在模块 RF-/JOINTS Steel- Column Base 中的刚接柱脚

技术文章

结构分析不仅仅是确定结构内力和结构变形,还要确定结构中的力和弯矩安全的传递并施加到基础上。Dlubal 软件提供大量的产品用于对钢结构和木结构连接进行分析和设计。附加模块 RF-/JOINTS Steel - Column Base 能够对刚接和铰接柱脚进行设计,柱底板可以带加固也可以不带加固。

本文下面将举例介绍在混凝土杯型基础中柱子截面的设计,该示例在文献 [1] 中也有描述。

系统

柱子截面是型钢 HEB 280,材料是 S 235 JR。

图 01 - System and Loading According to [1] 柱脚的几何参数在模块 RF-/JOINTS 中的窗口 1.4 中按照 [1] 设置,选择的插入深度是 65 cm。

图 02 - Window 1.4 Footing in RF-/JOINTS

基础板在窗口 1.5 中定义。

图03 - Window 1.5 Column in RF-/JOINTS

内力

下面是设计内力:
NEd = 396.0 kN
VEd = 21.5 kN
MEd = -118.0 kN

计算需要的杯形基础深度

决定值是基于混凝土强度的最小锚固深度。

图 04 - Window 3.1 Design - Summary Including Details of Required Bucket Depth

需要的最小锚固深度 54.86 cm,选择的深度是 65 cm。

柱子截面承载力设计

根据 [1] 柱子中力和弯矩的分布如下图。

图 05 - Distribution of Forces and Moments in Column Base According to [1] 由最大弯矩计算出正应力如下式:
σEd = N / A + max Me,d / Wy = 396.0 / 131.0 + 11,818.7 / 1,380.0 = 11.6 kN/cm2

最大剪应力如下:
τEd = (max Ve,d ∙ Sy) / (Iy ∙ t) = (310.18 ∙ 767.00) / (19,270.00 ∙ 1.05) = 11.76 kN/cm2

相应的应力和计算细节都可以在截面承载力的结果表格中找到。

图 06 - Window 3.1 Design - Summary Including Details of Column Section Resistance

杯形基础内的柱子设计

图 [5] 中展示的就是相关的设计位置,受弯压的截面 B-B 是决定性位置。

在 X 方向的正应力计算如下:
σX,d = -N / A - Me,b,d / Iy ∙ z1 = -396.0 / 131,0 - 3,897.3 / 19,720.0 ∙ 9.8 = -5.0 kN/cm2

在 Z 方向的正应力计算如下:
σZ,d = 0,45 ∙ pRd / t ∙ αb = 0.45 ∙ 12.34 / 1.05 ∙ 0.55 = 2.90 kN/cm2

最大剪应力是:
τEd = (max Ve,d ∙ Sy,1) / (Iy ∙ t) = (310.18 ∙ 716.58) / (19,270.00 ∙ 1.05) = 10.99 kN/cm2

窗口 3.1 的设计细节中包括相应的应力和使用率:

图 07 - Window 3.1 Design - Summary Including Details of Design of Column in Bucket

程序中还要通过验算连接处受压区域和焊缝来完成整个设计,在这里就不做解释了。

总结

RF-/JOINTS Steel - Column Base 能够设计铰接和刚接柱脚。在柱子深埋杯形基础的情况下,附加模块分析杯形基础的深度、柱子截面的承载力、杯形基础内的柱子承载力。完整的分析还要通过设计混凝土底板以及设计柱子和底板之间的焊缝来完成。

参考

[1] Kahlmeyer, E., Hebestreit, K., & Vogt, W. (2012). Stahlbau nach EC 3 (6th ed.). Cologne: Werner.
[2] Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings; EN 1993-1-1:2005 + AC:2009
[3] Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-8: Design of joints; EN 1993-1-8:2005 + AC:2009
[4] Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings; EN 1992-1-1:2004 + AC:2010
[5] Manual RF-/JOINTS. (2015). Tiefenbach: Dlubal Software. Download...

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