柱脚锚栓计算.pdf

AnnexAnnexAnnexAnnex 2:2:2:2:FormFormFormForm ofofofof SubmissionSubmissionSubmissionSubmission forforforfor JCPLJCPLJCPLJCPL BestBestBestBest PracticePracticePracticePractice(Submit your contribution(Annex 2 form and soft copy of the proposal)via email )AuthorAuthorAuthorAuthor(s)/(s)/(s)/(s)/作者作者:徐丽惠徐丽惠Originator:Originator:Originator:Originator:Dept/Dept/Dept/Dept/部门部门:设计部设计部TitleTitleTitleTitle ofofofof SubmissionSubmissionSubmissionSubmission/题目题目:钢结构柱脚锚栓计算方法钢结构柱脚锚栓计算方法A.A.A.A.TypesTypesTypesTypes ofofofof SubmissionSubmissionSubmissionSubmission/类型类型:(Please tick 1 of the submission type/请选择其中一项)B.B.B.B.CategoryCategoryCategoryCategory/专业分目专业分目:(Can tick morethan 1 field/可多选)ResearchResearchResearchResearch PapersPapersPapersPapers/研究报告研究报告DesignDesignDesignDesign ResourcesResourcesResourcesResources&DetailsDetailsDetailsDetails/设设计资源及细节计资源及细节ProceduresProceduresProceduresProcedures/过程过程FormsFormsFormsForms&templatestemplatestemplatestemplates/表格及样本表格及样本OthersOthersOthersOthers/其它其它ByByByBy Discipline:Discipline:Discipline:Discipline:ArchitecturalCivilStructuralMechanicalElectricalQuantity SurveyingMasterplanningOthers:FacilityManagementByByByBy ProjectProjectProjectProjectPhases:Phases:Phases:Phases:BusinessDevelopmentDesign&DocumentationAuthority SubmissionConstructionPost ConstructionOthers_C.C.C.C.SynopsisSynopsisSynopsisSynopsis/摘要摘要:关于钢结构柱脚锚栓的计算方法关于钢结构柱脚锚栓的计算方法D.D.D.D.KeywordsKeywordsKeywordsKeywords/关键词关键词:柱脚柱脚锚栓锚栓计算方法计算方法E.E.E.E.ContentsContentsContentsContents/内容内容:见附件见附件F.F.F.F.DateDateDateDate ofofofof SubmissionSubmissionSubmissionSubmission/上交日期上交日期:8 8 8 810101010G.G.G.G.SignatureSignatureSignatureSignature ofofofof OriginatorOriginatorOriginatorOriginator/作者签名作者签名:徐丽惠钢结构柱脚锚栓计算方法设 计 部 结 构 工 程 师 徐 丽 惠裕 廊 国 际 顾 问（苏 州）有 限 公 司苏 州 工 业 园 区215021关 键 词：柱 脚锚 栓计 算 方 法一、前 言钢 结 构 柱 脚 锚 栓 的 计 算 方 法 在 我 国 1974 年 的 钢 结 构 设 计规 范 （TJ17-74）第 78 条 中 有 明 确 规 定，但 在 修 订 后 的 钢 结构 设 计 规 范 （GBJ17-88）中，取 消 了 这 一 条，为 什 么 呢？