一、鋼柱柱腳形式的分類

剛性固定柱腳：

1)埋入式柱腳；

2)外包式柱腳；

3)插入式柱腳；

鉸接柱腳：

外露式柱腳；

二、埋入式柱腳

2.1、基本概念：

所謂埋入式柱腳是指將鋼柱底端直接埋入混凝土基礎筏板、地基梁或地下室墻體內的一種剛性連接的柱腳。其特點是埋入相對自身絕對剛性的基礎中而形成剛性固定柱腳節點。這種柱腳構造可靠，常用于高層鋼結構框架柱的柱腳。

2.2、埋入式柱腳的受力特點

(1)柱的軸向壓力N，由鋼柱的柱腳底板直接傳遞給鋼筋混凝土基礎；柱的軸向拉力，則是通過柱腳底板懸出部分將其上部混凝土的反向壓力傳遞給基礎，或經由錨栓(底腳螺栓)直接傳給基礎。

(2)柱的彎矩M有兩種傳遞方式：

a、均由H型鋼柱翼緣上的抗剪圓柱頭焊釘傳遞給基礎，在實際工程設計中大多采用該方法。(也有研究說：該形式的柱腳中栓釘的作用不大，內力的傳遞主要是下述方式。)

b、依靠鋼筋混凝土對鋼柱翼緣的側向承壓力所產生的抵抗拒來傳遞給基礎。

(3)柱腳頂部的水平剪力V由鋼柱翼緣與基礎混凝土側向承壓力來傳遞。

由于目前還沒有能力考慮的有利因素如下：

(4)鋼柱翼緣與基礎混凝土在側向承壓應力狀態下，由于鋼柱翼緣與混凝土摩擦而產生的抵抗力，設計時不考慮。

(5)鋼柱翼緣與基礎混凝土之間的粘結作用設計時不考慮。

(6)在確定埋入鋼柱周邊對稱配置的垂直縱向鋼筋面積時，不考慮由鋼柱承擔的彎矩。

埋入式柱腳的埋深與構造示意圖如下：

2.3、埋入式柱腳一般構造要求及部分細部設計計算

2.3.1、埋入式柱腳的鋼柱埋入基礎的深度一般可以在以下范圍內采用(hc為鋼柱截面的高度或管徑)：

a、輕型工字鋼截面柱： H=(2.0~2.5)hc；

b、圓管形截面柱和箱型截面鋼柱：H=(2.5~3.0)hc。

2.3.2、埋入式柱腳，在鋼柱埋入部分的頂部，應設置水平加勁肋或橫隔板；對H型截面柱，其水平加勁肋外伸寬度的寬厚比應不大于9(235/fay)?，對于箱型截面柱，其內部橫隔板的寬厚比應不大于30(235/fay)?，

2.3.3、埋入式柱腳在鋼柱的埋入部分，應設置圓柱頭抗剪栓釘，栓釘的數量和布置，應按計算要求確定。H型截面柱強軸左右兩側的翼緣、箱型截面柱兩軸的每側、圓管形截面柱兩軸的每側(90度扇面)，其栓釘數目不宜小于8φ16，栓釘水平和豎向中心距均不應大于200mm，栓釘豎向中心距不宜小于6d，橫向間距不宜小于4d，栓釘外表面至鋼柱翼緣側邊的距離不應小于20mm；栓釘的直徑不應小于φ16(常用φ19)，栓釘長度宜取4~6倍栓釘直徑。

2.3.4、埋入式柱腳鋼柱腳底板的長和寬，按柱的軸力根據下式計算確定，同時應滿足構造要求；N / (L*B) ≦ fc (N為柱軸力，fc為混凝土軸心抗壓強度設計值)；一般鋼柱腳底板的厚度不小于鋼柱較厚板件厚度，且不小于20mm，同時應符合下式要求：t≥(6Mmax/f) ?.(式中，Mmax―根據鋼柱腳底板與基礎間的壓應力和鋼柱腳底板的支承條件所確定的柱腳底板的最大彎矩。)

