钢结构 第8章 节点设计原理.ppt

《钢结构 第8章 节点设计原理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢结构 第8章 节点设计原理.ppt（111页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、8-1 节点设计的原则整个结构是由构件和节点（connection）构成的。单个构件必须通过节点相连接，协同工作才能形成结构整体。即使每个构件都能满足安全使用的要求，如果节点设计处理不恰当，连接节点的破坏，也常会引起整个结构的破坏。可见，要使结构能够满足预定功能的要求，正确的节点设计与构件设计，两者具有同等的重要性。由于连接节点受力状态较为复杂，不易精确地分析其工作状态。所以，在节点设计时应遵循下列基本原则：明确的传力路线和可靠的构造保证（1）连接节点应有明确的传力路线和可靠的构造保证。传力应均匀和分散，尽可能减少应力集中现象。在节点设计过程中，一方面要根据节点构造的实际受力状况，选择合理的结

2、构计算简图；另一方面节点构造要与结构的计算简图相一致。避免因节点构造不恰当而改变结构或构件的受力状态，并尽可能地使节点计算简图接近于节点实际工作情况。便于制作、运输和安装（就位和调整）（2）便于制作、运输和安装。节点构造设计是否恰当，对制作和安装影响很大。节点设计便于施工，则施工效率高，成本降低；反之，则成本高，且工程质量不易保证。所以应尽量简化节点构造。经济合理（3）经济合理。要对设计、制作和施工安装等方面综合考虑后，确定最合适的方案。在省工时与省材料之间选择最佳平衡。尽可能减少节点类型，连接节点做到定型化、标准化。应防止厚钢板层状撕裂ZYX钢板受撕裂情况 如图，通过轧制而成的钢板，三个方向

3、的机械性能均不相同，其中Z向（厚度方向）最差，特别是塑性和韧性 次梁与主梁的连接有铰接（hinged connection或simple framing connection）和刚接（fully restrained connection）两种。若次梁按简支梁或连续梁计算，但在连接节点处只传递次梁的竖向支座反力，其连接为铰接。若次梁按连续梁计算，连接节点除传递次梁的竖向支座反力外，还能同时传递次梁的端弯矩，其连接为刚接。次梁与主梁的连接型式按其连接相对位置的不同，可分为叠接和平接两种。8-2 次梁与主梁的连接节点叠接叠接是次梁直接放在主梁是次梁直接放在主梁或其他次梁上，用焊缝或螺或其他次梁上，

4、用焊缝或螺栓固顶。连接方法简单方便，栓固顶。连接方法简单方便，但建筑高度大，使用受到限但建筑高度大，使用受到限制。制。二、二、主次梁的相互连接主次梁的相互连接（叠接、平接叠接、平接）平接是将次梁连接在主梁的侧面（图8.2.4），可以直接连在主梁的加劲肋图8.2.4（a）、短角钢图8.2.4（b）和承托图8.2.4（c）上。次梁顶面根据需要可以与主梁顶面相平，或比主梁顶面稍低。平接可以降低结构高度，故在实际工程中应用较为广泛。图8.2.4 次梁与主梁的平接（铰接）为防止受扭，宜采用铰接方法次梁与主梁的简支连接铰接、刚接铰接、刚接次梁与主梁的刚性连接次梁与主梁的刚性连接8.2.2 次梁与主梁刚接次

5、梁与主梁刚接次梁与主梁刚接时，由于连接节点除传递次梁的竖向支反力外，还要传递次梁的梁端弯矩，当主梁两侧次梁的梁端弯矩相差较大时，会使主梁受扭，对主梁不利。因此只有当主梁两侧次梁梁端弯矩相差较小时，才采用这种连接方式。次梁与主梁的刚接常采用平接形式。此时，次梁连接在主梁的侧面，并与主梁刚接，两相邻次梁成为支承于主梁侧面的连续梁（图8.2.5）。为此，两跨次梁之间必须保证能够传递其支座弯矩。图8.2.5（a）为采用高强度螺栓连接。图8.2.5（b）为次梁支承在主梁的承托上，采用焊接连接。由于次梁弯矩主要由其翼缘承受，所以在次梁翼缘上应设置连接盖板。次梁支座负弯矩M可以分解为上翼缘拉力和下翼缘压力的

