钢结构刚接柱脚设计

发布于：2022-10-25 13:18:25 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

一.介绍

1.基本规范

【钢连第8章第8节】，有详细的高层钢结构柱脚的设计。【钢标12.7】【高钢规8.6】【图集16G519】对柱脚有规定。

2.柱脚类型

从受力角度，柱脚有铰接柱脚(传递水平和竖向力)，刚接柱脚(传递水平和竖向力，还能传递弯矩)。

刚接柱脚常见的形式：外露式、外包式、埋入式(最常用)、插入式(杯口基础)，【钢标12.7.1】对适用结构进行了建议。外露式一般用于低矮房屋，插入式(杯口基础)用于工业厂房。外包式可用于没有地下室/一层地下室(地下室处为钢柱延伸)，埋入式用于高层筏板基础；在多层钢框架中，外包式常用于底层层高较高的，基础埋深较大，当基础埋深较浅，设置外包式会使得外包式混凝土高度突破室内标高，则可采用埋入式。

3.柱脚构造

外露式铰接柱脚的螺栓布置都在柱截面内部，尽量减小对柱脚的约束(仅做安装固定之用，一般也就2/4个，锚栓不用于水平力抗剪，用柱脚底板与下部混凝土/水泥砂浆摩擦力来抗剪，不管够不够都设置抗剪键【钢连8-78】)，外露式刚接柱脚的螺栓在柱截面外围，可以知道，当柱底有弯矩时，外围的螺栓才能抗拉从而抵抗弯矩。在多高层钢结构中，铰接柱脚用的较少，只用于不抗震的附属结构。

锚栓锚固长度一般不小于25d，锚栓直径一般为20~40mm，最小20mm(刚接柱脚为30~76mm，最小30mm)，柱脚底板锚栓孔径宜d+5~10mm，锚栓垫板孔径宜d+2mm，垫板厚度与柱脚底板相同，另外垫板和柱脚底板应焊接，焊脚尺寸不小于10mm。

为使锚栓能准确的锚固与设计位置，避免锚栓在浇灌混凝土过程中移位，要设置刚强的锚栓固定架。

外露式柱脚，基础带一段短柱，普通固定架刚好放置在短柱里，固定架与短柱的支护模板连接固定，对于大筏板同时现浇的埋入式柱脚，周边没有模板可以来连接固定架，此时宜采用落地固定架，直接撑在垫层上。外包式柱脚可采用普通固定架。

4.柱脚栓钉

旧高钢规考虑了栓钉的传力，设计下来栓钉布置不合理，新高钢规对栓钉没有要求，对于外包式柱脚，其承载力仅仅是混凝土和钢柱的叠加(1+1=2)，没有考虑栓钉使得混凝土与钢柱发挥共同作用(1+1>2)，故栓钉按构造布置。

二.刚接柱脚设计

1.外露式柱脚【高钢规8.6.2】

①竖向轴力：增大柱脚底板面积和混凝土强度等级可提高混凝土局压。

②压弯：按钢筋混凝土压弯构件截面设计方法，与基础设计类似，通过轴力偏心距e判断零应力区范围，通过受力平衡计算并验算混凝土最大压应力(局部承压)及锚栓受力(抗拔)，从而得到抗弯承载力。

验算不过，则增大柱脚底板面积和锚栓直径。

以下为矩形截面柱的混凝土压应力，对于钢管柱等圆形截面，其混凝土压应力计算会十分复杂。

③强柱根验算

一般来说在抗震设计下，强柱根验算对外露式柱脚设计起控制作用。对于强柱根的规定，【抗规8.2.8-5、高钢规8.6.2-3】

【抗规8.2.8-5】中的Mpc没有具体公式，并规定了连接系数η_j。

【高钢规8.6.2-3】中的Mpc有具体公式【高钢规8.1.5】，对于外露式柱脚，连接系数η_j取1.0，Mpc为考虑轴力的柱全塑性受弯承载力，Mp为构件全塑性受弯承载力(纯弯，即梁和不考虑轴力的柱)

Mp的计算：Mp为构件全塑性受弯承载力，那么全截面应力都相同，中和轴就是截面面积平分线，Mp=Wpfy，Wp为截面的塑性抵抗矩，先把截面积等分为两部分，然后计算半个截面对形心轴的面积矩Sa，再乘以2。

截面形式
弹性截面抵抗矩Wx	bd²/6	bd²/24	πd³/32
塑性截面抵抗矩Wpx	bd²/4	bd²/12	d³/6	td²(t<

④水平剪力：

对于抗剪计算的公式，通用【钢连8-78】的铰接柱脚的公式。抗剪一般不会有问题，而且不管摩擦力够不够都设置抗剪键(抗剪键耗钢量极低，作用极大)，单个方向受力用工字钢，双向受力用方钢。

2.外包式柱脚：【高钢规8.6.3】

3.埋入式柱脚：【高钢规8.6.4】

4.构造要求：【高钢规8.6.1】讲的较浅，【钢连第8章第8节、钢标12.7、图集16G519】对其构造讲的更细。

三.刚接柱脚做法

1.外露式

①柱脚

外露式刚接柱脚，当算下来底板厚度较小时(≥30mm，且≥柱截面厚度，柱底端在弯矩和轴力作用下错栓出现较小拉力和不出现拉力时)，可用左图的锚栓支承加劲肋(按构造布置)，加劲肋高度一般取270mm，底部宽度可取一半为135mm，底部宽度留50mm，厚度16~20mm。这个支承加劲肋就像反向牛腿，锚栓有拉力时，则支承加劲肋受拉处截面很小不足于抗弯，因此应做成靴梁，相当于等截面牛腿。

当底板厚度较大时，可做成靴梁式(用于柱底端在弯矩和轴力作用下锚栓出现较大拉力时)，加劲肋高度至少我300mm，锚栓支承托座顶板(也就是加劲肋上面的顶板)，其厚度可直接与底板等厚，加劲肋的上端与支承托座顶板的连接宜刨平顶紧。

柱脚底板和支撑托座上的锚栓孔径根据不同的锚栓直径采取不同的孔径。锚栓螺母下的垫板孔径取锚栓直径加2mm。垫板厚度一般为0.4d~0.5d(d为锚栓外径)、但不宜小于20mm。柱底与底板、加劲板与底板焊接方式，详见【图集16G519】。