專利名稱：一種淺埋式鋼柱腳及施工方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋼結構技術領域，特別涉及一種淺埋式鋼柱腳及施工方法。
背景技術：
鋼結構具有強度高、自重輕、抗震性能好、施工速度快、地基費用省、占用面積小、工業(yè)化程度高、外形美觀等一系列優(yōu)點，與混凝土結構相比它是環(huán)保型和可再次利用，易于產(chǎn)業(yè)化，發(fā)達國家在房屋建筑中廣泛采用鋼結構。建筑鋼結構大致可分為普通鋼結構和輕型鋼結構。建筑鋼結構中，鋼柱腳的作用是將鋼柱下端的軸力、彎矩和剪力傳遞給基礎，使上 部結構與基礎有效地連接在一起，確保結構安全。鋼柱柱腳是上部鋼結構與基礎底座連接的重要樞紐，影響著整個上層結構的剛度與內力分布。鋼柱柱腳通常包括外露式柱腳、外包式柱腳和埋入式柱腳三種。外露式柱腳是指柱底底板或靴梁通過錨栓固定在基礎上的柱腳形式；外包式柱腳是由鋼柱腳與外包混凝土組成，位于基礎頂面以上；埋入式柱腳是指將鋼柱直接埋入基礎或基礎梁的柱腳。外露式柱腳有剛接和鉸接兩種，常用于單層鋼結構、門式鋼架；外包式柱腳和埋入式柱腳按剛接柱腳考慮，常用于多層、高層鋼結構建筑。1994年I月17日美國Northridge地震和1995年I月17日日本Kobe地震中，鋼柱腳的破壞較為嚴重，引起了工程界和學術界的廣泛關注。根據(jù)1995年神戶大地震鋼結構破壞狀況調查報告，在998棟遭到嚴重破壞的鋼結構中，218棟是由于鋼柱腳的破壞直接導致。外露式柱腳普遍破壞嚴重，有的錨栓斷裂、有的端板在錨栓邊緣被拉斷、有的地腳錨栓雖沒有斷裂但發(fā)生被拉長和拔出的情況也較多，有鉸接柱腳的端板與柱構件因采用角焊縫，部分焊縫斷裂的例子較多，基礎混凝土被壓碎的情況比較多，明顯觀察到的柱腳端板變形的情況并不多見。對外包式柱腳，當鋼柱的截面尺寸不夠或者外包混凝土高度或者混凝土厚度不夠的情況下，外包混凝土發(fā)生開裂剝落，部分鋼柱端板焊接部位破壞，地腳螺栓被拉長或者拔出的情況存在，顯示其原設計規(guī)范中對外包式鋼柱腳設計方法的不合理與安全性不夠。基本沒有觀察到埋入式柱腳的顯著破壞。

發(fā)明內容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種淺埋式鋼柱腳及施工方法，在保持外露式鋼柱腳施工方便優(yōu)點基礎上，提出通過在頂部設置加強鋼筋并澆筑一定厚度的鋼筋混凝土淺埋層，提高鋼柱腳的剛度與承載力，從而提高其抗震能力。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種淺埋式鋼柱腳，包括底部帶端板的鋼柱1，鋼柱I的端板固定錨栓3，錨栓3的另端固定在底板或基礎梁混凝土 8中，鋼柱I的底部埋設于底板或基礎梁混凝土 8上方的淺埋層混凝土 9中。所述鋼柱I為開口截面或者封閉截面形式。所述開口截面為H形或者十交叉字形，所述封閉截面為圓形、正方形或長方形。
所述封閉截面鋼柱底部區(qū)段內灌注混凝土，混凝土的高度不低于管外淺埋層厚度的I. 5倍，強度等級為C30 C40。所述淺埋層混凝土 9的厚度取鋼柱截面高度或直徑與300_ 二者的較小值，最小厚度為200mm。所述鋼柱I的端板范圍內設置加強鋼筋2，加強鋼筋2錨固在底板或基礎梁混凝土8中，或者錨固在淺埋層混凝土 9中，提高淺埋層混凝土的抗剪能力以及對鋼柱I的約束作用，加強鋼筋2采用HRB335、HRB400或者HRB500級鋼筋。