美國規范鋼柱腳錨栓連接的計算研究

于子武

摘 要：在鋼結構建筑物中，鋼柱腳是將上部結構荷載傳給基礎，在上部結構和下部結構之間起橋梁作用。因此鋼柱腳的設計能否可靠地傳遞上部荷載變得十分重要。本文依據美國混凝土結構設計規范中柱腳錨栓的設計理念，針對柱腳錨栓的抗剪能力進行分析，總結柱腳錨栓的實際抗剪能力，為今后的鋼柱腳抗剪設計提供依據。

關鍵詞：ACI-318；柱腳錨栓；抗剪分析

1 前言

《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）[1]8.4.13條規定：“柱腳錨栓不宜用以承受柱腳底部的水平反力，此水平反力由底板與混凝土基礎間的摩擦力或設置抗剪鍵承受。”國內規范尚無對柱腳錨栓的抗剪能力的詳細規定，在實際設計工作中常常是評工程經驗確定，缺乏理論依據。對于以輕型門式鋼架為主的一般工業廠房，由于結構用鋼量小，自重較輕，柱軸力N不滿足柱腳以摩擦力為主的抗剪驗算，按規定需要設計抗剪鍵。抗剪鍵的設置二次灌漿混凝土存在不易搗實和不易檢查等問題，增加了施工難度。因此，如果在滿足結構安全可靠的前提下，在輕鋼結構的外露式柱腳中利用錨栓連接的受剪能力，可在實際設計中減少甚至避免設置抗剪鍵，可以大大方便柱腳的安裝和基礎的施工，加快施工進度，節約鋼材，取得一定的經濟效益。

本文借鑒美標的設計理念，針對《鋼結構設計規范》中指出的柱腳錨栓不能抗剪的要求，對柱腳各種破壞型式進行分析，總結錨栓的實際抗剪能力，提供按美國標準設計的工程實例，為今后的鋼柱腳抗剪設計提供依據。

2 錨栓受力情況分析

2.1 錨栓承受拉力荷載時的情況

在拉力荷載作用下，其破壞形式有3種：錨栓桿自身達到抗拉承載力極限，圓錐形混凝土達到抗拉承載極限，以及基礎混凝土與錨桿的粘結破壞。粘結破壞可以通過在埋入端的端頭設置螺母大小的六角頭來防止。下面討論前兩種破壞形式。