門式剛架柱底錨栓的抗剪分析

鋼結構門式剛架是廠房倉庫中常用結構形式。鋼結構門式剛架結構具有混凝土結構不可比擬的優勢，例如造價低施工周期短，可拆卸重復使用等，成了投資方最歡迎的結構形式。有關研究隨國家基礎建設一直在進行。《建筑抗震設計規范》規定柱底部水平剪力單獨計算，設抗剪鍵來處理問題，這種做法趨于保守。下面通過計算和實驗來論證。

柱腳內力計算

la為錨固長度，得出柱腳底板反力及錨栓拔力，根據柱腳底板水平力計算底部摩擦力，進而計算抗剪鍵設計值。柱腳底板與基礎的摩擦力F=u*D（D為柱腳豎向壓力，u為柱腳與混凝土柱之間摩擦系數），當不滿足V

設計柱腳抗剪試驗

試驗構件按華南某剛架結構廠房柱下端尺寸設計，基礎用鋼筋混凝土地梁代替，尺寸1.5米長，橫截面0.6x0.4m（兩端預埋設錨栓）和0.4x0.4m（兩端為化學漿錨固錨栓），實驗混凝土柱強度C30，錨栓強度Q235B。

當柱腳為剛接時，右邊彎矩M=42.58kN.m，參考《柱腳嵌固度對山形門式剛架結構分析的影響》提出β=0.55-0.75的范圍，本計算比值在允許范圍內，符合工程實際要求。即摩擦力大于剪力，不設抗剪鍵。本文擬通過實驗驗證柱腳底部的摩擦力能否承載水平荷載。加載方式為：首先豎向加載至20kN，再在距離梁底1.5m范圍處逐漸加載水平力的水平荷載，以實驗其抗剪能力。測得柱腳水平位移與水平荷載的關系：當達到水平推力設計值20.7KN時，柱腳水平位移小于0.2mm，30 kN時為0.3mm。螺孔與錨栓間隙3mm，因此柱子底板與螺栓沒有接觸，水平荷載達到45 kN和 50 kN時，水平位移為0.6mm和 0.7mm，沒有接觸。說明錨栓沒有參與抗剪，通過底板與基礎的摩擦力滿足水平荷載。因為剪力設計值為20.1kN，實驗中當水平力達到30kN時柱腳沒有滑動，錨栓沒有因水平力作用而受力，故實際中可不設抗剪鍵。因為壓力與摩擦力成正比，水平推力增加了軸向的壓力，因此增加柱底板摩擦力而提高抗剪承載力。

進入第二階段，柱底錨栓承受剪力時，計算模型為：錨栓間距0.2m，錨栓材料為Q235B，直徑d=30mm，設計極限拉力取值5%、10%、15、20%。先加載預緊力，后加軸向力，分析柱腳抗剪承載力。結果：預緊力為5—29 kN，軸力為20 kN，底板壓應力和摩擦力與柱腳錨栓的預緊力成正向關系。當柱腳錨栓預緊力在15、20 kN時，錨栓應力隨著預緊力的加大而加大，范圍集中在柱底和混凝土頂附近。

當錨栓預緊力為15、20 kN時，如圖2錨栓應力曲線，從混凝土底部到頂部漸次加大，頂部與柱腳相連接處最大，在柱子底板上表面與混凝土接觸表面后迅速減小。

結論

通過試驗計算得出結論：鋼結構門式剛架結構中，柱腳錨栓預緊力的存在可以參與柱腳抗剪。在實際工程設計中要計算由彎矩而使摩擦力加大而增加的抗剪承載力，在此基礎上設計錨栓預緊力，避免因計算保守而增加投資成本。