淺議鋼結(jié)構(gòu)柱腳抗剪鍵的設(shè)計(jì)

武向國(guó)

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)因其具有的輕質(zhì)以及高強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)被應(yīng)用到現(xiàn)代建筑施工環(huán)節(jié)中，盡管鋼結(jié)構(gòu)的建筑具有更加突出的穩(wěn)定性，但是施工者必須針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工需求，做好特殊的結(jié)構(gòu)處理工作。在對(duì)柱腳部位的抗剪鍵進(jìn)行安置時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注該處的設(shè)計(jì)工作，如果抗剪鍵設(shè)置得當(dāng)，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)都會(huì)隨之變得更加穩(wěn)定，但是如果抗剪鍵設(shè)計(jì)得不合理，鋼結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)缺陷，本文針對(duì)對(duì)現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)的了解，解析柱腳設(shè)計(jì)活動(dòng)的中抗剪鍵設(shè)計(jì)工作。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；柱腳；抗剪鍵；設(shè)計(jì)方法

鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)前的建筑系統(tǒng)中比較常見(jiàn)，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可以幫助提升整個(gè)建筑系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)者可以通過(guò)柱腳這一設(shè)計(jì)要素，將柱部件設(shè)置到基礎(chǔ)部位，借助這一結(jié)構(gòu)部件，對(duì)柱的內(nèi)力進(jìn)行傳遞，使其可以被有效地傳遞到基礎(chǔ)位置。在柱腳設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需解決混凝土與柱腳之間存在的摩擦力影響，抗剪鍵在其中可發(fā)揮有效作用，基于對(duì)柱底剪力的抵抗需求，抗剪鍵設(shè)計(jì)工作必須做好，現(xiàn)就抗剪鍵設(shè)計(jì)需要展開(kāi)研究。

1 鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的柱腳受力情況分析

一般來(lái)說(shuō)，柱腳水平力主要是通過(guò)底板傳遞的，而所產(chǎn)生的剪力在通過(guò)承壓傳遞到周?chē)幕炷两Y(jié)構(gòu)上，從而使得整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性得到有效的保障。但是，如果鋼結(jié)構(gòu)材料的抗剪強(qiáng)度過(guò)大，那么就十分容易導(dǎo)致底板結(jié)構(gòu)在和抗剪鍵交接的地方出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象。就使得鋼結(jié)構(gòu)混凝土在正常使用的過(guò)程中，受到建筑荷載的影響，而出現(xiàn)變形和破壞的現(xiàn)象，這就導(dǎo)致抗剪鍵剛度出現(xiàn)大幅度的下降的情況，讓整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性受到嚴(yán)重的影響。

在不同的建筑工程中，其建筑結(jié)構(gòu)柱腳的受壓受拉狀態(tài)也就存在著一定的差異。通常情況下，柱腳結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有很多種，其中當(dāng)柱腳結(jié)構(gòu)處于壓剪狀態(tài)時(shí)，那么混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度就會(huì)增強(qiáng)，使得建筑混凝土結(jié)構(gòu)的受力情況變得越來(lái)越復(fù)雜，因此我們導(dǎo)致人們?cè)谥_受水平力分析的過(guò)程中，存在著許多的問(wèn)題。而如果柱腳結(jié)構(gòu)在受到拉剪狀態(tài)影響時(shí)，那么其逐漸抗剪鍵的抗剪能力就會(huì)出現(xiàn)下降的情況。因此我們使得柱腳結(jié)構(gòu)的抗剪能力得到進(jìn)一步的提升，我們?cè)趯?duì)其抗剪鍵進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，就要對(duì)其設(shè)置位置、質(zhì)量以及鋼筋參數(shù)等方面進(jìn)行合理的控制。

2 設(shè)計(jì)抗剪鍵工作分析

在給鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗剪鍵時(shí)，一般會(huì)將其設(shè)計(jì)到柱腳系統(tǒng)的底板下方，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以幫助對(duì)水平剪力進(jìn)行有效抵抗，根據(jù)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)受力需求來(lái)確定抗剪鍵的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，柱腳的形式并不會(huì)給抗剪鍵的設(shè)置帶去影響，柱腳底部混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件與底板之間會(huì)形成強(qiáng)大的摩擦力，這種摩擦力會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如果摩擦力數(shù)值小于水平反力，就需要通過(guò)抗剪鍵來(lái)保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在出現(xiàn)以下幾種設(shè)計(jì)情況時(shí)，必須設(shè)置抗剪鍵：

抗震設(shè)防烈度較高或者風(fēng)荷載較大的地區(qū)。地震作用或風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平剪力較大，或者輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房在風(fēng)的吸力作用參與組合的工況中，由于柱軸向壓力正比于柱底板與混凝土的摩阻力，柱軸向壓力越小摩阻力越大，抗剪鍵所承受的水平剪力越大，選取組合工況時(shí)應(yīng)選擇水平剪力較大，軸向壓力較小的工況，且選取的水平剪力與軸向壓力要對(duì)應(yīng)。

