浅议钢结构柱脚抗剪键的设计

武向国

摘 要：钢结构因其具有的轻质以及高强度优势被应用到现代建筑施工环节中，尽管钢结构的建筑具有更加突出的稳定性，但是施工者必须针对钢结构施工需求，做好特殊的结构处理工作。在对柱脚部位的抗剪键进行安置时，应当关注该处的设计工作，如果抗剪键设置得当，整个钢结构都会随之变得更加稳定，但是如果抗剪键设计得不合理，钢结构也会出现缺陷，本文针对对现有钢结构的了解，解析柱脚设计活动的中抗剪键设计工作。

关键词：钢结构；柱脚；抗剪键；设计方法

钢结构在当前的建筑系统中比较常见，应用钢结构系统可以帮助提升整个建筑系统的稳定性，在设置钢结构时，设计者可以通过柱脚这一设计要素，将柱部件设置到基础部位，借助这一结构部件，对柱的内力进行传递，使其可以被有效地传递到基础位置。在柱脚设计过程中，还需解决混凝土与柱脚之间存在的摩擦力影响，抗剪键在其中可发挥有效作用，基于对柱底剪力的抵抗需求，抗剪键设计工作必须做好，现就抗剪键设计需要展开研究。

1 钢结构系统中的柱脚受力情况分析

一般来说，柱脚水平力主要是通过底板传递的，而所产生的剪力在通过承压传递到周围的混凝土结构上，从而使得整个建筑结构的稳定性和可靠性得到有效的保障。但是，如果钢结构材料的抗剪强度过大，那么就十分容易导致底板结构在和抗剪键交接的地方出现开裂的现象。就使得钢结构混凝土在正常使用的过程中，受到建筑荷载的影响，而出现变形和破坏的现象，这就导致抗剪键刚度出现大幅度的下降的情况，让整个建筑结构的稳定性和安全性受到严重的影响。

在不同的建筑工程中，其建筑结构柱脚的受压受拉状态也就存在着一定的差异。通常情况下，柱脚结构的受力状态有很多种，其中当柱脚结构处于压剪状态时，那么混凝土结构的抗压强度就会增强，使得建筑混凝土结构的受力情况变得越来越复杂，因此我们导致人们在柱脚受水平力分析的过程中，存在着许多的问题。而如果柱脚结构在受到拉剪状态影响时，那么其逐渐抗剪键的抗剪能力就会出现下降的情况。因此我们使得柱脚结构的抗剪能力得到进一步的提升，我们在对其抗剪键进行设计的过程中，就要对其设置位置、质量以及钢筋参数等方面进行合理的控制。

2 设计抗剪键工作分析

在给钢结构设计抗剪键时，一般会将其设计到柱脚系统的底板下方，该结构构件可以帮助对水平剪力进行有效抵抗，根据现有的结构受力需求来确定抗剪键的设计细节，柱脚的形式并不会给抗剪键的设置带去影响，柱脚底部混凝土结构构件与底板之间会形成强大的摩擦力，这种摩擦力会影响到结构的稳定性，如果摩擦力数值小于水平反力，就需要通过抗剪键来保持结构的稳定性。在出现以下几种设计情况时，必须设置抗剪键：

抗震设防烈度较高或者风荷载较大的地区。地震作用或风荷载产生的水平剪力较大，或者轻型钢结构厂房在风的吸力作用参与组合的工况中，由于柱轴向压力正比于柱底板与混凝土的摩阻力，柱轴向压力越小摩阻力越大，抗剪键所承受的水平剪力越大，选取组合工况时应选择水平剪力较大，轴向压力较小的工况，且选取的水平剪力与轴向压力要对应。

钢结构厂房柱脚抗剪键具备的抗剪性能与钢材材料特征、基础混凝土强度等级、沿剪力方向计算长度及剪力大小等诸多因素有关。通过对大量实例的计算并分析总结，得出抗剪键的理论设计埋深一般为300～600mm，但这个理论埋深并不是绝对的，设计人员还应根据柱脚的不同受力状态进行调整，处于拉剪状态时，抗剪键的埋深可适当放大，处于压剪状态时，抗剪键的埋深可适当减小。为了保证抗剪键与基础混凝土的有效协同工作，抗剪键与底板间应有可靠的连接，以防止抗剪键首先失效破坏。基础预留槽内的混凝土应浇注密实、高强，以保证抗剪键与混凝土之间的有效传力，提高整个系统的抗剪能力。