6、力偶（h为次梁高度）。计算时，次梁上、下翼缘与连接板的螺栓连接或焊接连接要满足承受N力的要求。次梁的竖向支座反力R则通过螺栓传给主梁腹板加劲肋图8.2.5（a），或直接通过次梁梁端承压传给主梁的承托图8.2.5（b）。次梁的竖向支座反力R在承托顶板上的作用位置可视为距承托外边缘 处，承托顶板上的压力为三角形分布图8.2.5（c）。梁与柱的连接一般可分为三类：其一，铰接连接，这种连接柱身只承受梁端的竖向剪力，梁与柱轴线间的夹角可以自由改变，节点的转动不受约束；其二，刚性连接，这种连接柱身在承受梁端竖向剪力的同时，还将承受梁端传递的弯矩，梁与柱轴线间的夹角在节点转动时保持不变；其三，半刚性连接（p

7、artially restrained connection），介于铰接连接和刚性连接之间，这种连接除承受梁端传来的竖向剪力外，还可以承受一定数量的弯矩，梁与柱轴线间的夹角在节点转动时将有所改变，但又受到一定程度的约束。8-3 梁与柱的连接节点梁与柱的连接节点在实际工程中，上述理想的刚性连接是很少存在的。通常，按梁端弯矩与梁柱曲线相对转角之间的关系，确定梁与柱连接节点的类型。当梁与柱的连接节点只能传递理想刚性连接弯矩的20%以下时，即可认为是铰接连接。当梁与柱的连接节点能够承受理想刚性连接弯矩的90%以上时，即可认为是刚性连接。半刚性连接的弯矩转角关系较为复杂，它随连接形式、构造细节的不同而异

8、。进行结构设计时，必须通过试验或其他方法提供较为准确的节点弯矩转角关系。设计部门很难办到，因此目前较少采用半刚性连接节点。8.3.1 梁与柱的铰接连接梁与柱的铰接连接图8.3.1为梁支承在柱顶的铰接构造。梁的支座反力通过柱顶板传给柱身，顶板与柱身采用焊缝连接。每个梁端与柱采用螺栓连接，使其位置固定在柱顶板上。顶板厚度一般取1620mm1梁支承于柱顶的铰接连接8.3.1 梁与柱的铰接连接梁与柱的铰接连接8.3.1梁支承于柱顶的铰接连接l在图8.3.1（a）中，梁端加劲肋对准柱的翼缘板，使梁的支座支力通过梁端加劲肋直接传给柱的翼缘。这种连接形式构造简单，施工方便，适用于相邻梁的支座反力相等或差值较

9、小的情况。当两相邻梁支座反力不等且相差较大时（例如左跨梁有活荷载，右跨梁无活荷载），柱将产生较大的偏心弯矩。设计时柱身除按轴心受压构件计算外，还应按压弯构件进行验算。两相邻梁在调整、安装就位后，用连接板和螺栓在靠近梁下翼缘处连接起来。l在图8.3.1（b）中，梁端采用突缘支座，突缘板底部刨平（或铣平），与柱顶板直接顶紧，梁的支座反力通过突缘板作用在柱身的轴线附近。这种连接即使两相邻梁支座反力不相等时，对柱所产生的偏心弯矩也很小，柱仍接近轴心受压状态。梁的支座反力主要由柱的腹板来承受，所以柱腹板的厚度不能太薄。在柱顶板之下的柱腹板上应设置一对加劲肋以加强腹板。加劲肋与柱腹板的竖向焊缝连接要按同时

10、传递剪力和弯矩计算，因此加劲肋要有足够的长度，以满足焊缝强度和应力均匀扩散的要求。加劲肋与顶板的水平焊缝连接应按传力需要计算。为了加强柱顶板的抗弯刚度，在柱顶板中心部位加焊一块垫板。为了便于制造和安装，两相邻梁之间预留1020mm间隙。在靠近梁下翼缘处的梁支座突缘板间填以合适的填板，并用螺栓相连。l在图8.3.1（c）为梁支承在格构式柱顶的铰接连接构造。为了保证格构式柱两单肢受力均匀，不论是缀条式还是缀板式柱，在柱顶处应设置端缀板，并在两个单肢的腹板内侧中央处设置竖向隔板，使格构式柱在柱头一段变为实腹式。这样，梁支承在格构式柱顶连接构造可与实腹式柱的同样处理。2梁支承于柱侧面的铰接连接梁连接在

11、柱的侧面上，在柱侧面设置承托，以支承梁的支座反力，其铰接构造如图8.3.2所示。图8.3.2梁支承于柱侧面的铰接连接当梁的支座反力不大时，可采用如图8.3.2（a）所示的连接构造。梁端可不设支承加劲肋，直接放在柱的承托上，用普通螺栓固定其位置。梁端与柱侧面预留一定间隙，在梁腹板靠近上翼缘处设一短角钢和柱身相连，以防止梁端向平面外方向产生偏移。这种连接形式比较简单，施工方便。l当梁的支座反力较大时，可采用如图8.3.2（b）所示的连接构造。梁的支座反力由突缘板传给承托，承托一般用厚钢板制作，有时为了安装方便，也可采用加劲后的角钢。承托的厚度应比梁端突缘板的厚度大1012mm，承托的宽度应比梁端突