所述鋼柱I的端板外圍有豎向鋼筋與水平箍筋組成的構造鋼筋7，其中箍筋豎向間距為100mm，豎向鋼筋采用HRB335、HRB400或HRB500級鋼筋，水平箍筋采用HPB300、HRB335 或 HRB400 級鋼筋。所述淺埋層混凝土 9上部有水平分布鋼筋6，通過錨固在底板或基礎梁混凝土 8中 的連接鋼筋5，加強對所述水平分布鋼筋6的拉結，提高淺埋層混凝土 9的抗剪能力，保證鋼柱I的柱腳抗剪剛度與受剪承載力，水平分布鋼筋6采用HRB335、HRB400或HRB500級鋼筋，連接鋼筋5采用HPB300、HRB335或HRB400級鋼筋。所述鋼柱I采用Q235、Q345、Q390或者Q420級鋼管；所述淺埋層混凝土 9采用不低于C30強度等級的混凝土。本發(fā)明還提供了一種淺埋式鋼柱腳的施工方法，包括如下步驟步驟一，制作鋼柱1，加工各種鋼筋以及相關模板；步驟二，按照設計要求綁扎混凝土底板或基礎梁配筋4，并預埋錨栓3、加強鋼筋2、鋼柱周圍的構造鋼筋7、連接鋼筋5，然后支模；步驟三，澆筑底板或基礎梁混凝土 8，如果鋼柱I端板下有抗剪鍵則在底板或基礎梁混凝土 8中預留相應的空間；步驟四，等底板或基礎梁混凝土 8強度達到設計要求后，進行鋼柱I安裝前的定位與清孔準備；步驟五，吊裝鋼柱1，調整位置達到設計要求后通過預埋錨栓3將鋼柱I固定，并用灌漿料將鋼柱I端板與底板或基礎梁間的間隙灌密實；步驟六，綁扎鋼柱I周圍的加強鋼筋2、構造鋼筋7以及淺埋層的水平分布鋼筋6，保證與連接鋼筋5之間的連接，支模板；步驟七，澆筑淺埋層混凝土 9，養(yǎng)護至混凝土成型后拆除模板，達到設計要求，完成了淺埋式鋼柱腳的施工過程。本發(fā)明在鋼柱端板以上澆筑一定厚度與平面尺寸的淺埋層鋼筋混凝土并設置加強鋼筋，由淺埋層鋼筋混凝土抗剪，消除鋼柱端板下抗剪鍵的設置要求，也不用錨栓抗剪，緩解或消除由于錨栓參與抗剪帶來的錨栓數(shù)量與布置上的困難，從而有效地提高鋼柱腳的抗剪剛度與受剪承載力，簡化鋼柱底部抗剪設計，方便施工，改善柱腳抗震性能。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是(I)與外露式柱腳相比,在吸收外露式柱腳施工方便優(yōu)點的基礎上，由于鋼柱周圍有配筋的淺埋混凝土參與抗剪，這種柱腳的抗剪剛度與抗剪承載力明顯提高，降低了對錨栓抗剪的需求，預埋錨栓主要用于傳遞彎矩與軸向拉力，減少了錨栓的數(shù)量，同時，降低或消除鋼柱端板下抗剪鍵的要求，方便加工制作與施工，可以實現(xiàn)剛接或半剛接柱腳的設計要求；(2)與埋入式柱腳相比，其端板底板或基礎梁無需預留洞口與鋼柱安裝后的二次澆筑底板或基礎梁混凝土的要求，方便施工，柱腳嵌固效果達到完全剛接或半剛接的要求；(3)與外包式柱腳相比，不要外包混凝土段，施工方便，減少了材料用量，建筑立面處理更加靈活方便。(4)這種柱腳適應于多層和高層鋼結構建筑、單層與多層輕鋼結構的要求，特別適合有抗震設防要求建筑的柱腳設計與施工。


圖I是本發(fā)明淺埋式鋼柱腳示意圖。
圖2是本發(fā)明淺埋式鋼柱腳結構配筋構造一平面示意圖。圖3是圖2中A-A剖面放大示意圖。圖4是圖2中B-B剖面放大示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。如圖I所示，一種淺埋式鋼柱腳，包括底部帶端板的鋼柱1，鋼柱I的端板固定錨栓3，錨栓3的另端固定在底板或基礎梁混凝土 8中，鋼柱I的底部埋設于底板或基礎梁混凝土 8上方的淺埋層混凝土 9中，其中，鋼柱I可以為開口截面(如H形或者十交叉字形等)或者封閉截面形式(如圓形、正方形或長方形等)。