外露式单向刚接受拔力柱脚锚栓抗拔计算

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1、石油化工设计设计技术PetrochemicalDesign2013，30(1)8～10外露式单向刚接受拔力柱脚锚栓抗拔计算邵晓晖(中国石化工程建设有限公司，北京100101)摘要:介绍了国内石化装置钢结构承重框架中普遍应用的刚性固定柱脚与铰接柱脚，叙述了工程中最为常见的外露式单向刚接柱脚的布置形式及其受力特性。针对柱脚同时出现弯矩和上拔力的特殊工况，在一定假设条件的基础上，推导外露式单向刚接柱脚中锚栓受拔力的计算公式，并依据公式给出满足工程精度需要且易于查阅的图表，以供工程设计人员参考使用。以实际设计工程为算例，说明了外露式单向刚接柱脚中锚栓受拔力图表的使用方法及计算过程。关键词:外露式刚性固

2、定柱脚单向刚接混凝土受压区高度1常见的钢框架柱脚形式个重要组成部分，它将上部结构荷载传至基础，并钢结构承重框架是石化装置常见的结构形连接着钢柱与钢筋混凝土基础这两种力学性质迥［1，2］式，相对于混凝土结构，它具有自重小、布置灵活然不同的材料，设计人员必须高度重视。钢框等优势，广泛用于设备操作框架、仓库、厂房等建架柱脚按结构内力分为铰接连接柱脚和刚性固定(构)筑物中。钢结构的柱脚节点是结构整体的一连接(刚接)柱脚两大类(见图1和图2)。铰接柱脚－仅传递垂直与水平力钢结构柱脚{外露式柱脚刚性固定柱脚－除传递垂直力和水平力，还要传递弯矩{埋入式柱脚外包式柱脚图1外露式柱脚1－钢柱;2－柱脚底板;3－

3、垫板;4－加劲肋;5－柱脚锚栓;6－抗剪键;7－排气孔;8－泄水孔外露式刚性固定柱脚是工程最为常见的一种计图集《单层房屋钢结构节点构造详图(工字型截刚接柱脚形式，这类柱脚的承载力通常受锚栓抗面钢柱柱脚)》(06SG529－1)中，还给出了刚接柱拔力的控制。在上部结构荷载作用下，其受力以脚锚栓拉力的计算公式———此公式与《钢结构连“压弯剪”最为常见，即柱脚同时承受压力、弯矩和剪力，这种情形下其锚栓抗拔验算已有较成熟的收稿日期:2012－09－27。方法。设计人员可以根据整体计算模型中得到不作者简介:邵晓晖，男，2005年毕业于清华大学结构工程专业，工学硕士，工程师，从事石油化工装置结构同工况下的

4、柱脚反力，从各类节点图集或选用图设计工作。联系电话:010－84878688;E－mail:sha-表中选用适当的柱脚布置;此外，国家建筑标准设oxiaohui．sei@sinopec．com2013年第1期(第30卷)邵晓晖．外露式单向刚接受拔力柱脚锚栓抗拔计算·9·向支撑时往往受到上游的工艺与管道等专业的限制。在某些荷载工况下，设计人会发现上部结构的竖向荷载不足以抵消弯矩在柱脚产生的力偶，柱脚出现了拔力。通常此种工况下，上拔力不会很大。但由于设计人员没有具体的计算公式可供验算，只能盲目选用更多或直径更大的锚栓，存在一定的安全隐患，同时也造成了一定的浪费。为解决此问题，以下在已知柱脚锚栓排布

5、形式的情况下，推导拉弯剪柱脚锚栓拔力验算公式。推导中使用了如下假定:材料均为线弹性;柱脚底板保图2埋入式与外包式柱脚1－基础纵向主筋;2－顶部加强钢筋;3－圆柱头栓钉;持平截面;柱脚底板与基础混凝土保持几何协调;4－柱脚底板;5－柱脚锚栓;6－一般箍筋受压区混凝土的应力图形为三角形。对底板下混接节点设计手册》(中国建筑工业出版社第二版)凝土是否存在压应力进行分情况讨论(参考图(以下简称《手册》)中给出的锚栓拔力计算公4):［3］式是一致的———设计人员可以根据柱脚反力求出锚栓拉力，进而验算柱脚底板厚度和底板下混凝土的压应力，并对焊缝进行校核。柱脚的剪力则根据其值的大小，由柱脚底板与混凝土之间的

6、摩擦力或设置抗剪键来承受。2外露式单向刚接受拔力柱脚锚栓的抗拔计算在国内的石化装置设计中，"外露式单向刚接柱脚"应用十分广泛，其布置形式如图1(c)所示。在计算中，假定钢框架柱强轴方向按刚接设计，弯矩可以通过柱脚传递给基础;弱轴方向按铰接设图4混凝土“无”和“有”压应力时的拉弯柱脚计算示意计，通过布置竖向支撑，将水平荷载在柱脚产生的1－柱脚拔力N;2－偏心距e;3－柱脚螺栓;弯矩转化为力偶，分别传递给支撑两侧的钢柱基4－混凝土受压区高度Xn;础。这种柱脚能充分发挥材料的力学性能，受力5－混凝土压应力σc;L－底板长;B－底板宽简单明确，施工方便快捷，有一定的安全储备。缺1)当偏心距e满足:0≤

7、e≤L/2－Lt，此时锚栓受力形态类似于简支梁的两支座，底板下混凝点是弱轴方向的竖向刚度过于集中，影响了框架土无压应力。由一侧锚栓的弯矩平衡公式可得:T的整体工作性能，见图3。=(e+L/2－Lt)/(L－2Lt);当L/2－Lt时，最大锚栓拔力T等于柱脚拔力N。2)当偏心距e＞L/2－Lt时，此时不考虑远端锚栓的受压，通过柱脚底板的力平衡、弯矩平衡公式，可以得到底板下混凝土最大受压应力σc、锚栓