淺議鋼結構柱腳抗剪鍵的設計

武向國

摘 要：鋼結構因其具有的輕質以及高強度優勢被應用到現代建筑施工環節中，盡管鋼結構的建筑具有更加突出的穩定性，但是施工者必須針對鋼結構施工需求，做好特殊的結構處理工作。在對柱腳部位的抗剪鍵進行安置時，應當關注該處的設計工作，如果抗剪鍵設置得當，整個鋼結構都會隨之變得更加穩定，但是如果抗剪鍵設計得不合理，鋼結構也會出現缺陷，本文針對對現有鋼結構的了解，解析柱腳設計活動的中抗剪鍵設計工作。

關鍵詞：鋼結構；柱腳；抗剪鍵；設計方法

鋼結構在當前的建筑系統中比較常見，應用鋼結構系統可以幫助提升整個建筑系統的穩定性，在設置鋼結構時，設計者可以通過柱腳這一設計要素，將柱部件設置到基礎部位，借助這一結構部件，對柱的內力進行傳遞，使其可以被有效地傳遞到基礎位置。在柱腳設計過程中，還需解決混凝土與柱腳之間存在的摩擦力影響，抗剪鍵在其中可發揮有效作用，基于對柱底剪力的抵抗需求，抗剪鍵設計工作必須做好，現就抗剪鍵設計需要展開研究。

1 鋼結構系統中的柱腳受力情況分析

一般來說，柱腳水平力主要是通過底板傳遞的，而所產生的剪力在通過承壓傳遞到周圍的混凝土結構上，從而使得整個建筑結構的穩定性和可靠性得到有效的保障。但是，如果鋼結構材料的抗剪強度過大，那么就十分容易導致底板結構在和抗剪鍵交接的地方出現開裂的現象。就使得鋼結構混凝土在正常使用的過程中，受到建筑荷載的影響，而出現變形和破壞的現象，這就導致抗剪鍵剛度出現大幅度的下降的情況，讓整個建筑結構的穩定性和安全性受到嚴重的影響。

在不同的建筑工程中，其建筑結構柱腳的受壓受拉狀態也就存在著一定的差異。通常情況下，柱腳結構的受力狀態有很多種，其中當柱腳結構處于壓剪狀態時，那么混凝土結構的抗壓強度就會增強，使得建筑混凝土結構的受力情況變得越來越復雜，因此我們導致人們在柱腳受水平力分析的過程中，存在著許多的問題。而如果柱腳結構在受到拉剪狀態影響時，那么其逐漸抗剪鍵的抗剪能力就會出現下降的情況。因此我們使得柱腳結構的抗剪能力得到進一步的提升，我們在對其抗剪鍵進行設計的過程中，就要對其設置位置、質量以及鋼筋參數等方面進行合理的控制。

2 設計抗剪鍵工作分析

在給鋼結構設計抗剪鍵時，一般會將其設計到柱腳系統的底板下方，該結構構件可以幫助對水平剪力進行有效抵抗，根據現有的結構受力需求來確定抗剪鍵的設計細節，柱腳的形式并不會給抗剪鍵的設置帶去影響，柱腳底部混凝土結構構件與底板之間會形成強大的摩擦力，這種摩擦力會影響到結構的穩定性，如果摩擦力數值小于水平反力，就需要通過抗剪鍵來保持結構的穩定性。在出現以下幾種設計情況時，必須設置抗剪鍵：

抗震設防烈度較高或者風荷載較大的地區。地震作用或風荷載產生的水平剪力較大，或者輕型鋼結構廠房在風的吸力作用參與組合的工況中，由于柱軸向壓力正比于柱底板與混凝土的摩阻力，柱軸向壓力越小摩阻力越大，抗剪鍵所承受的水平剪力越大，選取組合工況時應選擇水平剪力較大，軸向壓力較小的工況，且選取的水平剪力與軸向壓力要對應。