我 认为 有 两 个 原 因：（一），考 虑 到 这 是 一 个 普 通 的 力 学 计 算 问 题，不必 在 规 范 中 作 出 明 确 的 规 定；（二），对 于 钢 结 构 柱 脚 锚 栓 计 算 方法 较 多，拘 于 一 种 计 算 显 然 不 合 适。锚 栓 的 计 算 是 结 构 设 计 中 经 常 遇 到 的 问 题，同 样 也 是 十 分 重要 的 问 题，有 些 设 计 者 甚 至 把 它 当 作 是 钢 结 构 设 计 中 最 重 要 的 问题 之 一，因 此，科 学、合 理 地 计 算 锚 栓 是 十 分 必 要 的，本 文 从 此观 点 出 发，针 对 曾 在 设 计 过 的 工 程 应 用 实 例 中，列 举 出 工 程 中 较常 用 的 几 种 锚 栓 计 算 方 法，供 设 计 人 员 今 后 钢 结 构 设 计 时 参 考。二、计 算 方 法工 程 实 例：以 下 内 力 用 于 柱 脚 锚 栓 的 计 算：N=530.0KNM=335.0KN*me=M/N=0.632m钢 筋 混 凝 土 基 础 采 用 C20，其 轴 心 抗 压 强 度 设 计 值 fc=10N/mm2弹 性 模 量 Ec=25.5x103N/mm2，不 计 局 部 受 压 时 混 凝 土 强 度 的 提高。锚 栓 抗 拉 强 度 设 计 值 fta=140N/mm2,，钢 材 弹 性 模 量:E=206x103N/mm2柱 脚 底 板 尺 寸：宽 度 b=460mm长 度 d=800mm方 法 一：弯 矩 平 衡 法柱 脚 为 刚 性 柱 脚，底 板 与 混 凝 土 基 础 顶 间 的 应 力 分 布 为 线 性分 布，见 图 1.11ma x=N/bd+6M/bd2=530 x103/460 x800+6x335x106/460 x8002=1.44+6.83=8.27N/mm2mi n=N/bd-6M/bd2=530 x103/460 x800-6x335x106/460 x8002=1.44-6.83=-5.39N/mm2受 压 区 长 度x=dm a x/(m a x-m i n)（1.1）=800 x8.27/(8.27+5.39)=484.33mm由 Mc=0 得 锚 栓 拉 力 T：T(d0-x/3)+N(d/2-x/3)=M式 中：d0=d-c 锚 栓 中 心 线 到 受 压 区 底 板 边 的 最 大 距 离。T=M-N(d/2-x/3)/(d0-x/3)(1.2)=335x106-530 x103(800/2-484.33/3)/(700-484.33/3)=387.26x103N=387.36KN毎 边 设 有 两 个 锚 栓，每 个 锚 栓 所 需 的 有 效 面 积 为：Ae=T/2fta=387.2x103/2x140=1387.07mm2选 用 2M48,每 个 M48 锚 栓 的 有 效 面 1473.00mm21387.07mm2,满 足要 求。本 方 法 中，由 于 受 压 长 度 x 以 由 1.1 式 给 出，因 而 只 需 求 解锚 栓 拉 力 T 一 个 未 知 量，但 是 平 面 平 行 力 系 的 静 力 平 衡 条 件 应 有两 个，此 方 法 只 满 足 了 一 个 平 衡 条 件 Mc=0，而 不 满 足 另 一 个 平衡 条 件 Y=0，即：CN+TC=1/2xma xbx=1/2x8.27x460 x484.33=921.24KNN+T=530+387.26=917.26KNC=921.24 KN因 此，修 订 后 的 钢 结 构 设 计 规 范 （GBJ17-88）中，取 消了 该 条，认 为 应 由 设 计 者 自 行 判 断。本 方 法 的 优 点：1.单 一 未 知 数，求 解 简 单。2 结 果 偏 于 安 全。3 我 国 1974 年 的 钢 结 构 设 计 规 范（TJ17-74）曾 把 1.2 式 列 入，因 此，应 用 较 为 广 泛。本 方 法 的 缺 点：1.不 符 合 平 面 平 行 力 系 的 两 个 静 力 平 衡 条件。2.结 果 偏 大，对 于 锚 栓 直 径 较 大 者 略 显 不 合理。