12、缘板的宽度大10mm。承托与柱侧面用焊缝相连。承托的顶面应刨平，和梁端突缘板顶紧并以局部承压传力。考虑到梁端支座反力偏心的不利影响，承托与柱的连接焊缝按1.25倍梁端支座反力来计算。为了便于安装，梁端与柱侧面应预留510mm的间隙，安装时加填板并设置构造螺栓，以固定梁的位置。当两相邻梁的支座反力相差较大时，应考虑偏心影响，对柱身应按压弯构件进行验算。8.3.2 梁与柱的刚性连接梁与柱的刚性连接框架梁与柱的连接节点做成刚性连接，可以增强框架的抗侧移刚度，减小框架横梁的跨中弯矩。在多、高层框架中梁与柱的连接节点一般都是采用刚性连接。梁与柱节点的刚性连接就是要保证将梁端的弯矩和剪力可以有效地传给柱子

13、。图8.3.3是梁与柱的刚性连接构造图。1梁支承于柱顶的铰接连接8.3.3 梁与柱的刚性连接梁与柱的刚性连接图8.3.3（a）所示为多层框架工字形梁和工字形柱全焊接刚性连接。梁翼缘与柱翼缘采用坡口对接焊缝连接。为了便于梁翼缘处坡口焊缝的施焊和设置衬板，在梁腹板两端上、下角处各开r=3035mm的半园孔。梁翼缘焊缝承受由梁端弯矩产生的拉力和压力；梁腹板与柱翼缘采用角焊缝连接以传递梁端剪力。这种全焊接节点的优点是省工省料，缺点是梁需要现场定位、工地高空施焊，不便于施工。为了消除上述缺点，可以将框架横梁做成两段，并把短梁段在工厂制造时先焊在柱子上，如图8.3.3（b）所示，在施工现场再采用高强度螺栓

14、摩擦型连接将横梁的中间段拼接起来。框架横梁拼接处的内力比梁端处小，因而有利于高强度螺栓连接的设计。图8.3.3（c）为梁腹板与柱翼缘采用连接角钢和高强度螺栓连接，并利用高强度螺栓兼作安装螺栓。横梁安装就位后再将梁的上、下翼缘与柱的翼缘用坡口对接焊缝连接。这种节点连接包括高强度螺栓和焊缝两种连接件，要求它们联合或分别承受梁端的弯矩和剪力，常称为混合连接。图8.3.4（a）为工字形梁与柱的刚性连接节点（柱腹板内不设横向加劲肋的刚性节点）的变形示意图。在梁的受压翼缘处图8.3.4（b），由梁端弯矩引起的集中压力对柱腹板产生挤压力，应验算：柱腹板计算高度边缘处的局部承压强度以及柱腹板在横向压力作用下的

15、局部稳定；在梁受拉翼缘的拉力作用下图8.3.4（c），防止柱翼缘发生横向变形过大，保证梁翼缘应力均匀分布，应验算柱翼缘的厚度。图8.3.4 梁柱节点的变形和柱腹板的受力在梁的受压翼缘处，柱腹板的厚度tw应同时满足：局部承压条件（8.3.1）局部稳定条件（8.3.2）在梁的受拉翼缘处，柱翼缘板的厚度tc按强度计算应满足：（8.3.3）梁受压、受拉翼缘的截面面积；柱、梁钢材抗拉（压）强度设计值；在垂直于柱翼缘的集中压力作用下，柱腹板计算高度边缘处压应力的假定分布长度，参照梁中局部承压的 公式计算；柱腹板的宽度；柱钢材屈服点。如果上述关于梁的受压或受拉翼缘处的计算不能满足，就需要对柱的腹板设置横向（

16、水平）加劲肋。梁与柱刚性连接中柱腹板横向加劲肋的尺寸要求应满足钢结构设计规范（GB50017）中7.4.3条的有关规定。梁与柱刚性连接节点的节点域如图8.3.5（a）所示，由柱的翼缘板和腹板的横向加劲肋所包围，即节点域的边长分别是梁和柱的腹板高度。节点域在周边剪力和弯矩作用下，柱腹板存在屈服和局部失稳的可能性，应验算其抗剪强度和稳定性。（a）（b）图8.3.5 梁与柱刚性连接的节点域节点域在梁端弯矩作用下将产生较大的剪力。设梁端弯矩仅由梁翼缘板承受，柱腹板上边加劲肋受力如图8.3.5（b）所示，则有或 分别为节点两侧梁端弯矩设计值；钢材抗剪强度设计值；分别为梁和柱的腹板高度；柱腹板厚度；节点域