當選擇封閉截面形式時，在鋼柱底部區(qū)段內灌注混凝土，混凝土的高度不低于管外淺埋層厚度的I. 5倍，強度等級為C30 C40。淺埋層混凝土 9的厚度取鋼柱截面高度或直徑與300mm 二者的較小值，最小厚度為200mm，采用不低于C30強度等級的混凝土。鋼柱I采用Q235、Q345、Q390或者Q420級鋼管。該淺埋式鋼柱腳的具體結構如圖2-4所示，鋼柱I的端板范圍內設置加強鋼筋2，加強鋼筋2錨固在底板或基礎梁混凝土 8中，或者錨固在淺埋層混凝土 9中，提高淺埋層混凝土的抗剪能力以及對鋼柱I的約束作用，加強鋼筋2采用HRB335、HRB400或者HRB500級鋼筋。鋼柱I的端板外圍有豎向鋼筋與水平箍筋組成的構造鋼筋7，其中箍筋豎向間距為100mm，豎向鋼筋采用HRB335、HRB400或HRB500級鋼筋，水平箍筋采用HPB300、HRB335或HRB400級鋼筋。淺埋層混凝土 9上部有水平分布鋼筋6，通過錨固在底板或基礎梁混凝土8中的連接鋼筋5，加強對所述水平分布鋼筋6的拉結，提高淺埋層混凝土 9的抗剪能力，保證鋼柱I的柱腳抗剪剛度與受剪承載力，水平分布鋼筋6采用HRB335、HRB400或HRB500級鋼筋，連接鋼筋5采用HPB300、HRB335或HRB400級鋼筋。本發(fā)明還提供了一種淺埋式鋼柱腳的施工方法，包括如下步驟步驟一，制作鋼柱1，加工各種鋼筋以及相關模板；步驟二，按照設計要求綁扎混凝土底板或基礎梁配筋4，并預埋錨栓3、加強鋼筋2、鋼柱周圍的構造鋼筋7、連接鋼筋5，然后支模；步驟三，澆筑底板或基礎梁混凝土 8，如果鋼柱I端板下有抗剪鍵則在底板或基礎梁混凝土 8中預留相應的空間；
步驟四，等底板或基礎梁混凝土 8強度達到設計要求后，進行鋼柱I安裝前的定位與清孔準備；步驟五，吊裝鋼柱1，調整位置達到設計要求后通過預埋錨栓3將鋼柱I固定，并用灌漿料將鋼柱I端板與底板或基礎梁間的間隙灌密實，參見圖中的鋼柱端板下的灌漿料找平層10;步驟六，綁扎鋼柱I周圍的加強鋼筋2、構造鋼筋7以及淺埋層的水平分布鋼筋6，保證與連接鋼筋5之間的連接，支模板；步驟七，澆筑淺埋層混凝土 9，養(yǎng)護至混凝土成型后拆除模板，達到設計要求，完成了淺埋式鋼柱腳的施工過程。鋼柱、各種鋼筋與混凝土的具體設計參數(shù)應當由計算確定，所有設計均應符合《建筑抗震設計規(guī)范》、《混凝土結構設計規(guī)范》、《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》等設計規(guī)范的規(guī)定。進行正截面壓彎承載力、拉壓承載力、柱端截面抗剪承載力等相關計算，并滿足最小 構造配筋等構造要求。其中，計算端截面抗剪承載力時，計入淺埋鋼筋混凝土與加強鋼筋的抗剪貢獻。
權利要求
1.一種淺埋式鋼柱腳，包括底部帶端板的鋼柱(1)，鋼柱(I)的端板固定錨栓(3)，錨栓(3)的另端固定在底板或基礎梁混凝土(8)中，其特征在于，鋼柱(I)的底部埋設于底板或基礎梁混凝土(8)上方的淺埋層混凝土(9)中。
2.根據(jù)權利要求I所述的淺埋式鋼柱腳，其特征在于，所述鋼柱(I)為開口截面或者封閉截面形式。
3.根據(jù)權利要求2所述的淺埋式鋼柱腳，其特征在于，所述開口截面為H形或者十交叉字形，所述封閉截面為圓形、正方形或長方形。
4.根據(jù)權利要求2所述的淺埋式鋼柱腳，其特征在于，所述封閉截面鋼柱底部區(qū)段內 灌注混凝土，混凝土的高度不低于管外淺埋層厚度的I. 5倍，強度等級為C30 C40。
