埋入式柱脚设计研究.pdf

第八属全图现代结构工程学术研讨会 埋入式柱脚设计研究 赵晓阳 舆雅纳工程咨询(E海J有限公-日北京分公n-j+北康1[}0020j 提要：现代建筑设计要求结构丁程师灵活运用混凝土结构、钢结构和钢骨混凝J：结构进行结构设计，但是现行的结构设计规范还 ／fi能很好地解决杜脚的设计问题，结构工程师根据小I叫的设计理沦可以畿计出小I司的柱脚，这些l：|i[jJ的设汁在材料用量和 施工难度{：都足不同的。作者在工程实践的捧础l：，捉…了埤入式杆脚设计的改进方法，并选取了两个-hH℃袁性的工程实 例。作者提出的设计方法既可用于钢结构柱脚设汁，也可用于铡骨混凝土组合结构枉脚设汁。 关键词：埋入式柱脚，钢结构柱脚改计，钢骨混凝土组合结构柱脚设汁，北京南站，北京世纪财富巾心 一、引言 随着现代建筑设计的发展，新颖的建筑方案给结构工程师的上作带来巨大挑战。通常对于一个人型建筑项目， 传统意义上的纯混凝土结构或纯钢结构往往不能适应复杂的建筑设计。因此，结构_L程师要灵活运用混凝土结构、 钢结构和钢骨混凝土组合结构进行结构设计。 现代的有限元结构分析软件可以建立具自复杂形体的分析模型，定义不同的材料特性可以模拟不同的材料， 定义不同的约束口丁以模拟小I司的连接方式；而且现行的结构设计规范可以解决各种结构体系的基本构件的承载力 计算问题，也可以解决各种混凝土构件之间的连接、各种铡结构构件之问的连接以及大部分钢结构构件与混凝土 构件的连接问题，这些组合结构的节点包括梁柱节点连接、柱与柱连接、梁与梁连接以及梁与墙连接。但足，无 论是承载力的汁算还是细部构造的处理，现行的结构设计规范还／fi能很好地解决柱脚的设计问题，结构工程帅根 据不同的设计理论可以设汁出不同的柱脚，这些不同的设计在材料用量和施工难度一k都是不同的。 大跨钢结构和钢骨混凝士组合结构都是目前常用的结构形式， ‘般采用埤入式柱脚，无论柱脚的几何关系多 么复杂以及构件的尺寸多么巨大，结构工程师都可以根据整个结构体系的受力性能以及建筑设计的要求，将柱脚 设计成刚接节点或铰接节点；由F铰接节点的构造相对简单而且施工方便，因此应该优先选用铰接节点。作者选 取了两个有代表性的丁程实例，柱脚卜部的结构形式分别是型钢混凝}I框架一钢筋混凝土筒体结构和大跨空间钢 结构，尽管这两种柱脚在细部构造和构件尺寸上是不相同的，但是柱脚的设计思想是相同的。 二、埋入式柱脚设计的改进方法 埋入式柱脚在构造上是将钢柱埋入混凝土中，适用于高层建筑结构和大跨空间结构。对于一般的高层建筑， 底层柱轴向力的控制工况为小震作用下的基本组合或风载作用下的基本组合，柱脚承受轴向压力为主；对于大跨 钢结构，在风荷载、雪荷载和温度荷载作用下，钢结构柱脚的轴向力控制值可能是压力，也可能是挣力。}}1于要 对钢结构柱脚的钢结构部分进行防护处理，要求柱脚钢结构部分的底面应高出地面一定距离，所以在柱脚钢结构 部分的底面和混凝土基础之间要设置混凝上结构构件(柱或墒)。显然，设置混凝土柱要优f设簧混凝上墙，这 样，钢结构的柱脚设计就可以转化成钢骨混凝土组合结构的柱脚设计。 为了减小钢骨混凝上柱的截面尺寸，混凝土基础之上的底层柱应采用钢骨混凝上组合柱，可以利用混凝土和 钢筋承受柱脚的剪力和弯矩，这样钢骨部分主要承担柱脚的轴向力。根据柱脚承受轴向力的性质，可以将柱脚分 为抗压柱脚和抗拉柱脚。在保证结构设计安全和经济的前提下，作者已经将下面的技术措施应用于实际工程设计 中： 1、在抗压柱脚和抗拉柱脚中，可以不设置锚栓，从而减少材料用量并方便施工。 在抗压柱脚Il】，锚栓仅起到安装固定的作用，如果在钢结构安装和混凝士浇筑时采取一定的施工措施，可以 取消锚栓。在抗托柱脚中，锚栓町以承受拉力，frl锚栓的抗拉承载力不高，对于承受轴向拇力较大的柱脚，一方 面，需要配置直径较大而且数量较多的锚栓，这就要求设置较大面积的钢底扳，同时也增加_r基础的面积；另一 方面，锚栓需要一定的锚固深度，这就增加了混凝土基础的高度。总之，在承受拉力较大的柱脚中，利用锚栓承 受拉力不是1项有效的措施。 2、在抗压柱脚中，钢柱可以不深入混凝十．基础中，钢柱的柱底可以位r基础项面。 3-2002和《高层