淺議鋼結(jié)構(gòu)柱腳抗剪鍵的設(shè)計

李海年 劉翔宇

【摘要】在進(jìn)行建筑施工過程中，為了增加鋼結(jié)構(gòu)柱腳的抗剪力，增加柱腳的穩(wěn)定性，對鋼結(jié)構(gòu)柱腳進(jìn)行抗剪鍵設(shè)計是十分必要的。本文主要通過抗剪鍵在建筑施工中的作用和優(yōu)點進(jìn)行分析，闡述鋼結(jié)構(gòu)柱腳抗剪鍵設(shè)計的重要性和，和具體的施工工藝，旨在為同行提供參考數(shù)據(jù)，促進(jìn)我國建筑行業(yè)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】輕鋼結(jié)構(gòu)；柱腳設(shè)計；抗剪鍵

隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，建筑行業(yè)的結(jié)構(gòu)類型呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢。鋼結(jié)構(gòu)作為建筑結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)類型，以其整體結(jié)構(gòu)好、塑性能力強(qiáng)、造價低、堅固性強(qiáng)等特點，被廣泛的應(yīng)用到對建筑物要求比較高的工程當(dāng)中。建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性一直是人們重點關(guān)注的問題。鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量決定著建筑物整體的穩(wěn)固程度，以此，必須重視加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的荷載力、堅固性、穩(wěn)定性、整體性。柱腳是鋼結(jié)構(gòu)的重要組成部分，決定著鋼結(jié)構(gòu)的承載力強(qiáng)弱。柱腳常常受到剪力的破壞，因此，增加鋼結(jié)構(gòu)柱腳的抗剪力是十分必要的。

1、柱腳受水平力分析

鋼結(jié)構(gòu)周圍都被混凝土所包容，鋼結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的水平力，水平力從柱腳自下而上的朝抗剪鍵轉(zhuǎn)移?？辜翩I相當(dāng)于一個中轉(zhuǎn)站，把柱腳傳上來的水平力再傳達(dá)給混凝土，在傳遞過程中，抗剪鍵受到水平力的壓迫產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象?？辜翩I的彎曲程度局盯著混凝土承受壓力的程度，抗剪鍵彎曲越大，混凝土受到額壓迫越大。鋼結(jié)構(gòu)的堅硬程度相比混凝土要大得多，水平力先回作用于鋼結(jié)構(gòu)本身，因此，鋼結(jié)構(gòu)是第一受力物體，水平壓力越大，鋼結(jié)構(gòu)受到的壓力越大，抗剪鍵的彎曲程度越大，如果水平壓力的力度超過了混凝土本身的荷載力，在柱腳和抗剪鍵之間的混凝土就會出現(xiàn)破裂，甚至破碎。這個時候，抗剪鍵的作用便會失效，無法起到中轉(zhuǎn)的效果，對鋼結(jié)構(gòu)的整體功效產(chǎn)生了影響。因此，一定要注意抗剪鍵的預(yù)制位置，不能過深。要保證柱腳的荷載力不能超過混凝土的承載力。

鋼結(jié)構(gòu)所受的壓力分為兩種情況，一種是是自外向內(nèi)的壓迫力，一種是自內(nèi)而外的拉力，兩種力量對于抗剪鍵的影響有所不同。當(dāng)水平力呈壓力狀態(tài)下，柱腳承受著單方面的壓剪力，混凝土承受著雙向的壓力，成倍的增加了壓力強(qiáng)度，抗剪鍵的抗剪力也會隨著增強(qiáng)。同樣的，當(dāng)水平壓力呈現(xiàn)出拉力的狀態(tài)時，混凝土只是承受著單方面的剪力，抗剪鍵的抗剪力度也會相應(yīng)的降低。因此，柱腳所承受的壓力有大有小，為了更靈活的調(diào)節(jié)抗壓性，對于抗剪鍵的設(shè)計應(yīng)該更加規(guī)范和嚴(yán)密，確?？辜翩I在面對不同剪力程度時，會做出不同的反應(yīng)。合理的抗剪鍵設(shè)計，可以保護(hù)混凝土或者材料不受剪力的破壞，調(diào)節(jié)剪力的力度。為了增加混凝土的強(qiáng)度，施工人員常常在混凝土中添加鋼筋來支撐混凝土的結(jié)構(gòu)，摻有鋼筋的混凝土?xí)黾悠淇辜袅δ芰Α?/p>

2、抗剪鍵的設(shè)計

抗剪鍵是指在鋼結(jié)構(gòu)柱腳設(shè)計中設(shè)置于柱底板下面用于抵抗水平剪力的構(gòu)件，判斷柱腳是否需要設(shè)置抗剪鍵是根據(jù)其受力情況確定的，與柱腳的形式（鉸接或剛接）無關(guān)。柱腳底部的水平反力應(yīng)由柱腳底板與混凝土基礎(chǔ)件間的摩擦力承受，摩擦系數(shù)可取0.4。一般情況下，當(dāng)水平反力大于摩擦力時，應(yīng)設(shè)置抗剪鍵，當(dāng)水平反力小于摩擦力時，可不設(shè)抗剪鍵，但在下列幾種情況下均宜設(shè)置抗剪鍵：

