外露式钢结构柱脚的问题和难点

单层或多层钢结构建筑，一般没有地下室，但又不想基础埋得深，不想钢柱外包、完成后截面增大，这样就排除了埋入式柱脚和外包式柱脚。

最后，外露式柱脚，就成了常被采用的形式。但在设计外露式柱脚时，还是会遇到这样、那样的问题，目前看，还没有非常好的解决方式。

钢柱三种不同的柱脚类型

外露式柱脚节点

外露式柱脚节点可以设计成铰接或刚接。其他类型的柱脚只能是刚接。

主要构造部件有底板、锚栓、(抗剪键)、加劲肋等。

外露式柱脚节点的构造要求和计算方法，需要考虑柱脚的受力性能、连接方式、抗震等级等因素。

外露式柱脚特点

外露式柱脚构造简洁，工序简单，施工方便，不需要预埋钢柱，经济、适用性强。

1. 1. 基础与钢构件配合界面较为简单；

2. 2. 对预埋螺栓精度要求高；

3. 3. 荷载较大，较难满足抗震强柱脚的要求。

外露式柱脚设计问题

当外露式柱脚为铰接时，如果为了安装时候稳定，设计成四个螺栓，那实际上柱脚是有承担弯矩的能力。

当外露式柱脚为刚接时，往往并非是理想的刚接，考虑到后浇混凝土的密实性、地脚螺栓的预拧紧力、柱脚底板的变形，柱脚更像是半刚性节点。

为了保证柱脚的刚接，《抗震》8.2.8条还规定：

柱脚与基础的连接极限承载力，要大于1.1倍的考虑轴力影响时柱的塑性受弯承载力。

这一条使得，当钢柱较大时，外露式柱脚很难满足，要么就是做得很夸张。

外露式柱脚构造问题

钢柱安装完成后，需进行三次混凝土浇筑，而且这个节点图中，设计标注了三种不同强度的混凝土：

• ? 第一次是柱底板下部预留50mm的空隙，受力区域，考虑浇筑密实性，需要采用C40的微膨胀细石混凝土；

• ? 第二次是柱脚螺栓和加劲板的包覆，在地面以下，采用了C30的混凝土，还要配抗裂钢筋；

• ? 第三次是钢柱根部的保护包覆，需要采用C20的混凝土，包覆到地面以上不小于150mm的范围；

这么一来，每个柱脚的混凝土量都很少，但是支模浇筑混凝土的工序变得繁琐，很是费工。

小结

在日本地震频发的地区，类似下图所示的钢柱脚已经普遍应用，形成了很标准的做法。

半刚性平板式柱脚▲

这种平板式的做法构造简单，对基础影响小，建筑构造处理方便，国内钢结构专家也早有研究。

这种柱脚，需要采用半刚性的节点设计方法，然后就会使得计算模型变得较为复杂，需要定义不同的柱脚节点的转动刚度，这会影响到结构自重周期、梁柱的弯矩分配和钢柱的计算长度等。

同时影响柱脚的转动刚度的因素也很多，除了底板厚度、螺栓规格，还有底板下后浇混凝土的质量、螺栓孔预留的大小、螺栓的预紧力。

所以这个看似不大的改变，结果是增加了设计一系列的难度，对设计和施工都提出了系统性的挑战，不利于，在现有的平均技术水平下，快速设计和快速施工。

也可能是因为这些原因，使得这种做法虽然已经做了很多研究，但还是没有写入规范。