CN101509280A - 钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点 - Google Patents

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范重
王春光
彭翼
李刚
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Abstract

本发明是一种钢柱脚－混凝土承台半埋入式锚固节点，属于钢柱脚节点锚固领域。包括箱形刚性底板和锚固件，所述的锚固件包括锚臂和锚座，锚臂的上端与箱形刚性底板的下表面固连，下端与锚座固连。在箱形刚性底板内焊接有竖向加劲板和水平加劲板，所述的竖向加劲板贯穿箱形刚性底板并延伸至箱体外。本发明采用半埋入式柱脚，只将箱型刚性底板和锚固件埋入承台，使得承台尺寸减小，缩短工期，且更为经济。箱型底板内设置了水平加劲板和竖向加劲板，极大提高了底板的刚性及抗弯刚度，锚固件上的栓钉及加劲肋则大大提高了构件的抗拔抗拉及抗弯能力。

Description

钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点
技术领域
本发明是一种钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点，属于钢柱脚节点锚固领域。
背景技术
随着我国建筑工程的高速发展，大跨度重型结构将越来越多，钢结构柱脚的受力也更加巨大，而且柱脚具有特殊重要性，所以在设计柱脚时安全性是十分重要的，此外提出适当的柱脚形式，保证柱底内力传递，减小承台厚度、优化桩型与布桩方案，也是是保证结构安全性、控制工程造价必须解决的问题。目前，钢结构柱脚主要包括埋入式柱脚、外露式柱脚和外包式柱脚；
埋入式柱脚将钢柱插入基础混凝土，通过钢柱的栓钉以及周边混凝土的支承反力形成抵抗弯矩，使柱脚抗弯能力与刚度大大提高，主要用于高层建筑结构。由于高层钢结构的柱脚以承受竖向压力为主，迄今为止对柱脚拉弯、受拉等锚固性能的研究非常少。外露式柱脚通过锚栓将钢柱底板与基础连接在一起，构造简单，施工方便，传力比较明确。国内外研究资料表明，外露式柱脚在反复荷载作用下有轻微“捏缩”现象，抗震效果不很理想；由于锚栓截面积较小，对锚固长度要求较高，柱脚刚度较小，难以保证柱脚符合理想嵌固条件。因此，外露式柱脚主要适用于普通和轻型钢结构。外包式柱脚通过定位锚栓将钢柱底板与基础连接在一起，钢柱与基础顶面铰接，在钢柱表面设置栓钉等抗剪键，然后外包钢筋混凝土形成钢与混凝土组合土构件。外包式柱脚的弯矩与剪力均由外包钢筋混凝土部分承担，柱底力通过钢筋混凝土传给基础。外包式柱脚通过外包混凝土传递柱底力，传力机制复杂，因而柱脚的刚度与承载力受到较大限制。针对大型柱脚—承台结构内力巨大、弯矩作用方向性强的特点，柱底合并段截面高度大，若按照外露式柱脚设计，则柱脚刚度及抗弯承载力均远远不够；若按照《高钢规》中箱形柱脚埋入3倍截面高度的要求，将导致混凝土承台高度过大，不仅造价大大增加，而且施工难度大、工期长；若采用外包式柱脚则不仅要求外包混凝土的体积大，而且同样3倍截面高度的外包混凝土高度要求不仅是建筑师所不能接受的，在经济技术性能上也不合理。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有外包式柱脚的上述缺陷，提供了一种钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点。本发明采用合理的柱脚几何构型，减少柱脚埋深，并保证柱脚的受力性能与计算假定的刚接相符。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本发明中的钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点包括箱形刚性底板和锚固件，所述的锚固件包括锚臂和锚座，锚臂的上端与箱形刚性底板的下表面固连，下端与锚座固连。在箱形刚性底板内焊接有竖向加劲板和水平加劲板，所述的竖向加劲板贯穿箱形刚性底板并延伸至箱体外。
在箱形刚性底板和锚固件的外围绑扎有钢筋网，在钢筋网外侧支模并向模内浇注混凝土，钢筋网及其内浇注的混凝土构成承台。
在箱形刚性底板的外侧面上焊接有竖向焊筋板。
所述的锚座包括相互固定连接的上翼缘和下翼缘，下翼缘宽于上翼缘，在上翼缘和下翼缘之间焊接有竖向加劲板。
在锚臂的外表面和锚座的下表面均焊接有栓钉。
本发明中的柱脚是一种半埋入式的柱脚，施工时，将箱形刚性底板、锚固件及承台埋入到基础内，同时由于在承台中配置了三向钢筋网，提高了承台大体积混凝土的性能。
