浅议钢结构柱脚抗剪键的设计

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[摘 要]在当前我国建筑工程施工的过程中，钢结构柱脚抗剪键设计有着十分重要的作用，它不仅可以使得建筑钢结构的稳定性得到有效的保证，还满足了现代化建筑工程施工的相关要求，是建筑柱脚设计中不可缺少的组成部分。文章首先对柱脚结构受力分析的相关内容进行介绍，讨论了柱脚抗剪键设计的方法，以供参考。

[关键词]轻钢结构 柱脚设计 抗剪键

中图分类号：X869 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0100-01

1 引言

随着城市规划建设的日益加快，人们为了使得工程结构的稳定性和可靠性得到有效的保障，就将钢结构应用到其中，这样不仅加快了建筑工程的施工进度，还很好的满足了工程设计的相关要求，使其成本和质量都得到了进一步的提升。不过，从当前我国钢结构建筑工程施工的实际情况来看，其中还存在着许多的问题，尤其是在柱脚结构设计的过程中，人们并没有对其受力情况进行全面的分析，这就对钢结构柱脚在设计的过程中，受到建筑荷载的影响而出现质量问题。因此我们在钢结构柱脚设计的过程中，就将抗剪键设计的相关内容引入到其中，从而使得柱脚结构的稳定性和可靠性得到有效的保证。而且我们在对建筑钢结构混凝土基础进行加固处理的过程中，其抗剪键设计的应用则使得其混凝土结构的稳定性得到了极大的提升。

2 柱脚受水平力分析

一般来说，柱脚水平力主要是通过底板传递的，而所产生的剪力在通过承压传递到周围的混凝土结构上，从而使得整个建筑结构的稳定性和可靠性得到有效的保障。但是，如果钢结构材料的抗剪强度过大，那么就十分容易导致底板结构在和抗剪键交接的地方出现开裂的现象。就使得钢结构混凝土在正常使用的过程中，受到建筑荷载的影响，而出现变形和破坏的现象，这就导致抗剪键刚度出现大幅度的下降的情况，让整个建筑结构的稳定性和安全性受到严重的影响。为此我们在对建筑结构柱脚抗剪键进行设计的过程中，一定要对其埋置深度进行严格的要求，从而使得混凝土结构在运用的过程中，避免出现受到承载力的影响，而出现破损的现象，另外我们在对抗剪键材料进行选择的时候，也一定要根据其实际情况和相关的要求，来对其钢结构材料的质量进行严格的选取。

在不同的建筑工程中，其建筑结构柱脚的受压受拉状态也就存在着一定的差异。通常情况下，柱脚结构的受力状态有很多种，其中当柱脚结构处于压剪状态时，那么混凝土结构的抗压强度就会增强，使得建筑混凝土结构的受力情况变得越来越复杂，因此我们导致人们在柱脚受水平力分析的过程中，存在着许多的问题。而如果柱脚结构在受到拉剪状态影响时，那么其逐渐抗剪键的抗剪能力就会出现下降的情况。因此我们使得柱脚结构的抗剪能力得到进一步的提升，我们在对其抗剪键进行设计的过程中，就要对其设置位置、质量以及钢筋参数等方面进行合理的控制，从而使得柱脚混凝土结构在保障自身质量的同时，也有效的提高了工程施工的效益，从而整个钢结构建筑的稳定性和可靠性得到了有效的保障。

3 抗剪键的设计

抗剪键是指在钢结构柱脚设计中设置于柱底板下面用于抵抗水平剪力的构件，判断柱脚是否需要设置抗剪键是根据其受力情况确定的，与柱脚的形式 （铰接或刚接）无关。柱脚底部的水力应由柱脚底板与混凝土基础件间的摩擦力承受，摩擦系数可取0.4。一般情况下，当水力大于摩擦力时，应设置抗 剪键，当水力小于摩擦力时，可不设抗剪键，但在下列几种情况下均宜设置抗剪键：

（1）抗震设防烈度较高或者风荷载较大的地区。地震作用或风荷载产生的水平剪力较大，或者轻型钢结构厂房在风的吸力作用参与组合的工况中，由 于柱轴向压力正比于柱底板与混凝土的摩阻力，柱轴向压力越小摩阻力越大，抗剪键所承受的水平剪力越大，选取组合工况时应选择水平剪力较大，轴向压力较小的 工况，且选取的水平剪力与轴向压力要对应。