2.1抗震設(shè)防烈度較高或者風(fēng)荷載較大的地區(qū)。地震作用或風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平剪力較大，或者輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房在風(fēng)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(yīng)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(yīng)。

2.2廠房內(nèi)布置有起重設(shè)備時應(yīng)設(shè)置抗剪鍵。起重設(shè)備對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向剎車力和縱向剎車力，產(chǎn)生的瞬間慣性力通過柱間支撐或鋼架傳至柱腳，突然增大的慣性力對結(jié)構(gòu)非常不利，所以在有起重設(shè)備時各柱下均宜設(shè)置抗剪鍵。

2.3柱間支撐所處開間的柱下應(yīng)設(shè)置抗剪鍵。廠房的縱向水平力通過系桿傳給柱間支撐，又通過柱腳傳給基礎(chǔ)，柱間支撐所處開間的柱腳承擔(dān)著廠房大部分縱向水平力，一般較大，此處為抗剪設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計人員應(yīng)特別注意。

鋼結(jié)構(gòu)廠房柱腳抗剪鍵具備的抗剪性能與鋼材材料特征、基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級、沿剪力方向計算長度及剪力大小等諸多因素有關(guān)。通過對大量實例的計并分析總結(jié)，得出抗剪鍵的理論設(shè)計埋深一般為300～600mm，但這個理論埋深并不是絕對的，設(shè)計人員還應(yīng)根據(jù)柱腳的不同受力狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，處于拉剪狀態(tài)時，抗剪鍵的埋深可適當(dāng)放大，處于壓剪狀態(tài)時，抗剪鍵的埋深可適當(dāng)減小。

3、抗剪鍵的材料及構(gòu)造

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(shè)置通常是在基礎(chǔ)中預(yù)留槽，待柱安裝后做二次澆灌和養(yǎng)護(hù)，二次后澆混凝土采用比基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級高一級的細(xì)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(jié)合在一起的，應(yīng)考慮抗剪鍵與混凝土的協(xié)同工作，留置鍵槽時每側(cè)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(chǔ)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、抗剪鍵的施工

抗剪鍵的施工過程中有幾個細(xì)節(jié)需要特別注意。首先是實柱腳底板與混凝土基礎(chǔ)之間的距離必須按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行預(yù)留?？p隙最好不要超過50mm。這是為了保障腳底板和混凝土基礎(chǔ)受到溫度的影響，發(fā)生相應(yīng)的收縮或者膨脹現(xiàn)象，如果空隙過小，可能會對結(jié)構(gòu)造成擠壓，破壞部分結(jié)構(gòu)?？障哆^大，則可能造成孔隙填充的密實度不夠，從而影響混凝土的強(qiáng)度。因此，必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定對腳底板和混凝土基礎(chǔ)之間預(yù)留出適當(dāng)?shù)目障?。其次，是對材料的要求。混凝土也分為很多的等級，很多施工單位，都是選擇造價比較低，技術(shù)比較簡單的普通混凝土，這樣雖然增加了施工效率，但是無法保障工程的質(zhì)量。因此在抗剪鍵的施工中最好選用膨脹水泥配制的無收縮砂漿填實。這樣做可以增加砂漿的密實度，增強(qiáng)其承載力和穩(wěn)固性。最后，注意填充的范圍，正常規(guī)格下，施工人員應(yīng)該將砂漿完全填充到底板和基礎(chǔ)混凝土之間。但是有的施工單位為了省事，只是在底板的邊緣進(jìn)行簡單的涂抹，根本沒有起到施工的效果，抗剪鍵也因此無法替調(diào)整螺母承擔(dān)軸力，導(dǎo)致調(diào)整螺母的使用壽命縮短。而且由于底板和基礎(chǔ)混凝土之間存在空隙，無法結(jié)合成完整的整體，分散了荷載力，當(dāng)受到外界強(qiáng)烈的震動時，結(jié)構(gòu)可能會因為承受的剪力過大而出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象。所以說，一定要對抗剪鍵的施工過程予以重視。

5、結(jié)語

綜上所述，建筑施工是一項異常復(fù)雜和繁瑣的工程，包含著很多施工環(huán)節(jié)，鋼結(jié)構(gòu)是建筑工程中主要的結(jié)構(gòu)類型，對整體的穩(wěn)固性有著直接的影響，抗剪鍵屬于應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)中的一個小部件，但是它的存在卻至關(guān)重要，它可以幫助柱腳增加抗剪力，從而提高工程的整體質(zhì)量，減少安全隱患。因此，施工人員要特別注意抗剪鍵的安裝工藝，確保安裝手段合理、科學(xué)。

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