承受由锚栓承受n靴梁式整体柱脚锚栓承担拉力锚栓承担拉力特点：特点：适用：适用：弯矩轴力较大，要求底板抗弯能力弯矩轴力较大，要求底板抗弯能力设计：设计：柱身与靴梁的连接焊缝柱身与靴梁的连接焊缝锚栓拉力及直径的确定锚栓拉力及直径的确定底板长度和厚度计算、靴梁强度底板长度和厚度计算、靴梁强度7.12.2 压弯构件的柱脚eNeN至受压区合力至受压区合力R R的距离的距离L L0 0底板边缘至锚栓孔边缘的距离底板边缘至锚栓孔边缘的距离dd锚栓孔直径锚栓孔直径L L由由 确定确定拉力拉力T T由锚栓承受由锚
16、栓承受算法算法1 1求求T T和和L L（7-877-87）锚栓拉力锚栓拉力T T较小时，应力三角形分布较小时，应力三角形分布底面受压区的总压力底面受压区的总压力R=N+TR=N+T7.12.2 压弯构件的柱脚求求N N、M M作用的最大压应力作用的最大压应力求合力点求合力点R R至截面形心轴距离至截面形心轴距离e e求合力点求合力点R R至锚栓中心距离至锚栓中心距离x x算法算法2 2求求T T和和L L（7-887-88）接触面假定为弹性体受力接触面假定为弹性体受力7.12.2 压弯构件的柱脚T T过大时，过大时，d60mmd60mm时，时，采用如图受力分布采用如图受力分布格构柱格构柱7.
17、12.2 压弯构件的柱脚n 压弯构件柱脚底板厚度压弯构件柱脚底板厚度 压弯构件柱脚底板压弯构件柱脚底板厚度厚度确定同轴心受确定同轴心受压柱，各区格弯矩取该区格最大压应力压柱，各区格弯矩取该区格最大压应力7.12.2 压弯构件的柱脚习题及思考题n试设计轴心受压柱的柱脚。已知：柱子采用热试设计轴心受压柱的柱脚。已知：柱子采用热轧轧H H型钢，截面为型钢，截面为HW250 250 914HW250 250 914，轴心，轴心压力设计值为压力设计值为1650kN1650kN，钢材为，钢材为Q235Q235，焊条，焊条E43E43型。基础混凝土强度等级为型。基础混凝土强度等级为C15C15。n试设计框架柱的整体式柱脚。已知：柱子采用试设计框架柱的整体式柱脚。已知：柱子采用焊接工字形截面，柱子翼缘为焊接工字形截面，柱子翼缘为-360 20-360 20，腹，腹板为板为-650 10-650 10。柱脚和锚栓的最不利荷载组。柱脚和锚栓的最不利荷载组合的内力设计值合的内力设计值N=80kNN=80kN，M=700kNmM=700kNm。柱脚钢材。柱脚钢材为为Q235Q235，焊条，焊条E43E43型。基础混凝土强度等级为型。基础混凝土强度等级为C20C20。n例题例题7-177-17
