RFEM 6 中的 AISC 底板设计

建模底板连接

1) 在“主”选项卡中，将新的钢接头分配给相关节点。查看‘强度配置’以确认默认设置是否合适，必要时做出调整（图 01）。

1 创建新钢接头

2) 在“组件”选项卡中，选择“插入开始组件”，然后选择“底板”（图 02）。

2 插入底板组件

3) 在“组件设置”中，指定底板、混凝土块、灌浆、锚栓和焊缝的材料、尺寸和位置（图 03）。

3 调整组件设置

在子模型中使用刚性连接来建模灌浆，这会修改接头几何形状并随后影响内部力（图 04）。

4 子模型中的灌浆

还可以选择考虑开裂的混凝土。 默认情况下，ACI假设存在开裂。 如果可以证明混凝土没有开裂，取消勾选此选项可以为锚栓提供更高的拉拔强度、拉拔强度和剪切爆裂强度。

根据ACI第17.3.5节，当提供补充钢筋以控制因安装力和/或随后扭矩引起的分裂失效时，可以激活‘控制分裂的钢筋’选项。 当此选项被停用时，程序显示以下备注： “未提供控制分裂的钢筋。请检查最小间距、边缘距离和最小混凝土厚度。”

还可通过锚栓、剪力肋和摩擦实现剪力传递。 其他信息在下面的文章中提供。

• RFEM 6 中 AISC 连接设计专题：受拉与受剪

可用的锚栓有四种类型：1个后安装和3个预埋（六角头、弯钩L型螺栓和弯钩J型螺栓）。本例选择六角头预埋锚栓。 也可以选择添加垫圈。垫圈的形状（圆形或方形）、直径和厚度是必需的参数。这些参数用于计算锚栓净承压面积，以计算拉拔阻力和侧面受力爆裂阻力。

根据AISC 360 & ACI 318的设计检查

锚杆中的力基于有限元分析（FEA），该分析考虑了连接元件（锚杆、底板、混凝土块等）的刚度。当底板的柔性导致变形，增加锚杆中的张力时，可能会发生撬动作用。在FEA计算中也考虑了这些撬动力。

提供以下预埋锚杆的设计检查：

• 底板在螺栓孔处的承压阻力，ϕ_bR_nb
• 锚栓的钢拉力阻力，ϕ_atN_sa
• 混凝土爆裂拉力阻力，ϕ_cbtN_cbg
• 锚栓的拉拔拉力阻力，ϕ_pnN_pn
• 混凝土侧面爆裂阻力，ϕ_cbtN_sbg
• 锚栓的钢剪力阻力，ϕ_avV_sa
• 混凝土爆裂剪力阻力，ϕ_cbvV_cbg
• 混凝土撬起剪力阻力，ϕ_cpvV_cpg

还提供其他设计检查，包括混凝土承压压缩阻力、焊接阻力以及底板和构件的塑性应变。

示例

提供AISC设计指南1的示例4.7-11来验证RFEM模型的结果。此示例中设计一个W12x96柱的底板连接，承受压缩和弯矩。柱子连接到指定抗压强度为ƒ'_c = 4,000 psi 的混凝土基础。底板厚度为2.0英寸，假设灌浆厚度为1.0英寸。有效锚固长度h_ef等于18.0英寸。载荷和材料属性如图05所示。

在示例中，没有提供具体的混凝土尺寸，假设锚杆拉力爆裂锥有足够的面积在边缘距离内形成。为满足此假设，采用等于1.5h_ef + 杆间距 + 1.5h_ef的混凝土块尺寸（66.0英寸 x 72.5英寸）。完整的钢接头输入如图03所示。

5 AISC DG1 示例

结果

运行钢接头计算后，各组件的结果显示在按组件设计比率选项卡中。接下来，选择锚栓1,1查看设计检查详细信息（图06）。

6 组件设计利用率

设计检查详细信息提供了所有公式以及对AISC 360和ACI 318标准的引用（图07）。还提供了关于排除的设计检查的说明以进行澄清。 接下来，选择“钢接头中的结果”以图形化查看锚栓的内部力（图08）。

7 锚栓设计验算细节

8 钢节点中的结果

总结了AISC和钢接头的结果，包括差异的原因。

锚栓

9 锚固设计验算比较

混凝土（承压强度）

2.21 ksi的承压应力取自示例4.7-10，假设A₁=A₂，提供最低可能的强度。 底板面积计算为22 in × 24 in = 528 in²，假设整个底板区域承受压缩，给出混凝土承压压缩阻力，ϕP_p =2.2 ksi × 528 in² = 1166.9 kips。

在钢接头附加组件中，假设A₂ ≫ A₁ 满足拉伸爆裂阻力。底板的有效压缩面积A_eff可通过FEM分析或AISC设计指南1附录B.3确定，其中A_eff在腹板和翼缘之外延伸距离c = 1.5*底板厚度。基于按照设计指南1计算的A_eff，报告的值ϕP_p =1242.3 kips。或者，使用FEM分析时，A_eff取决于强度配置中指定的接触应力阈值；降低该阈值（低至1%）会增加有效的压缩面积。

10 砌块设计验算详细信息

底板

底板厚度的设计受承压或拉力界面控制。 根据AISC计算，承压所需的厚度为1.92英寸（四舍五入为2.0英寸），这控制了设计，而拉力所需的厚度计算为0.755英寸。

在钢接头附加组件中，通过将实际塑性应变与强度配置中规定的5%允许限比较，使用塑性分析进行板设计。2.0英寸厚的底板的最大等效塑性应变为0.09%，表明较薄的板可能足够。然而，减少板厚可能会增加锚栓中的拉力。

在大多数情况下，钢接头附加组件会导致显著更薄的底板，因为它考虑了底板的柔性，而不像AISC设计指南1第4.3.1节中假设的刚性底板。

AISC设计指南1附录B.3[3]解释了如何考虑底板的柔性可以显著减少所需厚度。板屈服极限状态对应于在假定屈服线位置的底板向上弯曲。在此假定压力下，假定底板是刚性的。 但是，对于底面积较大的底板，此假设可能导致在屈服线上产生过大的力矩，导致底板过厚。 这是一个谨慎假设，因为大底板同样具有柔性，因此承压应力集中在柱翼缘和腹板下。实际上，这种应力分布类型会显著降低底板中的力矩，从而减少所需厚度。

结论

RFEM 6中的钢接头附加组件通过考虑底板的柔性和可能发生的撬动作用，提供了底板设计的高级方法。与AISC设计指南1中概述的传统方法相比，这种方法通常会导致底板更薄的优化设计。 通过与AISC示例进行比较，该附加组件展示了其提供精准且经济的底板连接解决方案的能力。