鋼結(jié)構(gòu)廠房柱腳抗剪鍵具備的抗剪性能與鋼材材料特征、基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、沿剪力方向計(jì)算長(zhǎng)度及剪力大小等諸多因素有關(guān)。通過(guò)對(duì)大量實(shí)例的計(jì)算并分析總結(jié)，得出抗剪鍵的理論設(shè)計(jì)埋深一般為300～600mm，但這個(gè)理論埋深并不是絕對(duì)的，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)根據(jù)柱腳的不同受力狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，處于拉剪狀態(tài)時(shí)，抗剪鍵的埋深可適當(dāng)放大，處于壓剪狀態(tài)時(shí)，抗剪鍵的埋深可適當(dāng)減小。為了保證抗剪鍵與基礎(chǔ)混凝土的有效協(xié)同工作，抗剪鍵與底板間應(yīng)有可靠的連接，以防止抗剪鍵首先失效破壞?；A(chǔ)預(yù)留槽內(nèi)的混凝土應(yīng)澆注密實(shí)、高強(qiáng)，以保證抗剪鍵與混凝土之間的有效傳力，提高整個(gè)系統(tǒng)的抗剪能力。

3 抗剪鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中應(yīng)用抗剪鍵時(shí)必須有效關(guān)注其可發(fā)揮的基本效用，應(yīng)用抗剪鍵的主要目的是對(duì)柱底部位的剪力進(jìn)行有效抵抗，避免基礎(chǔ)混凝土頂面與柱底板處產(chǎn)生滑移的問(wèn)題，在此處不能通過(guò)錨栓部件來(lái)達(dá)到抗剪目的，錨栓難以對(duì)位移問(wèn)題有效限制。

抗剪鍵的材料有鋼板、角鋼、槽鋼、工字鋼等，為保證焊接的可靠性不宜選用Q235沸騰鋼。在柱腳施工中，抗剪鍵的設(shè)置通常是在基礎(chǔ)中預(yù)留槽，待柱安裝后做二次澆灌和養(yǎng)護(hù)，二次后澆混凝土采用比基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)高一級(jí)的細(xì)石混凝土摻少量的微膨脹劑。因此抗剪鍵是和混凝土緊密結(jié)合在一起的，應(yīng)考慮抗剪鍵與混凝土的協(xié)同工作，留置鍵槽時(shí)每側(cè)寬出抗剪鍵不小于30mm，底部空隙高度不小于20mm，在柱腳底板和基礎(chǔ)頂面之間留有一定空間，柱腳鉸接時(shí)不宜大于50mm，柱腳剛接時(shí)不宜大于100mm。

4 抗剪鍵設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)抗剪鍵時(shí)，不僅需充分了解鋼結(jié)構(gòu)的施工情況，同時(shí)還要對(duì)材料應(yīng)用訴求進(jìn)行滿足，經(jīng)過(guò)大量的鋼結(jié)構(gòu)施工實(shí)踐活動(dòng)可以發(fā)現(xiàn)，部分施工團(tuán)隊(duì)在開(kāi)展抗剪鍵施工工作時(shí)，并沒(méi)有做好孔隙預(yù)留工作，調(diào)整孔隙的空間相對(duì)比較小，在對(duì)螺母零件進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，柱底板的柱子垂直度與標(biāo)高可被有效調(diào)整，但是孔隙填充工作很難達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，在填墊相關(guān)材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)石混凝土，這種混凝土比普通混凝土的強(qiáng)度等級(jí)高。施工者可以用木棒來(lái)?yè)軗v混凝土。在開(kāi)展廠房地面施工活動(dòng)時(shí)，開(kāi)啟填墊處理工作，在此期間使用的施工材料主要是常規(guī)的混凝土，空隙填充效果比較差，在填充空隙時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用膨脹式的水泥材料來(lái)配制施工所用的砂漿材料，以此來(lái)將填實(shí)效果增強(qiáng)，在填充抗剪鍵周邊的孔洞時(shí)，還需保持均勻性，不能只在邊緣處填充材料，如果中間空間沒(méi)有被有效填充，螺母將會(huì)承擔(dān)所有的軸力，基礎(chǔ)混凝土面與柱底板之間的接觸面積過(guò)小，當(dāng)混凝土出現(xiàn)收縮情況時(shí)，混凝土與柱底板之間會(huì)形成極為明顯的裂縫。在后續(xù)抗剪鍵養(yǎng)護(hù)工作中，需要對(duì)混凝土與柱底板處的摩擦力進(jìn)行檢測(cè)，如果摩擦力過(guò)小，鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的穩(wěn)定性缺失問(wèn)題，在出現(xiàn)地震問(wèn)題時(shí)，柱腳部位的螺栓將會(huì)承擔(dān)所有的水平剪力，甚至?xí)霈F(xiàn)被直接剪斷的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，當(dāng)螺栓不能被正常使用后，建筑物將會(huì)直接倒塌。

在柱腳結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，抗剪鍵并不是大型構(gòu)件，在一些施工情況下，比較容易被直接忽視，但是其發(fā)揮出的抗剪作用卻是不能忽視的，如果抗剪鍵不能自鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中發(fā)揮出其應(yīng)有的效用，結(jié)構(gòu)隱患問(wèn)題也會(huì)隨之形成，設(shè)計(jì)者必須針對(duì)抗剪鍵設(shè)計(jì)活動(dòng)中的問(wèn)題安全地完成抗剪鍵設(shè)計(jì)工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況來(lái)完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，將鋼結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)有效突出，因此本文也對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)受力情況進(jìn)行了研究，并強(qiáng)調(diào)了柱腳設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在剖析抗剪鍵設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)，要注意到一些比較容易被忽視的設(shè)計(jì)問(wèn)題，根據(jù)截面腹板的具體抗剪需求可以確定角焊縫的設(shè)計(jì)情況，在澆筑環(huán)節(jié)中，需要運(yùn)用具有微膨脹特點(diǎn)的混凝土材料來(lái)完成二次澆筑工作，鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)日益復(fù)雜化，柱腳的固定應(yīng)用效果也隨之變得更加重要，抗剪鍵必須被合理設(shè)置。

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