与现有柱脚相比，本发明具有以下优点：采用半埋入式柱脚，只将箱型刚性底板和锚固件埋入承台，使得承台尺寸减小，缩短工期，且更为经济。且由于柱子底部轴线及边界同锚固件对齐，柱底轴压力通过底板直接传至锚固件及基础，避免了其余构件承受荷载产生的倾覆荷载；箱型底板内设置了水平加劲板和竖向加劲板，极大提高了底板的刚性及抗弯刚度，锚固件上的栓钉及加劲肋则大大提高了构件的抗拔抗拉及抗弯能力；柱底大部分弯矩通过柱脚底板下锚固件抗拔力和另一侧底板下混凝土的承压力传给基础，其余则通过柱脚侧面混凝土的承压力传递；柱底水平剪力则通过基础混凝土对柱翼缘的承压力传递。柱脚的锚固件与基础之间的锚固通过计算和构造措施保证。
附图说明
图1是钢柱脚锚固节点示意图；
图2是本发明箱型底板上表面示意图；
图3是本发明箱型底板下表面示意图(黑色填充示意锚板位置)；
图4是图2的A-A剖面图；
图5是柱脚构造示意图；
图6是图5的1-1剖面图；
图7是锚件腹板示意图；
图8是图7的B-B剖面图；
图9是三向钢筋平面布置图；
图10是图9的C-C剖面图；
图11是图10的D-D剖面图；
图中：1、箱型刚性底板，2、水平加劲肋，3、竖向加劲肋，4、承台，6、锚固件，8、栓钉，9、锚座，10、钢筋网，11、竖向焊筋板，12、锚臂，13、灌浆孔，14、冒浆孔。
具体实施方式
下面结合附图1～附图11对本发明实施例作进一步详述：
本实施例是一种半埋入式的柱脚构造，结构如图1、图2所示，主要包括箱形刚性底板1、锚固件6和承台4三部分，箱型刚性底板1和锚固件6埋入在承台4内。在箱形刚性底板1的内部的下底板上根据计算要求设置足够的半高竖向加劲板3，竖向加劲板3的两端延伸至箱体外。在箱形刚性底板1的外侧面上焊接竖向焊筋板11，在箱形刚性底板1的内部焊接了水平加劲板2，如图4所示，竖向加劲板3的轴线与水平加劲板2的轴线垂直。在箱形刚性底板1的下表面焊接有锚固件6，锚固件6由锚臂12和锚座9组成，如图5、图6和图8所示，锚臂12的上端与箱形刚性底板1的下表面焊接，下端与锚座9焊接。锚座9上设置有上翼缘和下翼缘，如图1、图5、图6和图8所示，下翼缘宽于上翼缘，在上翼缘和下翼缘之间焊接有相当数量的竖向加劲板3。锚壁12为工字形钢，这样可以不影响箱形刚性底板下及锚固件周围混凝土的浇筑及密实，并且翼缘有一定的混凝土承压能力，在锚臂12的外表面及锚座9的下表面均焊接有栓钉8，如图1、图5、图6和图7所示。
在箱形刚性底板1和锚固件6的外面设置有承台4。承台4包括包括绑扎在箱形刚性底板1和锚固件6外围的钢筋网10，如图9～图11所示，钢筋网10焊接在竖向焊筋板11上，钢筋之间间距满足计算和构造要求。在钢筋网外支模，向模内浇注混凝土，钢筋网及浇注的混凝土构成承台4，箱形刚性底板1和锚固件6镶嵌在承台4内。混凝土承台中配置的三向钢筋网10，是用以提高基础的抗剪、抗拔能力，增强钢柱脚及锚固件在承台中的锚固。在柱脚埋入混凝土承台4的箱形柱脚底板1内灌注无收缩混凝土5，为保证混凝土灌注密实，在箱形刚性底板的各主要侧板上应设灌浆孔13，使箱体内部连通。另外，在柱脚位于承台混凝土上部的板件上还应设置检查孔。
本实施例仅以箱形刚性底板1下设置四个锚固件为例，实际情况可根据荷载及承台上柱子的位置及数目设置两个或是大于两个的锚固构件。整个箱形刚性底板1均埋在承台4内部。本实施例设置了足够的水平加劲板2与竖向加劲板3，同时在箱形底板内部灌注无收缩混凝土5，增强了柱脚底板的刚度与耐久性。
本实施例中的锚固件6，比外露式柱脚中普通锚栓承载力和刚度大得多，以抵抗弯矩产生的拉力，并使柱脚具有足够的承载力和刚度。在锚固件6下端设置了锚座9，锚座9上加设了竖向加劲板，本实施例中锚座的作用与锚栓的端板类似，但其刚度和承载力均大得多。设置钢锚固件时，主要考虑以下原则：i)尽量与上部构件板件的位置对齐，使传力直接、合理；ii)尽量加大锚固件之间的距离，以增加抗弯力臂、有效发挥锚固件的作用；iii)锚固件设置便于在其周围布置钢筋网，以满足与混凝土承台的粘接锚固要求，与钢筋网10连接。为抵抗大弯矩产生的巨大拉力，锚固件截面尺寸比一般锚栓8或角钢等的截面尺寸大得多，且受承台厚度的限制，其锚固深度有限，目前这类锚固件的设计尚无相关资料或规范可依据，因此在设计时锚固件的锚固性能药进行有限元分析或试验。
本实施例中钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点的制作方法如下：
1)在箱形刚性底板1内焊接竖向加劲板3，竖向加劲板3的两端延伸至箱体外；
2)在箱形刚性底板1的外表面焊接竖向焊筋板11，竖向焊筋板11位于延伸出箱体外的竖向加劲板3的上面；
3)在箱体刚性底板1的内部设置水平加劲板2；
4)向箱形刚性底板1内灌注无收缩混凝土；
5)在箱形刚性底板1的下表面固定连接锚固件6，所述锚固件6包括锚臂12和锚座9，将锚臂12的上端与箱形刚性底板1的下表面固连，锚臂12的下端与锚座9固连；
6)在锚座9的上翼缘和下翼缘之间焊接竖向加劲板3；
7)在箱形刚性底板1和锚固件6的外侧配置钢筋网10；
8)在钢筋网外支模，向钢筋网10、锚固件6组成的空间内灌注无收缩混凝土5，钢筋网10和混凝土5组成承台4；承台4、锚固件6和箱形刚性底板1形成钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点。