鋼結構廠房柱腳抗剪鍵具備的抗剪性能與鋼材材料特征、基礎混凝土強度等級、沿剪力方向計算長度及剪力大小等諸多因素有關。通過對大量實例的計算并分析總結，得出抗剪鍵的理論設計埋深一般為300～600mm，但這個理論埋深并不是絕對的，設計人員還應根據柱腳的不同受力狀態進行調整，處于拉剪狀態時，抗剪鍵的埋深可適當放大，處于壓剪狀態時，抗剪鍵的埋深可適當減小。為了保證抗剪鍵與基礎混凝土的有效協同工作，抗剪鍵與底板間應有可靠的連接，以防止抗剪鍵首先失效破壞。基礎預留槽內的混凝土應澆注密實、高強，以保證抗剪鍵與混凝土之間的有效傳力，提高整個系統的抗剪能力。

3 抗剪鍵設計要點

在鋼結構系統中應用抗剪鍵時必須有效關注其可發揮的基本效用，應用抗剪鍵的主要目的是對柱底部位的剪力進行有效抵抗，避免基礎混凝土頂面與柱底板處產生滑移的問題，在此處不能通過錨栓部件來達到抗剪目的，錨栓難以對位移問題有效限制。

抗剪鍵的材料有鋼板、角鋼、槽鋼、工字鋼等，為保證焊接的可靠性不宜選用Q235沸騰鋼。在柱腳施工中，抗剪鍵的設置通常是在基礎中預留槽，待柱安裝后做二次澆灌和養護，二次后澆混凝土采用比基礎混凝土強度等級高一級的細石混凝土摻少量的微膨脹劑。因此抗剪鍵是和混凝土緊密結合在一起的，應考慮抗剪鍵與混凝土的協同工作，留置鍵槽時每側寬出抗剪鍵不小于30mm，底部空隙高度不小于20mm，在柱腳底板和基礎頂面之間留有一定空間，柱腳鉸接時不宜大于50mm，柱腳剛接時不宜大于100mm。

4 抗剪鍵設計注意事項

在設計抗剪鍵時，不僅需充分了解鋼結構的施工情況，同時還要對材料應用訴求進行滿足，經過大量的鋼結構施工實踐活動可以發現，部分施工團隊在開展抗剪鍵施工工作時，并沒有做好孔隙預留工作，調整孔隙的空間相對比較小，在對螺母零件進行調節時，柱底板的柱子垂直度與標高可被有效調整，但是孔隙填充工作很難達到相應的標準，在填墊相關材料時，應當應用符合質量標準的細石混凝土，這種混凝土比普通混凝土的強度等級高。施工者可以用木棒來撥搗混凝土。在開展廠房地面施工活動時，開啟填墊處理工作，在此期間使用的施工材料主要是常規的混凝土，空隙填充效果比較差，在填充空隙時，應當優先選用膨脹式的水泥材料來配制施工所用的砂漿材料，以此來將填實效果增強，在填充抗剪鍵周邊的孔洞時，還需保持均勻性，不能只在邊緣處填充材料，如果中間空間沒有被有效填充，螺母將會承擔所有的軸力，基礎混凝土面與柱底板之間的接觸面積過小，當混凝土出現收縮情況時，混凝土與柱底板之間會形成極為明顯的裂縫。在后續抗剪鍵養護工作中，需要對混凝土與柱底板處的摩擦力進行檢測，如果摩擦力過小，鋼結構系統將會出現嚴重的穩定性缺失問題，在出現地震問題時，柱腳部位的螺栓將會承擔所有的水平剪力，甚至會出現被直接剪斷的風險問題，當螺栓不能被正常使用后，建筑物將會直接倒塌。

在柱腳結構系統中，抗剪鍵并不是大型構件，在一些施工情況下，比較容易被直接忽視，但是其發揮出的抗剪作用卻是不能忽視的，如果抗剪鍵不能自鋼結構系統中發揮出其應有的效用，結構隱患問題也會隨之形成，設計者必須針對抗剪鍵設計活動中的問題安全地完成抗剪鍵設計工作。

5 結束語

在設計鋼結構時，設計者應當根據結構受力情況來完善結構設計方法，將鋼結構具有的優勢特點有效突出，因此本文也對鋼結構的基礎受力情況進行了研究，并強調了柱腳設計環節中設計要點，在剖析抗剪鍵設計活動時，要注意到一些比較容易被忽視的設計問題，根據截面腹板的具體抗剪需求可以確定角焊縫的設計情況，在澆筑環節中，需要運用具有微膨脹特點的混凝土材料來完成二次澆筑工作，鋼結構系統日益復雜化，柱腳的固定應用效果也隨之變得更加重要，抗剪鍵必須被合理設置。

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