（2）厂房内布置有起重设备时应设置抗剪键。起重设备对结构产生横向刹车力和纵向刹车力，产生的瞬间惯性力通过柱间支撑或钢架传至柱脚，突然增大的惯性力对结构非常不利，所以在有起重设备时各柱下均宜设置抗剪键。

（3）柱间支撑所处开间的柱下应设置抗剪键。厂房的纵向水平力通过系杆传给柱间支撑，又通过柱脚传给基础，柱间支撑所处开间的柱脚承担着厂房大部分纵向水平力，一般较大，此处为抗剪设计的薄弱环节，设计人员应特别注意。

钢结构厂房柱脚抗剪键具备的抗剪性能与钢材材料特征、基础混凝土强度等级、沿剪力方向计算长度及剪力大小等诸多因素有关。通过对大量实例的计 算并分析总结，得出抗剪键的理论设计埋深一般为300～600mm，但这个理论埋深并不是绝对的，设计人员还应根据柱脚的不同受力状态进行调整，处于拉剪 状态时，抗剪键的埋深可适当放大，处于压剪状态时，抗剪键的埋深可适当减小。

为了保证抗剪键与基础混凝土的有效协同工作，抗剪键与底板间应有可靠的连接，以防止抗剪键首先失效破坏。基础预留槽内的混凝土应浇注密实、高强，以保证抗剪键与混凝土之间的有效传力，提高整个系统的抗剪能力。

4 抗剪键的材料及构造

抗剪键的材料有钢板、角钢、槽钢、工字钢等，为保证焊接的可靠性不宜选用Q235沸腾钢。在柱脚施工中，抗剪键的设置通常是在基础中预留槽， 待柱安装后做二次浇灌和养护，二次后浇混凝土采用比基础混凝土强度等级高一级的细石混凝土掺少量的微膨胀剂。因此抗剪键是和混凝土紧密结合在一起的，应考 虑抗剪键与混凝土的协同工作，留置键槽时每侧宽出抗剪键不小于30mm，底部空隙高度不小于20mm，在柱脚底板和基础顶面之间留有一定空间，柱脚铰接时 不宜大于50mm，柱脚刚接时不宜大于100mm。

5 抗剪键的施工

虽然规程中对填实柱脚底板与混凝土基础之间空隙提出了施工方法和材料要求，可是在大量工程调查中发现，有许多工程未按照规程要求施工，柱底板 下仅留有50mm调整孔隙，通过调整螺母保证了柱底板的标高及柱子垂直度，对所留孔隙填充的密实度与规程要求相差太远，只是用比基础混凝土强度等级高一级 的普通细石混凝土填垫，其施工方法是用木质方棒向50mm孔隙内拨捣，有的是做厂房地面施工时填垫，所用材料就是做地面的普通混凝土。只有极少数工程师用 膨胀水泥配制的无收缩砂浆填实，大多数工程师用普通砂浆填实，很难保证孔隙填充砂浆的密实度，更甚者是在底板的边缘填充，中间是空的，所有轴力全由调整螺 母承担，柱底板和基础混凝土面没有接触或接触面甚小，或因混凝土收缩柱底板和基础混凝土之间产生间隙，柱底板和基础混凝土之间摩擦力几乎为零。当地震作用 时，水平剪力全由地脚螺栓承担，很可能被剪断，造成因螺栓剪断后柱根位移而导致建筑物倒塌，应引起设计、施工、监理单位的重视。

可见，抗剪键在整个结构中属于小构件，但它在柱脚中的抗剪作用很大，切不可因其小而忽视它，从而给结构带来安全隐患，合理的设计、精心的施工才能保证结构的安全。

6 结束语

总而言之，在现代化钢结构建筑工程施工的过程中，柱脚抗剪键的设计有着十分重要的意义，它不仅使得钢结构建筑的稳定性和可靠性得到了有效的提升，还进一步的满足了现代化建筑工程施工的相关要求。不过，从当前钢结构柱脚抗剪键设计的实际情况来看，其中还存在着一定的问题，这就使得抗剪键的抗剪能力无法得到充分的发挥，因此我们还要在不断的实践过程中，采用相应的技术手段来对其进行优化，从而使得建筑结构的各方面性能得到有效的保障。

参考文献

[1] 张巧珍，周洪彬，张明莉.插板加强K型间隙圆钢管相贯节点的极限承载能力非线性有限元分析[J].钢结构.2006（01）.

[2] 王庆，张彦华.钢结构角焊缝强度计算与匹配分析[J].工业建筑.2005（S1）.