钢柱脚底板简化计算方法研究

・３４・　第３９卷第２３期　２　０　１　３年８月　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨ￣ＥＣＴＵＲＥ　山　西　建　筑　Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．２３　Ａｕｇ．　２０１３　文章编号：１００９—６８２５（２０１３）２３－００３４—０３　钢柱脚底板简化计算方法研究　王保磊　袁　（１．四川省建筑设计院钢结构与幕墙工作室，四川成都２　６１００４１；２．四川建筑职业技术学院设备工程系，四川德阳６１８０００）　摘要：从钢柱、柱脚底板、混凝土基础三者相互作用原理出发，利用ＡＮＳＹＳ对不同底板截面、厚度等情况下的钢柱脚性能进行了　静力分析，并采用Ｏｒｉｇｉｎ软件对相关数据进行数值分析，提出了底板反力折减系数的概念。　关键词：钢柱脚，相互作用，折减系数　中图分类号：ＴＵ３７５．２　文献标识码：Ａ　０＝０．００２＋０．５（‘　．　一５０）×１０一’。　１　概述　文献［１］的结论如下：　１）柱脚底板压应力分布很不均匀，应力主要集中分布在钢柱　翼缘、腹板对应的区域附近…。２）柱、底板、基础三者在承受外荷　载时相互作用、相互协调、协同工作，相互作用效应取决于其相对　８　＝０．００３　３一（‘　．＾一５０）×１０一’。　１　ｎ＝２一亩　一５０）。　其中，８。为与峰值　对应的应变，当计算值　。＜０．００２时，取　８　为正截面混凝土极限压应变，当计算值　＞０．００３　３　刚度，设计计算时不宜分开考虑　。３）通过本文有限元分析结果　０．００２；取０．００３　３；ｎ为系数，当计算ｎ值大于２时，取２。　与现行设计方法的比较表明，现行设计方法计算结果离散性大，　时，总体偏于保守，有较大的优化空间，现行设计方法有必要改进…。　４）考虑三者相互作用的有限元方法，分析结果精度高，符合实际　受力状况，但比较复杂，需进一步对其简化…。　由于设计任务比较繁重，设计师往往对钢柱底板采用比较保　守的方法进行设计。本文通过对钢柱脚在不同底板截面、厚度、　不同轴力等情况下的钢柱脚性能进行静力分析，得到了关于底板　弯矩的若干组数值，然后利用Ｏｒｉｏｎ软件对这些数据进行数值分　析，提出了底板反力折减系数的概念。　２柱脚非线性有限元分析　图１铰接柱脚　２．１　有限元模型主要参数　柱脚模型参照某水箱钢支柱柱脚，柱截面为ＨＷ３５０×３５０×　１２×１９，钢柱及底板材质为Ｑ２３５Ｂ。基础为１　２００　Ｉｎｎ×１　２００　ｍｍ×　１　０００　ｍｍ素混凝土实体，混凝土强度等级为Ｃ３０。　本文假定钢柱只承受轴心压力，钢柱脚为铰接（见图１）。柱　高为１２５　ｍｍ，近似认为钢柱在距柱底１００　ｍｍ处受到的荷载为均　布荷载。　本文的柱脚模型中考虑混凝土变形，主要属于小变形材料而　曲线按图２采用　Ｊ：　＝　。图２混凝土应力—应变曲线　非线性问题（同时伴有几何非线性）。混凝土的受压应力一应变　２．２有限元模型单元划分　【・一（・一　）　】。　钢柱、底板采用Ｓｏｌｉｄ４５单元，混凝土基础采用Ｓｏｌｉｄ６５单元。　根据钢柱底板的外形尺寸用体建立模型。本模型中，共有５６　２９８个　节点，４２　５９４个单元，如图３所示。　当ｇｏ≤８　≤ｓ　时，　＝　。　参考。　参考文献：　２．３边界条件、约束和加载　［１］　张弼伟．某工程混凝土楼板裂缝的原因分析及控制措施　［Ｊ］．山西建筑，２０１２，３８（１７）：６２－６３．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｌｏｏｒ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｃａｕｓｅｓ　ＷＡＮＧ　Ｒｕｉ－ｊｉｎ　（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｈｕａｋｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉ￣ｅｒｉｎｇ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｎａｎｉｆｎｇ　２１１８００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｌｉｇｈｔ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎ　ｆｌｏｏｒ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｓｔａｔｕｓ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｃａｓｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｃｒａｃｋ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｌｏｏｒ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｃａｕｓｅｓ，ａｎｄ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｃｏｒｆｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ，ｗｉｔｈ　ａ　ｖｉｅｗ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｒａｃｋｓ，ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅ，ｓｅｃｕｒｉｔｙ　收稿日期：２０１３・０６－０８　作者简介：王保磊（１９８４－），男，硕士，工程师ｉ　袁珍（１９８２一），女，硕士，助教　第３９卷第２３期　・３６・　２　０　１　３年８月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨⅡＩＥＣＴＵＲＥ　Ｖ０ｌ｜３９　Ｎｏ．２３　Ａｕｇ．　２０１３　文章编号：１００９－６８２５（２０１３）２３－００３６—０２　超长框架结构的温度应力分析　童菊仙摘陈曙　４３００７０）　（中南建筑设计院股份有限公司，湖北武汉要：针对超长钢筋混凝土结构在温度变化时聚集较大温度应力，在降温时极易产生结构裂缝，导致漏水，钢筋锈蚀等影响结构　寿命的现象，详细阐述了一实例工程的计算分析过程、构造措施和施工措施，并对超长结构的设计和施工提出了较好的意见和建议。　