17、腹板的体积。柱为工字形截面时，柱为箱形截面时，图8.3.6 节点域腹板的加厚介于刚性和铰接之间，有较大的延性和吸能性能，用于低烈度地震区，层数不多的钢框架8.3.3 梁与柱的半刚性连接梁与柱的半刚性连接（a）（b）图8.3.7 梁与柱的半刚性连接图8.3.7为多层框架梁与柱的半刚性连接节点。在图8.3.7（a）中，梁端上、下翼缘处各用一个角钢作为连接件，并采用高强度螺栓摩擦型连接将角钢的两肢分别与梁和柱连接，这种连接属于半刚性连接。图8.3.7（b）为梁端焊一端板，端板用高强度螺栓与柱翼缘连接，常称为端板连接。试验结果表明：图b比图a的转动刚度大，当图b中的连接端板足够厚且螺栓布置合理、数量足

18、够时，端板连接对梁端的约束可以达到刚性连接的要求。（a）（b）（c）图8.3.8 刚架斜梁与柱的连接图8.3.8为轻型单层框架梁与柱连接的常见节点形式，属于半刚性连接节点。斜梁端板有三种形式：端板竖放图8.3.8（a）、端板斜放图8.3.8（b）和端板平放图8.3.8（c）。与图8.3.7（b）端板连接类似，当斜梁端板的厚度足够厚且螺栓布置合理、数量足够时，图8.3.8所示的端板连接可以作为刚性连接。半刚性连接的框架计算比较复杂，需要通过试验确定节点连接的关系曲线。目前，关于半刚性连接已取得许多研究成果，但尚未达到实用化程度。8-4 桁架与柱的连接节点桁架与柱的连接既可以做成铰接，也可以做成刚

19、接。桁架支承在钢筋混凝土柱或砖砌体柱上时一般都是做成铰接，而支承在钢柱上时通常做成刚接。8.4.1 桁架与柱的铰接连接桁架与柱的铰接连接图8.4.1为梯形桁架和三角形桁架支承在钢筋混凝土柱或砖柱顶的支座节点构造图，支座只传递桁架的竖向支座反力，可以视为铰接。这种支座是由支座节点板、支座底板和加劲肋组成，通常称为平板式支座。加劲肋成对设置在支座节点板两侧，其中面位于支座底板对称轴线上。加劲肋的作用是增加支座节点板的平面外刚度，减小支座底板中的弯矩。支座反力R图8.4.1（a）、（b）通过节点板和加劲肋将集中荷载转化成为线荷载，从而改善了支座底板的受力状态。由于加强了底板的刚度，使支座反力R以方形

20、或矩形底板下呈均匀分布压力的形式传给钢筋混凝土柱等下部结构。图8.4.1 桁架与柱的铰接支座节点支座节点的传力路线是：桁架杆件的内力通过杆端连接焊缝传给节点板，经由节点板与加劲肋之间的竖向焊缝，将一部分力传给加劲肋，然后再通过节点板、加劲肋与底板的水平焊缝把全部支座反力传给底板，最后传给钢筋混凝土柱等下部构件。支座底板的净面积按下式计算：（8.4.1）式中 R桁架的支座反力；混凝土的抗压强度设计值。底板所需的面积为：A=An+锚栓孔缺口面积，底板如采用矩形应使2a2bA。在图8.4.1（a）中加劲肋的端部不可能伸到底板的边缘，此时底板的面积可只算到加劲肋的外缘，即图中的2a2b，此时不必扣除预

21、留锚栓孔缺口面积。通常桁架支座反力不大，底板平面尺寸由其刚度和锚栓位置等构造要求确定，常用尺寸：2a2b=240240400400mm。底板的宽度和长度均不能超出钢筋混凝土柱顶支承面的范围8.4.2 桁架与柱的刚性连接桁架与柱的刚性连接图8.4.2 桁架与柱的刚性连接图8.4.2所示是桁架与柱刚性连接的构造图。桁架与柱刚性连接时，桁架支座处除承受竖向支座反力外，还有由桁架端弯矩产生的上、下弦的水平力。8-5 变截面柱的节点构造在设置吊车的单层工业厂房中，经常要使用阶形柱（Separate Columns）。阶形柱变截面处是上、下段柱连接和支承吊车梁的重要部位，必须具有足够的强度和刚度。阶形柱的

