鋼結(jié)構(gòu)柱腳設(shè)計要點

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1、第八章基礎(chǔ)設(shè)計房屋建筑設(shè)計總體上分為上部結(jié)構(gòu)設(shè)計和下部結(jié)構(gòu)設(shè)計兩大部分，輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑也不例外，前面幾章已介紹了其上部結(jié)構(gòu)，本章對其下部結(jié)構(gòu)——基礎(chǔ)作一些討論。眾所周知，在房屋建筑中，基礎(chǔ)造價約占整個建筑物的30%左右，對于輕鋼結(jié)構(gòu)而言，最大優(yōu)點就是重量輕，從而直接影響基礎(chǔ)設(shè)計，與其它結(jié)構(gòu)型式的基礎(chǔ)相比，輕鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)尺寸小，可以減少整個建筑物造價，另外對于地質(zhì)條件較差地區(qū)，可優(yōu)先考慮采用輕鋼結(jié)構(gòu)，這樣容易滿足地基承載力方面的要求。那么輕鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與砼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)有什么不同？輕鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是如何設(shè)計的？在輕鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計

2、時應(yīng)注意哪些方面？本章針對這些問題進(jìn)行探討，而不涉及基礎(chǔ)本身設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容。第一節(jié)基礎(chǔ)設(shè)計的特點由于結(jié)構(gòu)型式、荷載取值、支座條件等方面的不同，傳至基礎(chǔ)頂面內(nèi)力是不同的，輕鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的砼結(jié)構(gòu)相比，最大差別就是在柱腳處存在較小的豎向力和較大的水平力，對于固接柱腳，還存在較大的彎矩，在風(fēng)荷載起控制作用的情況下，還存在較大的上拔力。柱底水平力會使基礎(chǔ)產(chǎn)生傾覆和滑移，基礎(chǔ)受上拔力作用，在覆土較淺的情況下，會使基礎(chǔ)向上拔起，有關(guān)這方面的問題，后面再作詳述。由于輕鋼結(jié)構(gòu)的這些受力特點，導(dǎo)致其基礎(chǔ)設(shè)計與其它結(jié)構(gòu)存在很大的不同，

3、主要表現(xiàn)在以下幾個方面：⒈　基礎(chǔ)形式基礎(chǔ)型式選擇應(yīng)根據(jù)建筑物所在地工程地質(zhì)情況和建筑物上部結(jié)構(gòu)型式綜合考慮，對于砼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，常見的基礎(chǔ)型式有獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、片筏基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、樁基等等，而對于輕鋼結(jié)構(gòu)而言，由于柱網(wǎng)尺寸較大，上部結(jié)構(gòu)傳至柱腳的內(nèi)力較小，一般以獨立基礎(chǔ)為主，若地質(zhì)條件較差，可考慮采用條形基礎(chǔ)，遇到暗浜等不良地質(zhì)情況，可考慮采用樁基礎(chǔ)，一般情況下不采用片筏基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ)。⒉　柱腳受力(a)鉸接柱腳(b)剛接柱腳圖8-1不同柱腳型式的受力情況17砼結(jié)構(gòu)柱腳均為剛接，即同時存在軸向力N、水平剪力V和彎

4、矩M，故基礎(chǔ)尺寸較大，輕鋼結(jié)構(gòu)常見的柱腳型式有剛接和鉸接兩種（圖8-1），其受力是不同的，對于鉸接柱腳，只存在軸向力N和水平力V，對于剛接柱腳，除存在軸向力N和水平力V之外，還存在一定的彎矩M，從而使剛接柱腳的基礎(chǔ)大于鉸接柱腳。⒊　基礎(chǔ)破壞形式要正確進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計，首先要知道基礎(chǔ)破壞形式，對其工作原理有所了解。對于砼結(jié)構(gòu)，通常柱網(wǎng)尺寸較小，故柱底水平力相對較小，基礎(chǔ)一般不會產(chǎn)生滑移現(xiàn)象，又由于上部結(jié)構(gòu)自重很大，足以抵抗風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的上拔力，故基礎(chǔ)也不會產(chǎn)生上拔的可能，對于這種結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)主要發(fā)生沖切、剪切破壞；而