Claims (5)

1、钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点，包括箱形刚性底板(1)和锚固件(6)，所述的锚固件(6)包括锚臂(12)和锚座(9)，锚臂(12)的上端与箱形刚性底板(1)的下表面固连，下端与锚座(9)固连；其特征在于：在箱形刚性底板(1)内焊接有竖向加劲板(3)和水平加劲板(2)，所述的竖向加劲板(3)贯穿箱形刚性底板(1)并延伸至箱体外。
2.根据权利要求1所述的钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点，其特征在于：在箱形刚性底板(1)和锚固件(6)的外围绑扎有钢筋网(10)，在钢筋网外侧支模并向模内浇注混凝土，钢筋网(10)及其内浇注的混凝土构成承台(4)。
3、根据权利要求1所述的钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点，其特征在于：在箱形刚性底板(1)的外侧面上焊接有竖向焊筋板(11)。
4、根据权利要求1所述的钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点，其特征在于：所述的锚座(9)包括相互固定连接的上翼缘和下翼缘，下翼缘宽于上翼缘，在上翼缘和下翼缘之间焊接有竖向加劲板(3)。
5、根据权利要求1所述的钢柱脚-混凝土承台半埋入式锚固节点，其特征在于：在锚臂(12)的外表面和锚座(9)的下表面均焊接有栓钉(8)。
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