22、吊车梁支承平台，也称为肩梁，是由上盖板、下盖板、腹板以及垫板组成的。在阶形柱变截面处构造肩梁的主要目的有二：其一，是将上、下段柱连成整体，实现上、下段柱的内力传递，保证不产生相对转角和位移；其二，是解决吊车梁、制动梁和柱的连接。上、下段柱的截面形式、截面宽度都不相同，下段柱的截面高度比较大，常做成格构式，需要在下段柱的上端做一个具有足够刚度的肩梁来承受上段柱的内力，同时又作为吊车梁的承托。因此，肩梁应有足够大的强度和刚度。肩梁有单壁式和双壁式两种。1单壁式肩梁图8.5.1为边柱上、下段柱的连接构造及上段柱的安装接头。肩梁只有一块腹板，为单壁式肩梁，主要用于上、下段柱都是实腹柱的情况，也可用于下

23、段柱为截面较小的格构式柱中。板b加板c可视为肩梁的上翼缘，板d可视为肩梁的下翼缘。上段柱腹板与肩梁翼缘一般采用角焊缝连接。上段柱内、外翼缘直接用斜对接焊缝分别与翼缘板e和下段柱屋盖肢的腹板拼接，翼缘板e实际上是上柱内冀缘板的延伸，可适应上、下段柱宽度改变的需要，便于安装，又保证了上、下段柱连接的刚度。上段柱内翼缘板e开槽口插入肩梁腹板a，用角焊缝连接，其计算内力可近似按下式计算：（8.5.1）式中 P1 上段柱翼缘板的内力；N、M 上段柱下端使P1绝对值最大的最不利内力组合中的轴力和弯矩；h1 近似取上段柱的截面高度。8.5.1 单壁式肩梁构造（边柱）a肩梁的腹板；b支承吊车梁的平台板；c加劲

24、肋；d下横隔板。肩梁腹板a可近似按跨度为h2（h2为下段柱的截面高度），受集中荷载P1作用的两端简支梁计算（图8.5.1）。为了保证阶形柱变截面处的刚度，肩梁高度不宜太小，通常肩梁的腹板高度可取(0.450.6)h2。肩梁只需计算其强度而不必计算刚度和稳定性。肩梁腹板厚度通常由剪切强度确定，不应小于12mm。肩梁腹板a与下段柱屋盖肢腹板的连接焊缝按肩梁支座反力RA计算。肩梁腹板a与下段柱吊车肢腹板不但承受肩梁支座反力RB，同时还承受吊车梁竖向支座反力Dmax，故应按RB+Dmax计算。这些连接焊缝的计算长度应小于或等于60hf，hf 8mm。上、下段柱连接如在工地进行安装拼接，则必须在上段柱下

25、端连接处设置连接板（如图8.5.1所示），以保证拼接正确。在阶形柱中，吊车肢上的平台板b要传递较大的吊车荷载，厚度不宜小于20mm，根据荷载的大小，厚度通常为1636mm。平台板b的平面尺寸应比下段柱截面尺寸略大，以便于焊缝连接。加劲肋C的厚度一般取1620mm，横隔板d的厚度一般取1220mm。图8.5.1所示肩梁构造适用于吊车梁支座为突缘支座的情况。当吊车梁竖向支座反力Dmax较大时，为了加强肩梁的腹板，可在吊车梁突缘宽度范围内，在肩梁腹板两侧局部各贴焊一块板f，板f与板a以角焊缝相焊，可按单侧吊车梁最大支座反力的75%计算所需焊缝长度，板f的高度不宜小于300mm，板厚由承压面积计算确定

26、。板f顶面采用V形剖口焊缝，并与板a一起刨平顶紧于上盖板。平台板上设置垫板用以调整吊车梁的标高，同时也起到分布Dmax增大承压面积的作用，垫板厚度不宜小于20mm。图8.5.2 吊车梁在柱上的支承当吊车梁为平板式支座时，如图8.5.2所示，宜在吊车肢腹板上与吊车梁梁端支座加劲肋的相应位置处设置短加劲肋，并按吊车梁最大支座反力计算端面承压和焊缝强度。这时肩梁腹板不必穿出吊车肢腹板。2双壁式肩梁图8.5.3为中柱变截面处采用双壁式肩梁的连接构造，主要用于下段柱为格构柱，以及拼接刚度要求较高的重型柱中。双壁式肩梁由支承吊车梁的平台板、两侧的肩梁腹板和肩梁的下横隔板构成一个箱形结构，其刚度和整体性较好