5、輕鋼結(jié)構(gòu)則不同，基礎(chǔ)除發(fā)生沖切、剪切破壞之外，由于存在較大的水平力，對于固接柱腳，還存在較大的彎矩作用，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生傾覆和滑移破壞，另外，在風(fēng)荷載較大的情況下，特別對于一些敞開或半敞開的結(jié)構(gòu)，由于輕鋼結(jié)構(gòu)自重很輕，有可能不足于抵抗風(fēng)荷載產(chǎn)生的上拔力，導(dǎo)致基礎(chǔ)上拔破壞。為防止這些破壞的發(fā)生，最經(jīng)濟(jì)有效的方法是增加基礎(chǔ)埋深，即增加基礎(chǔ)上覆土的厚度，但增加了土方開挖和回填工程量。另外對于輕鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，還須預(yù)埋錨栓（也稱地腳螺栓），用于上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的連接，若錨栓離砼基礎(chǔ)邊緣太近，會產(chǎn)生基礎(chǔ)劈裂破壞，所以我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)

6、計規(guī)范規(guī)定了錨栓離砼基礎(chǔ)邊緣的距離不得小于150mm；若錨栓長度過短，會使錨栓從基礎(chǔ)中拔出，導(dǎo)致破壞，所以規(guī)范也規(guī)定了錨栓埋入長度。⒋　基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容基礎(chǔ)設(shè)計一般包括基礎(chǔ)底面積確定、基礎(chǔ)高度確定和配筋計算，還應(yīng)符合有關(guān)構(gòu)造措施。基礎(chǔ)底面積可根據(jù)地基承載力確定，同時還應(yīng)考慮軟弱下臥層存在；基礎(chǔ)高度由沖切驗算確定；在基礎(chǔ)底面積和高度確定的情況下計算基礎(chǔ)配筋，這里須注意伸縮縫雙柱基礎(chǔ)處理，雙柱為基礎(chǔ)提供了兩個支點，在地基反力作用下，有可能出現(xiàn)負(fù)彎矩，即基礎(chǔ)上部受拉的情況，此時除基礎(chǔ)底部配置鋼筋外，基礎(chǔ)上部也應(yīng)配筋，避免因

7、上部受拉而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。輕鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)除上述內(nèi)容以外，還須進(jìn)行柱底板設(shè)計和錨栓設(shè)計，至于這兩部分設(shè)計歸于上部結(jié)構(gòu)還是下部結(jié)構(gòu)，也存在一些爭議，柱底板尺寸是根據(jù)柱與基礎(chǔ)連接部位砼的局部承壓來確定的，與基礎(chǔ)砼參數(shù)有關(guān)，但其制作又與上部結(jié)構(gòu)連在一起，按照常規(guī)柱底板設(shè)計歸入上部結(jié)構(gòu)；錨栓在上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間起橋梁作用，但基礎(chǔ)施工時應(yīng)將錨栓埋入，故屬于基礎(chǔ)部分。本章避開這個問題，就錨栓和底板設(shè)計分別進(jìn)行討論。⒌　與上部結(jié)構(gòu)連接基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)是二次施工完成的，其間存在連接問題。對于砼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，通過預(yù)留插筋的方式連接上部結(jié)構(gòu)（

8、圖8-2a）,而對于輕鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，則通過預(yù)埋錨栓的方式進(jìn)行連接（圖8-2b）。17(a)砼柱基礎(chǔ)預(yù)留插筋(b)鋼柱基礎(chǔ)預(yù)留錨栓圖8-2基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的連接⒍　有關(guān)構(gòu)造措施除上述提到的幾個方面之外，輕鋼結(jié)構(gòu)還有一些構(gòu)造措施有別于其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，比如基礎(chǔ)頂面須設(shè)置二次澆灌層；埋入式柱腳應(yīng)在鋼柱埋入部分設(shè)置栓釘；埋入式柱腳鋼柱翼緣保護(hù)層厚度，對于中柱不小于180mm，對于邊柱和