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TongMSK View | 外包式柱脚中的外包层是支座还是共同工作的一部分?
浏览次数:1297次发布时间:2022/12/06

外包式柱脚如图1所示:

图1 外包式柱脚


它让人困惑的地方是:外包混凝土是钢柱的支座还是与钢截面共同工作的、即类似于SRC柱(劲性混凝土柱)的一种柱脚?

解开这个迷惑的方法是隔离体法,把钢与混凝土界面的作用力暴露出来,如图2所示:

(a)外包混凝土隔离体 (b)钢柱隔离体 (c)隔离体水平剖面

图2 钢柱与外包混凝土的相互作用


要有这样的认识:钢柱表面纵向切线方向应力(qu)是促使外包混凝土与钢柱共同工作的,让外包式柱柱脚向SRC柱靠拢的。为获得这样的认识,我们只要将焊接工字钢的翼缘与腹板之间的焊缝承受的剪应力(图2中的qu)进行对比:都是剪应力。

因此,增加栓钉的数量,将能够更好地促使外包混凝土与钢柱共同工作;设计时应布置尽可能多一点的栓钉。

布置栓钉的第二个好处是,增加了出钢柱向外包层扩散轴力的能力,柱底混凝土局部承压的负担减轻了。

栓钉使外包层获得轴力,也改善了混凝土外包层的抗剪强度,推迟裂缝开展。

图2中,界面上其他的力是水平方向的,这些力代表了外包层是混凝土的支座,水平力传给了混凝土,外包混凝土的水平截面内的剪力即来自这些界面水平作用力。

因此,由于有栓钉,切向力增大,水平力就可以减小,外包混凝土的剪力是可以减小的,可以采用下式计算:

式中Q是外剪力,H是底层柱子的反弯点到底部的距离,hr是外包高度,hs是钢柱截面受力方向的截面高度,htc是外包层受拉钢筋形心到受压侧外包层中间的距离。

如果认为外包层完全是钢柱的支座,则外包层内的剪力是:

这个剪力非常大。

最后给大家留一道思考题:请分析一下图3中R和R1的大小。解答过程可发送至电子邮箱:tonggenshu@tongmsk.com。

(a)界面上力的情况(b)有界面纵向剪力(c)无界面剪力

图3 外包混凝土内剪力计算

本文是《钢结构与钢-混凝土组合结构设计的方法》第6.2节的简介,该书由中国建筑工业出版社2022年6月出版,介绍全新的有逻辑的知识,是作者三十年思考研究的总结,欢迎选购。

文章转自铁木辛柯工程设计与研究公众号


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