27、，但制造、施焊复杂。为便于安装螺栓，应在上盖板上开直径150mm的孔（个数按需要确定）；下盖板也应在每个箱格适当开直径100mm的孔，以排除肩梁箱体内可能有的积水。双壁式肩梁的计算方法与单壁式基本相同，只是在计算腹板时，应考虑两块腹板共同受力，连接焊缝应根据构造作法具体布置确定。图8.5.3 双壁式肩梁构造（中柱）1肩梁的腹板；2支承吊车梁的平台板；3下横隔板；4加劲肋。2 2、柱柱节点、柱柱节点宽翼缘工字型矩型管截面A A、柱截面、柱截面热轧宽翼缘工字型截面焊接的工字型截面四块钢板通过焊接而成B B、柱腹板、翼缘之间的焊接构造、柱腹板、翼缘之间的焊接构造 焊接的工字型截面角焊缝，承受腹板、翼

28、缘之间的竖向剪力 焊接的矩形管截面a、当不考虑抗震要求时部分熔透的“V”型熔透的“U”型转角处焊缝hf 1/3 t;hf 14 mm箱形柱角部组合焊缝箱形柱角部组合焊缝（a）部分熔透焊缝；（b）全熔透焊缝C C、柱接头做法、柱接头做法 不考虑抗震要求a、柱上下两段应设置耳板，厚度大于10mm宽翼缘工字型矩型管截面设于柱翼缘两相对的翼缘上b、柱接头处采用部分焊透的单边“V”“J”型坡口 c、柱接头位置一般在梁上1.0-1.3m处，以方便施工部分焊透焊缝部分焊透焊缝工形柱工地拼接工形柱工地拼接 柱的变截面连接a、尽量不改变截面高度而改变翼缘厚度b、若改变截面高度，则做法如图c、变截面位置一般位于接

29、头部位柱的变截面连接（1）柱的变截面连接（2）C C、主梁的侧向隅撑、主梁的侧向隅撑为防止主梁塑性区侧向失稳，设置隅撑距离柱轴线1/81/10梁跨处设置设置在梁的下翼缘设置方法梁的侧向隅撑梁的侧向隅撑4 4、墙梁节点、墙梁节点A A、钢梁与砼墙的连接、钢梁与砼墙的连接采用铰接，承受拉力和剪力钢梁与混凝土墙连接钢梁与混凝土墙连接 钢梁与混凝土墙的简支连接钢梁与混凝土墙的简支连接B B、钢梁与砼梁的连接、钢梁与砼梁的连接钢梁与混凝土梁的连接钢梁与混凝土梁的连接8-6 柱脚节点8.6.1 柱脚的形式与构造柱脚的形式与构造柱脚（Column bases）的作用是将柱的下端固定于基础，并将柱身所受的内力

30、传给基础。基础一般由钢筋混凝土做成，其强度远比钢材低。为此，需要将柱身的底端放大，以增加其与基础顶部的接触面积，使接触面上的压应力小于或等于基础混凝土的抗压强度设计值。柱脚按其与基础的连接方式不同，可分为铰接和刚接两种型式。轴压柱柱头和柱脚轴压柱柱头和柱脚一、柱头（梁与柱的连接一、柱头（梁与柱的连接铰接铰接）（一）连接构造（一）连接构造 为为了了使使柱柱子子实实现现轴轴心心受受压压，并并安安全全将将荷荷载载传传至至基基础础，必须合理构造柱头、柱脚。必须合理构造柱头、柱脚。设设计计原原则则是是：传传力力明明确确、过过程程简简洁洁、经经济济合合理理、安安全可靠，并具有足够的刚度且构造又不复杂。全可

31、靠，并具有足够的刚度且构造又不复杂。（二）、传力途径（二）、传力途径传力路线：传力路线：梁梁 突缘突缘 柱顶板柱顶板 加劲肋加劲肋 柱身柱身焊缝焊缝垫板垫板焊缝焊缝焊缝焊缝柱顶板柱顶板加劲肋加劲肋柱柱梁梁梁梁突缘突缘垫板垫板填板填板填板填板构造螺栓构造螺栓（三）、柱头的计算（三）、柱头的计算(1)(1)梁端局部承压计算梁端局部承压计算梁设计中讲授梁设计中讲授(2)(2)柱顶板柱顶板 平面尺寸超出柱轮平面尺寸超出柱轮廓尺寸廓尺寸15-20mm15-20mm，厚度不，厚度不小于小于14mm14mm。（3 3）加劲肋）加劲肋 加劲肋与柱腹板的连接焊缝按承受剪力加劲肋与柱腹板的连接焊缝按承受剪力V=N

32、/2和弯矩和弯矩M=Nl/4计算。计算。N/2l/2l15-20mm15-20mm15-20mm15-20mmt14mmt14mm二、柱脚二、柱脚（一）柱脚的型式和构造（一）柱脚的型式和构造 实际的铰接实际的铰接柱脚型式有以下几种：柱脚型式有以下几种：1、轴承式柱脚轴承式柱脚 制作安装复杂，费钢材，但与制作安装复杂，费钢材，但与力学符合较好。力学符合较好。枢轴枢轴2 2、平板式柱脚平板式柱脚XYN靴梁靴梁隔板隔板底板底板隔板隔板锚栓锚栓柱柱 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。肋板肋板b1（二）柱脚计算（二）柱脚计