3 抗剪键设计要点

在钢结构系统中应用抗剪键时必须有效关注其可发挥的基本效用，应用抗剪键的主要目的是对柱底部位的剪力进行有效抵抗，避免基础混凝土顶面与柱底板处产生滑移的问题，在此处不能通过锚栓部件来达到抗剪目的，锚栓难以对位移问题有效限制。

抗剪键的材料有钢板、角钢、槽钢、工字钢等，为保证焊接的可靠性不宜选用Q235沸腾钢。在柱脚施工中，抗剪键的设置通常是在基础中预留槽，待柱安装后做二次浇灌和养护，二次后浇混凝土采用比基础混凝土强度等级高一级的细石混凝土掺少量的微膨胀剂。因此抗剪键是和混凝土紧密结合在一起的，应考虑抗剪键与混凝土的协同工作，留置键槽时每侧宽出抗剪键不小于30mm，底部空隙高度不小于20mm，在柱脚底板和基础顶面之间留有一定空间，柱脚铰接时不宜大于50mm，柱脚刚接时不宜大于100mm。

4 抗剪键设计注意事项

在设计抗剪键时，不仅需充分了解钢结构的施工情况，同时还要对材料应用诉求进行满足，经过大量的钢结构施工实践活动可以發现，部分施工团队在开展抗剪键施工工作时，并没有做好孔隙预留工作，调整孔隙的空间相对比较小，在对螺母零件进行调节时，柱底板的柱子垂直度与标高可被有效调整，但是孔隙填充工作很难达到相应的标准，在填垫相关材料时，应当应用符合质量标准的细石混凝土，这种混凝土比普通混凝土的强度等级高。施工者可以用木棒来拨捣混凝土。在开展厂房地面施工活动时，开启填垫处理工作，在此期间使用的施工材料主要是常规的混凝土，空隙填充效果比较差，在填充空隙时，应当优先选用膨胀式的水泥材料来配制施工所用的砂浆材料，以此来将填实效果增强，在填充抗剪键周边的孔洞时，还需保持均匀性，不能只在边缘处填充材料，如果中间空间没有被有效填充，螺母将会承担所有的轴力，基础混凝土面与柱底板之间的接触面积过小，当混凝土出现收缩情况时，混凝土与柱底板之间会形成极为明显的裂缝。在后续抗剪键养护工作中，需要对混凝土与柱底板处的摩擦力进行检测，如果摩擦力过小，钢结构系统将会出现严重的稳定性缺失问题，在出现地震问题时，柱脚部位的螺栓将会承担所有的水平剪力，甚至会出现被直接剪断的风险问题，当螺栓不能被正常使用后，建筑物将会直接倒塌。

在柱脚结构系统中，抗剪键并不是大型构件，在一些施工情况下，比较容易被直接忽视，但是其发挥出的抗剪作用却是不能忽视的，如果抗剪键不能自钢结构系统中发挥出其应有的效用，结构隐患问题也会随之形成，设计者必须针对抗剪键设计活动中的问题安全地完成抗剪键设计工作。

5 结束语

在设计钢结构时，设计者应当根据结构受力情况来完善结构设计方法，将钢结构具有的优势特点有效突出，因此本文也对钢结构的基础受力情况进行了研究，并强调了柱脚设计环节中设计要点，在剖析抗剪键设计活动时，要注意到一些比较容易被忽视的设计问题，根据截面腹板的具体抗剪需求可以确定角焊缝的设计情况，在浇筑环节中，需要运用具有微膨胀特点的混凝土材料来完成二次浇筑工作，钢结构系统日益复杂化，柱脚的固定应用效果也随之变得更加重要，抗剪键必须被合理设置。

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