关键词：超长结构，伸缩缝，温度应力，温度裂缝　中图分类号：ＴＵ３７５．４　文献标识码：Ａ　１　工程概况　近年来，兴建了大批超大型公共建筑，如停车库，候车厅，医　院等。这些超大型建筑的尺度远远超过了混凝土规范规定的伸　根据《建筑抗震设计规范》的规定，武汉地区基本设防烈度为　６度。根据《建筑工程抗震设防分类标准》，该项目的抗震设防类　别应划为重点设防类。按当地政府令，本工程必须进行专门的地　震安全性评价工作。根据地震安全性评价的结果，地震加速度为　缩缝最大间距。为了保证建筑造型或结构的整体性，这些结构往　往都不设伸缩缝，而是通过施工措施和温度计算来减小或者抵抗　温度应力。　长结构的设计构造措施。该工程位于武汉市郊，为一大型综合医　院的裙房部分，见图１。　０．１０２ｇ，相当于按略高于７度考虑地震作用，按７度考虑抗震　措施。　本文通过对一超长混凝土框架结构的计算和构造来讲述超　２结构计算　采用Ｅｔａｂｓ计算软件，建立整体模型，进行受力性能分析。框　架梁柱采用杆单元，楼板采用壳单元模拟。壳单元按控制最大边　温度作用分析的参数取值：武汉市月平均最低气温　．　＝　一该部分结构长１２４．５　ｍ，宽９９．３　ｍ，为钢筋混凝土框架结构。　长不大于１．０　ｍ划分网格，壳单元与杆单元协调变形，共同工作。　为了造型和采光需要，中间医疗间开有４个１６．８　ｍ　ｘ　１０．７　ｍ的　洞，入口处有一个２５．２　ｍ×２３．４　ｍ的采光天井，靠近北部主楼一　造型的需要结构不设缝。　５℃，月平均最高气温Ｔｍ　＝３７℃。考虑建筑外保温作用及建　侧有２个洞口，且平面有较大的凹入。为了保证结构的整体性和　筑内部空调作用，取结构最高平均温度　…＝３０℃，结构最低平　均温度　；　＝１０　ｏＣ。　该工程主体结构设计使用年限为５０年，根据《建筑结构荷载　过６０　ｍ），基本雪压０．５０　ｋＮ／ｍ　（ｎ＝５０年）。根据该规范附录　Ｅ．５，武汉市月平均最低气温Ｔｍ　＝一５℃，月平均最高气温　Ｔｍ　＝３７　ｏＣ。　后浇带合龙时的月平均温度取１５℃一２５℃。即结构最低初　结构的最大温升工况：　ＡＴＫ＋＝３０—１５＝１５　ｏＣ。　规范》武汉地区基本风压为Ｗｏ＝０．３５　ｋＮ／ｍ　（ｎ＝５０年，高度不超　始平均温度Ｔｏ　＝１５℃，最高初始平均温度ｒ０．　＝２５℃。　结构的最大温降工况：　对底板反力ｇ进行修正，也就是计算最大弯矩时，按照修正后的　增加而增加的情况。　出现这种情况的原因在于随着底板厚度的增加，其抗弯刚度　反力（１一　）ｇ进行计算。　越来越大，因此它和混凝土基础之间的变形协调能力随之减少。　这样，在保证工程项目设计速度的同时，又可以使钢柱底板　由此导致了随着底板厚度的增加，其最大理论弯矩值与模拟值之　的厚度也得到折减，节约了钢材，降低了总造价，减少了底板加工　间的差值越来越大。　难度，加快了工程进度，同时还可以保证结构的安全。　参考文献：　４结语　　陈全红，赵建昌．钢柱、柱脚底板、混凝土基础三者相互作用　建议将钢柱底板的设计计算在现有计算方法的基础上，对底　［１］研究［Ｊ］．钢结构，２００７（１０）：２３．２７．　板反力进行折减。　　赵建昌．混凝土结构设计原理［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，　在计算底板厚度时，底板反力折减系数＂可以直接通过表５　［２］查出，对于表中没有给出的底板厚度，可以由内插法得到。然后　２０ｏ４．　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｓｉｍｐｌｉｉｅｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌｆ　ｃｏｌｕｍｎ　ｂａｓｅ　ｏｌａｔｅ　ＷＡＮＧ　Ｂａｏ．１ｅｉ’　ＹＵＡＮ　Ｚｈｅｎ　（Ｉ．Ｓｔｅｅｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｃｕｒｔａｉｎ　Ｗａｌｌ　Ｓｔｕｄｉｏ，Ｓｗｈｕａｎ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｆ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００４１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｅｎｔ，Ｓｗｈｕａｎ　Ｃｏｌｍｌｅｇｅ　ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄｅｙａｎｇ　６１８０００，Ｃｈｉａ）ｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｌｕｍｎ，ｃｏｌｕｍｎ　ｂａｓｅ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇ　ＡＮＳＹＳ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｌｕｍｎ　ｂａｓｅ　。ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｌａｔｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ，ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｔａｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｄａｔａ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｏｒｉｇｉｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｌｆｏｏｒ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｆｏｒｃｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ　ｃｏｌｕｍｎ　ｆｏｏｔ，ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒ　收稿日期：２０１３－０６－０９　作者简介：童菊仙（１９８０－），女，工程师，一级注册结构工程师；　陈曙（１９７９．），男，工程师