5.根據(jù)權利要求I所述的淺埋式鋼柱腳，其特征在于，所述淺埋層混凝土(9)的厚度取鋼柱截面高度或直徑與300mm 二者的較小值，最小厚度為200mm。
6.根據(jù)權利要求I所述的淺埋式鋼柱腳，其特征在于，所述鋼柱(I)的端板范圍內設置加強鋼筋(2)，加強鋼筋(2)錨固在底板或基礎梁混凝土(8)中，或者錨固在淺埋層混凝土(9)中，提高淺埋層混凝土的抗剪能力以及對鋼柱(I)的約束作用，加強鋼筋(2)采用HRB335、HRB400 或者 HRB500 級鋼筋。
7.根據(jù)權利要求I所述的淺埋式鋼柱腳，其特征在于，所述鋼柱(I)的端板外圍有豎向鋼筋與水平箍筋組成的構造鋼筋(7)，其中箍筋豎向間距為100mm，豎向鋼筋采用HRB335、HRB400或HRB500級鋼筋，水平箍筋采用HPB300、HRB335或HRB400級鋼筋。
8.根據(jù)權利要求I所述的淺埋式鋼柱腳，其特征在于，所述淺埋層混凝土(9)上部有水平分布鋼筋(6)，通過錨固在底板或基礎梁混凝土(8)中的連接鋼筋(5)，加強對所述水平分布鋼筋(6)的拉結，提高淺埋層混凝土(9)的抗剪能力，保證鋼柱(I)的柱腳抗剪剛度與受剪承載力，水平分布鋼筋(6)采用HRB335、HRB400或HRB500級鋼筋，連接鋼筋(5)采用HPB300、HRB335 或 HRB400 級鋼筋。
9.根據(jù)權利要求I所述的淺埋式鋼柱腳，其特征在于，所述鋼柱(I)采用Q235、Q345、Q390或者Q420級鋼管；所述淺埋層混凝土(9)采用不低于C30強度等級的混凝土。
10.一種淺埋式鋼柱腳的施工方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一，制作鋼柱(1)，加工各種鋼筋以及相關模板； 步驟二，按照設計要求綁扎混凝土底板或基礎梁配筋(4)，并預埋錨栓(3)、加強鋼筋(2)、鋼柱周圍的構造鋼筋(7)、連接鋼筋(5)，然后支模； 步驟三，澆筑底板或基礎梁混凝土(8)，如果鋼柱(I)端板下有抗剪鍵則在底板或基礎梁混凝土(8)中預留相應的空間； 步驟四，等底板或基礎梁混凝土(8)強度達到設計要求后，進行鋼柱(I)安裝前的定位與清孔準備； 步驟五，吊裝鋼柱(1)，調整位置達到設計要求后通過預埋錨栓(3)將鋼柱(I)固定，并用灌漿料將鋼柱(I)端板與底板或基礎梁間的間隙灌密實； 步驟六，綁扎鋼柱(I)周圍的加強鋼筋(2)、構造鋼筋(7)以及淺埋層的水平分布鋼筋(6)，保證與連接鋼筋(5)之間的連接，支模板； 步驟七，澆筑淺埋層混凝土(9)，養(yǎng)護至混凝土成型后拆除模板，達到設計要求，完成了淺埋式鋼柱腳的施工過程。
全文摘要
一種淺埋式鋼柱腳，包括底部帶端板的鋼柱，鋼柱的端板通過錨栓固定，錨栓的另端固定在底板或基礎梁混凝土中，鋼柱的底部埋設于底板或基礎梁混凝土上方的淺埋層混凝土中，本發(fā)明的結構由淺埋層鋼筋混凝土抗剪，消除鋼柱端板下抗剪鍵的設置要求，也不用錨栓抗剪，緩解或消除由于錨栓參與抗剪帶來的錨栓數(shù)量與布置上的困難，從而有效地提高鋼柱腳的抗剪剛度與受剪承載力，簡化鋼柱底部抗剪設計，方便施工，改善柱腳抗震性能，本發(fā)明還提供了該淺埋式鋼柱腳的施工方法。
文檔編號E02D27/42GK102966113SQ201210440000
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權日2012年11月6日
發(fā)明者趙作周, 郁銀全, 申林, 梁志遠, 任玉珊 申請人:清華大學