美国规范钢柱脚锚栓连接的计算研究

于子武

摘 要：在钢结构建筑物中，钢柱脚是将上部结构荷载传给基础，在上部结构和下部结构之间起桥梁作用。因此钢柱脚的设计能否可靠地传递上部荷载变得十分重要。本文依据美国混凝土结构设计规范中柱脚锚栓的设计理念，针对柱脚锚栓的抗剪能力进行分析，总结柱脚锚栓的实际抗剪能力，为今后的钢柱脚抗剪设计提供依据。

关键词：ACI-318；柱脚锚栓；抗剪分析

1 前言

《鋼结构设计规范》（GB50017-2003）[1]8.4.13条规定：“柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平反力，此水平反力由底板与混凝土基础间的摩擦力或设置抗剪键承受。”国内规范尚无对柱脚锚栓的抗剪能力的详细规定，在实际设计工作中常常是评工程经验确定，缺乏理论依据。对于以轻型门式钢架为主的一般工业厂房，由于结构用钢量小，自重较轻，柱轴力N不满足柱脚以摩擦力为主的抗剪验算，按规定需要设计抗剪键。抗剪键的设置二次灌浆混凝土存在不易捣實和不易检查等问题，增加了施工难度。因此，如果在满足结构安全可靠的前提下，在轻钢结构的外露式柱脚中利用锚栓连接的受剪能力，可在实际设计中减少甚至避免设置抗剪键，可以大大方便柱脚的安装和基础的施工，加快施工进度，节约钢材，取得一定的经济效益。

本文借鉴美标的设计理念，针对《钢结构设计规范》中指出的柱脚锚栓不能抗剪的要求，对柱脚各种破坏型式进行分析，总结锚栓的实际抗剪能力，提供按美国标准设计的工程实例，为今后的钢柱脚抗剪设计提供依据。

2 锚栓受力情况分析

2.1 锚栓承受拉力荷载时的情况

在拉力荷载作用下，其破坏形式有3种：锚栓杆自身达到抗拉承载力极限，圆锥形混凝土达到抗拉承载极限，以及基础混凝土与锚杆的粘结破坏。粘结破坏可以通过在埋入端的端头设置螺母大小的六角头来防止。下面讨论前两种破坏形式。