表2和表3表明,随着箱形截面柱的壁厚增大,柱脚的埋深随之增大。当截面板件宽厚比降低到15的时候,埋深与截面高度的深高比HB/b仍然小于2.5。由此可以推知,如果埋入式柱脚的埋置深度满足《高层民用建筑钢结构技术规程》8.6.1-3条或《建筑抗震设计规范》9.2.16条时,即:埋置深度不小于截面长边的2.5倍,通常情况下无需计算钢柱的极限受弯承载力。
5)以上分析均未考虑轴力对截面塑性弯矩的影响,如果按照《高层民用建筑钢结构技术规程》8.1.5条中的公式Mpc=1.15(1-N/Ny)Mp考虑轴力的影响,柱脚的计算埋置深度会更小。
对于带地下室的多高层建筑,当嵌固部位在地下室顶板时,该处梁的高度通常在800mm~1500mm,如果钢柱在嵌固部位下延一层,这样的柱脚与埋入式柱脚极为接近,所以《高层民用建筑钢结构技术规程》3.4.2条规定:“钢框架柱应至少延伸至计算嵌固端以下一层,并且宜采用钢骨混凝土柱,以下可采用钢筋混凝土柱。” 在钢框架柱的柱脚满足以上3.4.2条时,无需再进行柱脚极限受弯承载力验算。
2.2 外露式柱脚:
《高层民用建筑钢结构技术规程》第8.6.2-3条规定中外露式柱脚公式如下:
Mu≥Mpc (8.6.2-2)
式中:Mpc ——考虑轴力时柱的全塑性受弯承载力(kN•m);
Mu——考虑轴力时柱脚的极限受弯承载力。
图2 外露式柱脚计算简图
图2受力简图可推导出如下计算Mu公式:
图3 锚栓排布
螺栓排布如上图所示, Lo=710mm, L=770mm,B = 770mm,把以上数据带入公式(*2),可得 Mu=1555.7kN.m。
可按《高层民用建筑钢结构技术规程》的公式计算:
当N/Ny≤0.13时,Mpc=Mp (8.1.5-5)
当N/Ny>0.13时,Mpc=1.15(1-N/Ny)Mp (8.1.5-6)
本例轴压比为0.4,可得 Mpc= 1404 kN.m,满足 Mu≥Mpc。
按照上述方法试算三种截面的外露式柱脚锚栓的极限承载力的情况,基础的混凝土强度等级均为C40,锚栓材质为Q355,锚栓直径的选取为满足可排布条件的最小直径。