方 法 二：力 与 弯 矩 平 衡 法此 法 把 受 压 区 长 度 x 和 锚 栓 拉 力 T 当 作 两 个 未 知 量，而 使 底板 下 的 ma x fc，计 算 简 图 仍 采 用 图 1.1-1，由 平 面 平 行 力 系 的两 个 平 衡 条 件 求 得：Y=0C=N+T=1/2xfcbx(2.1)530 x103+T=1/2x10 x460 xMT=01/2xfcbx(d0-x/3)=M+N(d/2-c)(2.2)1/2x10 x460 x(700-x/3)=335x106+530 x103(800/2-100)由 2.2 式 求 得 x：x=371.74mm将 x 代 入 2.1 式 中 得：T=1/2x10 x460 x371.74-530 x103=325.0KN毎 边 设 有 两 个 锚 栓，每 个 锚 栓 所 需 的 有 效 面 积 为：Ae=T/2fta=325.00 x103/2x140=1160.71mm2选 用 2M45,每 个 M45 锚 栓 的 有 效 面 积 为1306.00mm21160.71mm2,满 足 要 求。本 方 法 的 优 点：1.解 一 个 联 立 方 程，求 解 简 单。2 由 两 个 静 力 平 衡 条 件 求 得，结 果 合 理。3 多 为 美 国 等 国 采 用，因 此 有 着 较 广 的 认可 度。本 方 法 的 缺 点：对 于 锚 栓 直 径 较 大 者 仍 不 尽 合 理。方 法 三：引 进 平 面 应 变 假 定，符 合 两 个 静 力 平 衡 条 件。假 设 ma x,x,T 三 个 未 知 量，这 种 方 法 来 源 于 钢 筋 混 凝 土 结 构的 弹 性 设 计，把 锚 栓 当 作 钢 筋。计 算 简 图 见 图 3.1-1。由 平 面 应 变 关 系 得 知：s/c=(d-c-x)/x=(d0-x)/x而 s=Es,c=Ecc因 此 有：s/c=E/Ec(d0-x)/x=m(d0-x)/x(3.1)式 中：m=E/Ec钢 材 与 混 凝 土 弹 性 模 量 之 比;d0=d-c锚 栓 中 心 线 到 受 压 区 底 板 边 的 最 大 距 离。Y=0C=N+T=1/2cbx(3.2)MT=01/2cbx(d0-x/3)=M+N(d/2-c)(3.3)由 3.2 式 和 3.3 式 消 去 c得：T(d0-x/3)=M-N(d/2-x/3)T=M-N(d/2-x/3)/(d0-x/3)(3.4)令：x=d0,s=fta由 3.2 式 和 3.3 式 消 去 c得：2(3-)/(1-)=6mM+N(d/2-c)/bd02s=即：2(3-)/(1-)=6mM+N(d/2-c)/bd02fta=(3.5)对 本 例：m=E/Ec=206X103/25.5X103=8.08=6mM+N(d/2-c)/bd02fta=6X8.08335X103+530(800/2-100)X103/460X7002X140=0.759将 代 入 3.5 式 中，求 得 ：0.413因 此：x d0=0.413X700=289.10mm将 x 代 入 3.4 式 中，求 得 锚 栓 拉 力 T:T=M-N(d/2-x/3)/(d0-x/3)=335X103-530(800/2-289.10/3)(700-289.10/3)=288.33KN毎 边 设 有 两 个 锚 栓，每 个 锚 栓 所 需 的 有 效 面 积 为：Ae=T/2fta=288.33X103/2X1401029.75mm2选 用 2M42,每 个 M42 锚 栓 的 有 效 面 积 为1121.00mm21029.75mm2,满 足 要 求。本 方 法 也 是 罗 邦 富 等 人 编 著 的 钢 结 构 设 计 手 册 第 235 页要 求 的，当 锚 栓 直 径 d60mm 时，考 虑 锚 栓 与 混 凝 土 的 弹 性 性 质的 计 算 方 法。本 方 法 的 优 点：1.从 力 学 上 讲，本 方 法 前 两 种 方 法 更 为 合 理。2.本 方 法 求 得 锚 栓 的 有 效 面 积 最 小。3.本 方 法 用 于 锚 栓 直 径 较 大 者 更 尽 合 理。在罗 邦 富 等 人 编 著 的 钢 结 构 设 计 手 册 第235 页 要 求 当 锚 栓 直 径 d60mm 时，须 用本 方 法 求 解。本 方 法 的 缺 点：计 算 比 较 麻 烦，需 要 求 解 一 个 三 次 方 程。三、结 语在 GBJ17-88 中 没 有 列 入 锚 栓 的 计 算 方 法 和 计 算 公 式，是 认为 应 由 设 计 者 根 据 不 同 的 实 际 情 况 自 行 判 断 选 用，就 本 文 实 例 的计 算 结 果 而 言，所 选 用 的 锚 栓 的 最 大 直 径 为 M48，最 小 直 径为M42.参考文献：1钢结构设计规范2钢结构设计手册罗邦富、沈祖炎等著3 钢结构设计例题 夏志斌、姚谏著