轴向载荷和力矩的底板设计
轴向载荷和力矩的底板设计取决于所施加载荷的大小和方向. 计算过程根据连接是否受压缩控制而变化, 紧张, 或轴向载荷和弯矩的组合. 一种情况的计算并不总是可以在另一种情况下重复使用, 所以第一步是确定你的设计属于哪个类别.
AISC 设计指南 1 (3RD版) 是设计带有力矩载荷的底板的主要参考. 它包括所有方程和逐步计算程序. 这样做是为了检查由 ACI 形成的方程 生成用于设计承受力矩载荷的基板的计算集, 遵循 AISC DG1 中概述的程序.
放 1: 组合轴向压缩和弯曲 (低矩)
当底板承受力矩时, 盘子可能会向一侧倾斜. 然而, 当压缩载荷较大时, 偏心 (力矩除以轴向载荷) 可以保持在连接的临界偏心率范围内. 在这种情况下, 所施加的载荷完全由混凝土上的轴承承受, 并且锚不承载任何提升力. 这是底板设计最理想的情况, 因为锚仅起到固定螺栓的作用.
如何确定底板是否处于低力矩压缩情况:
第一步是计算负载的偏心率. 我们通过除以力矩载荷来做到这一点, \(M_r\), 由轴向载荷, \(P_r\).
\( e = \dfrac{先生}{P_r} \) (AISC DG1 第三版方程式. 4-39)
下一步是确定临界载荷偏心率, \(\varepsilon\).
\( \varepsilon = \dfrac{ñ}{2} – \dfrac{和}{2} \) (AISC DG1 第三版方程式. 4-41)
确定临界载荷偏心率, 我们需要二维. 的 \(N\) 尺寸是底板的宽度, 设计中指定的. 第二个维度是 \(Y\) 方面, 代表轴承总宽度. 的 \(Y\) 尺寸从底板边缘开始并向内延伸至底板中心. 请参见上图进行说明.
换句话说, 临界载荷偏心率的位置是从底板中心到梁中点测量的。 \(Y\) 方面. 作为价值 \(Y\) 减少, 的价值 \(\varepsilon\) 增加.
低力矩情况控制何时 实际偏心率小于或等于临界载荷偏心率.
\( e \leq \varepsilon \)
现在, 我们想要确定的值 \(Y\) 方面, 特别是它可以具有的最小尺寸. 注意向下的轴向力 \(P_r\) 等于轴承宽度 \(Y_{分}\) 乘以单位长度的承载应力 \(q_{最高}\) .
\( P_r = Y_{分}q_{最高} \)
重新整理这个方程给出:
\( Y_{分} = dfrac{P_r}{q_{最高}} \) (AISC DG1 第三版方程式. 4-36)
然后我们假设该承载应力施加在底板的整个长度上, \(B\). 获得单位长度的最大承载应力, \(q_{最高}\), 我们乘以混凝土的最大允许承载力, \( F_{p,最高} \) 至底板长度, \(B\). 请记住，我们正在最大化连接的允许承载能力，以便最小化 \(Y_{分}\).
\( q_{最高} = f_{p(最高)} 乙 \) (AISC DG1 第三版方程式. 4-37)
混凝土的承载力由下式给出. 本文提供了如何使用该方程的示例 SkyCiv 设计示例. 请随时查看我们的分步程序.
\( F_{p(最高)} = 0.85 F'_{C} \sqrt{一个_{2}/一个_{1}} \列克 1.7 F'_{C} \) (AISC DG1 第三版方程式. 4-2)
期限 \( F'_{C} \) 是混凝土的抗压强度. 这通常在设计中指定. 共同的价值观是 3 克西尔和 4 KSI. 区域A2和A1是支撑的承载区域 (木结构) 和承载面积 (基板), 分别.
在某些情况下, 工程师可能假设支撑面积等于负载面积 \(一个_{2} = A_{1}\) 因为这也是保守的. 如果需要实际值来增加容量, 可以使用迭代过程来求解精确的 A1 和 A2 值. 在里面 SkyCiv 免费底板计算器, 本次迭代已经实现.
最后, 临界偏心率方程可以简化为:
\( e_{暴击} = dfrac{ñ}{2} – \dfrac{P_r}{2 q_{最高}} \) (AISC DG1 第三版方程式. 4-40)
低力矩情况所需的设计检查 (压缩 + 弯曲):
- 混凝土支座
- 轴承界面处的基板屈服
放 2: 组合轴向压缩/拉伸和弯曲 (大力矩)
如果偏心率大于临界偏心率, 也就是说，与力矩载荷相比，轴向载荷相对较小, 底板容易翻倒, 一侧受压，另一侧受拉. 锚栓必须具有足够的抗拉能力以抵抗引起的升力. 压缩和弯曲时可能会发生这种情况, 或在张力和弯曲的情况下.
如何确定底板是否处于大力矩压缩/拉伸情况:
继上一节的讨论之后, 大力矩情况控制时 实际偏心率大于临界载荷偏心率.
\( Ë > e_{暴击} \)
\( Ë > \dfrac{ñ}{2} – \dfrac{P_r}{2 q_{最高}} \) (AISC DG1 第三版方程式. 4-53)
大力矩案例所需的设计检查 (压缩 + 弯曲或张力 + 弯曲):
- 混凝土支座
- 轴承界面处的基板屈服
- 拉伸界面处的基板屈服
- 锚检查张力
这里给出了检查锚张力的完整指南 SkyCiv 设计示例.
放 3: 组合轴向拉力和弯曲 (低矩)
基板还可以承载张力和力矩. 虽然这种情况不太常见, 这仍然是一种可能的情况. 当张力和力矩载荷的偏心距足够小以至于板不会表现为大力矩情况时适用. 这里, 所有的锚都处于拉紧状态. 有几种方法可用于在锚之间分配力，值得进一步阅读.
如何判断底板是否处于低力矩张力情况:
判断承载拉力和力矩的基板是否处于低力矩情况, 我们需要检查由此产生的偏心率是否在范围内 \( F \) 方面. 该尺寸是从锚栓中心到一侧底板中心的距离.
低力矩情况所需的设计检查 (张力 + 弯曲):
- 拉伸界面处的基板屈服
- 锚检查张力
有关锚栓张力检查的更多信息, 检查此文档 根据 ACI 的锚设计 318-19.
使用 SkyCiv 计算底板设计载荷
SkyCiv 底板设计软件 执行上述计算, 包括混凝土支座, 基板屈服, 锚固张力, 和其他连接检查. 选择设计代码, 输入色谱柱和上样条件, 并直接在浏览器中生成设计结果.