33、算1.1.传力途径传力途径柱 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N2.2.柱脚的计算柱脚的计算(1)(1)底板的面积底板的面积 假设基础与底板间的假设基础与底板间的压应力均匀分布。压应力均匀分布。式中：式中：fc c-混凝土轴心抗压设计强度；混凝土轴心抗压设计强度；l-基础混凝土局部承压时的强度提高系数。基础混凝土局部承压时的强度提高系数。fc c 、l均按均按混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范取值。取值。A An n底版净面积，底版净面积，A

34、 An n=B=BL-AL-A0 0。A Ao o-锚栓孔面积，一般锚栓孔直径为锚栓直径的锚栓孔面积，一般锚栓孔直径为锚栓直径的 1 11.51.5倍。倍。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 La a1 1 构件截面高度；构件截面高度；t t1 1 靴梁厚度一般为靴梁厚度一般为101014mm14mm；c 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=2024mm，则则 L L 可求。可求。(2)(2)底板的厚度底板的厚度 底板的厚度，取决于受力大小，可将其分为不同底板的厚度，取决于受力大小，可将其分

35、为不同受力区域：一边受力区域：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）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 20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.20.0260.0420.0560.0720.0850.0920.1040.1110.1200.125c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a ab b1 1L La

36、a2 2b b2 2 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 10.30.40.50.60.70.80.91.01.11.20.0260.0420.0560.0720.0850.0920.1040.1110.1200.125 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

37、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 b1 1L L(3)(3)靴梁的设计靴梁的设计A A、靴梁的最小厚度不宜小于、靴梁的最小厚度不宜小于10mm10mm，高度由其与柱间的，高度由其与柱间的焊缝（焊缝（4 4条）长度确定。条）长度确定。c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a

38、ab b1 1L L靴梁靴梁h ha aqlhalRRB B、靴梁的截面验算、靴梁的截面验算 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 LleM(4)(4)隔板的计算隔板的计算 隔板的厚度不得小于其宽隔板的厚度不得小于其宽度的度的1/501/50，高度由计算确定，高度由计算确定，且略小于靴梁的高度。且略小于靴梁的高度。隔板可视为简支于靴梁的隔板可视为简支于靴梁的简支梁，负荷范围如图。简支梁，负荷范围如图。c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a ab b1 1L

39、 Lh ha a隔板隔板h h1 1qh h1 1a a1 1隔板截面验算：隔板截面验算：qh h1 1a a1 1式中：式中：(5)(5)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。柱脚零件间的焊缝布置柱脚零件间的焊缝布置焊缝布置原则：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p框架柱柱脚类型有铰接和刚接柱脚两种：铰接柱脚只传递轴心压力和剪力，构造和计算同轴心受压柱柱脚相同，但需采取抗剪构造措施传递剪力刚接柱脚除了传递轴心压力和剪力外，还需传递弯距 框架柱多采

40、用刚接柱脚，个别单层框架采用铰接柱脚 框架柱脚接点 梁柱刚接柱脚 柱脚抗剪键 整体式柱脚和分离式柱脚p刚接柱脚弯距作用下产生的拉力需由锚栓来承受p锚栓不宜固定在底板上p靴梁侧面焊接两块肋板，锚栓固定在肋板上面的水平板上，通过计算确定一、整体式柱脚1底板的计算柱脚的传力过程与轴心受压柱脚类似，即柱子内力由柱身传给靴梁，再传至底板。但是，由于框架柱脚同时有弯矩和轴心压力作用，底板下的压力不是均匀分布的，并且可能出现拉力。如果底板下出现拉力，则此拉力由锚栓来承受。假定柱脚底板与基础接触面的压应力成直线分布，底板下基础的最大压应力按下式计算：（8.6.5）式中 N、M使基础一侧产生最大压应力的内力组合

41、值；B、L底板的宽度、长度；fc 混凝土的抗压强度设计值。根据底板下基础的最大压应力不超过混凝土抗压强度设计值的条件，即可确定底板面积。一般先按构造要求决定底板宽度B，其中悬伸宽度C一般取2030mm，然后求出底板的长度L。底板厚度的计算方法与轴心受压柱脚相同。虽然底板各区格所承受的压应力不是均匀分布的，但是在计算各区格底板的弯矩值时，可以偏于安全地按该区格的最大压应力计算。底板的厚度一般不小于20mm。底板另一侧的应力为：2锚栓的计算（8.6.6）当最小应力min出现负值时，说明底板与基础之间产生拉应力。由于底板和基础之间不能承受拉应力，此时拉应力的合力由锚栓承担。根据对混凝土受压区压应力合

42、力作用点的力矩平衡条件M=0，可得锚栓拉力Z为：（8.6.7）式中 M、N使锚栓产生最大拉力的内力组合值；a柱截面形心轴到基础受压区合力点间的距离；X锚栓位置到基础受压区合力点间的距离。其中：每个锚栓所需要的有效截面面积为：（8.6.8）式中 n柱脚受拉侧锚栓数；锚栓的抗拉强度设计值。锚栓直径不小于20mm。锚栓下端在混凝土基础中用弯钩或锚板等锚固，保证锚栓在拉力Z作用下不被拔出。锚栓承托肋板按悬臂梁设计，高度一般不小于350400mm。3靴梁、隔板、肋板及其连接焊缝的计算柱身与靴梁连接焊缝承受的最大内力N1按下式计算（8.6.9）靴梁的高度由靴梁与柱身之间的焊缝长度确定，其高度不宜小于450

43、mm。靴梁按双悬臂简支梁验算截面强度，荷载按底板上不均匀反力的最大值计算。靴梁与底板之间的连接焊缝按承受底板下不均匀基础反力的最大值设计。在柱身范围内，靴梁内侧不易施焊，故仅在靴梁外侧布置焊缝。隔板、肋板及其连接的设计与轴心受压柱脚相似，只是荷载按底板下不均匀反力相应受荷范围的最大值计算。分离式柱脚可以认为是由两个独立的轴心受压柱脚所组成。每个分肢的柱脚都是根据其可能产生的最大压力，按轴心受压柱脚进行设计。受拉分肢的全部拉力由锚栓承担并传至基础。分离式柱脚的两个独立柱脚所承受的最大压力为：二、分离式柱脚右肢：（8.6.10）左肢：（8.6.11）式中 N1、M1使右肢产生最大压力的柱内力组合值

44、；N2、M2使左肢产生最大压力的柱内力组合值；Z1、Z2分别为右肢、左肢至柱轴线的距离；h1两分肢轴线距离。每个柱脚的锚栓也按各自的最不利内力组合换算成的最大拉力计算。例题8.1 试设计轴心受压柱的柱脚已知：柱子采用热扎H型钢，截面为HW250250914，轴心压力设计值为1650KN，柱脚钢材选用Q235，焊条为E43型。基础混凝土强度等级为C15，fc=7.5N/mm2。图8.6.4 例题8.1图解：选用带靴梁的柱脚，如图8.6.4所示。底板尺寸锚栓采用d=20mm，锚栓孔面积A0约为5000mm2，靴梁厚度取10mm，悬臂C=4d76mm，则需要的底板面积为：B=a1+2t+2c=278

45、+2(10+76)=450mm采用BL=450580。底板承受的均匀压应力：四边支承板（区格）的弯矩为：b/a=278/190=1.46，查表8.6.1，=0.0786三边支承板（区格）的弯矩为b1/a1=100/278=0.36，查表8.6.2，=0.0356悬臂板（区格）的弯矩为：各区格板的弯矩值相差不大，最大弯矩为：底板厚度为：取底板厚度为24mm。2靴梁与柱身间竖向焊缝计算连接焊缝取hf=10mm，则焊缝长度Lw为：靴梁高度取400mm。3靴梁与底板的焊缝计算靴梁与底板的焊缝长度为：所需焊缝尺寸hf为：选用hf=10mm4靴梁强度计算靴梁按双悬臂简支梁计算，悬伸部分长度l=165mm。

46、靴梁厚度取t=10mm。底板传给靴梁的荷载q1为：靴梁支座处最大剪力Vmax为：靴梁支座处最大弯矩Mmax为：靴梁强度：5隔板计算隔板按简支梁计算，隔板厚度取t=8mm。底板传给隔板的荷载：隔板与底板的连接焊缝强度验算（只有外侧焊缝）：连接焊缝取hf=10mm，焊缝长度为Lw。隔板与靴梁的连接焊缝计算：取hf=8mm。隔板的支座反力R为：焊缝长度Lw为：取隔板高度h=270mm，取隔板厚度隔板强度验算：柱脚与基础的连接按构造要求选用两个直径d=20mm的锚栓例题8.2 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36020，腹板为65010。柱脚钢材为Q235，焊条为E43型，柱脚和锚栓的最不利荷载组合的内力设计值N=80KN，M=700KN.m。基础混凝土强度等级为C20，fc=10N/mm2。(a)(b)(c)图8.6.5 例题8.2图谢谢！请学习第9章