2.3.5、鋼柱腳底板當需要錨栓固定時，錨栓的錨固深度應不小于25d；錨栓一般僅作安裝固定之用。

2.3.6、鋼柱腳埋入部分的外圍混凝土內應配置豎向鋼筋以形成暗柱，暗柱截面可為鋼柱邊長加300mm，其配筋率應不小于0.2%，豎向鋼筋沿周邊的間距應不大于200mm，四根角筋的直徑應不小于φ20，每邊中間的附加鋼筋應不小于φ16，箍筋一般取φ10@100，靠近基礎頂面應增設三道φ12@50加強箍筋，豎向鋼筋應錨入柱腳底板下不少于35d。

柱腳一側豎向鋼筋(主筋)的截面面積As應按下式驗算：

As = M / (d*fsy) ; M=M1+V*h

式中： M ―作用于鋼柱柱腳底部的彎矩設計值；

M1 ―作用于鋼柱埋入處頂部的彎矩設計值；

V ―作用于鋼柱埋入處頂部的水平剪力設計值；

h ―鋼柱的埋深；

d ―受拉側與受壓側豎向鋼筋合力點間的距離；

fsy ―鋼筋的抗拉強度設計值；

三、外包式柱腳

3.1、基本概念：

所謂外包式柱腳是指將鋼柱底板放置基礎面上，再由基礎伸出鋼筋混凝土短柱將鋼柱柱腳澆筑包裹住成為一個整體。如下圖所示：

3.2、外包式柱腳的受力特點

(1)柱的軸向壓力N，由鋼柱的柱腳底板直接傳遞給鋼筋混凝土基礎；柱的軸向拉力，則是通過柱腳底板懸出部分和錨栓傳給基礎。

(2)柱的彎矩由鋼柱翼緣的栓釘傳遞給包腳鋼筋混凝土短柱，并由鋼筋混凝土短柱傳遞至基礎。因此，在外包式柱腳中栓釘起著重要的傳力作用。同時，短柱配筋由彎矩的大小決定，但是在計算短柱垂直縱向主筋的配置時，不考慮鋼柱承擔的內力。

(3)包腳處頂部的水平剪力由包腳混凝土和短柱箍筋共同承擔。栓釘起著重要的傳力作用。

3.3、外包式柱腳一般構造要求及部分細部設計計算

3.3.1、鋼柱柱腳外包混凝土短柱的高度一般可以在以下范圍內采用(hc為鋼柱截面的高度或管徑)：

a、輕型工字鋼截面柱： H=(2.0~2.5)hc；

b、圓管形截面柱和箱型截面鋼柱：H=(2.5~3.0)hc。

3.3.2、外包式柱腳鋼柱在短柱的頂部，同樣應設置水平加勁肋或橫隔板；對H型截面柱，其水平加勁肋外伸寬度的寬厚比應不大于9(235/fay)?，對于箱型截面柱，其內部橫隔板的寬厚比應不大于30(235/fay)?，

3.3.3、外包式柱腳鋼柱在混凝土短柱部分，應設置圓柱頭抗剪栓釘，栓釘的數量和布置，應按計算要求確定。H型截面柱強軸左右兩側的翼緣、箱型截面柱兩軸的每側、圓管形截面柱兩軸的每側(90度扇面)，其栓釘數目不宜小于8φ16，栓釘水平和豎向中心距均不應大于200mm，栓釘豎向中心距不宜小于6d，橫向間距不宜小于4d，栓釘外表面至鋼柱翼緣側邊的距離不應小于20mm；栓釘的直徑不應小于φ16(常用φ19)，栓釘長度宜取4~6倍栓釘直徑。

栓釘數量計算公式如下：

n≥Nf/Nv ; Nf=M/hc; Nv=0.43As(Ec*fc) ? ≤0.7As*γ*f;

上式中各符號的含義：

n ―理論計算所需栓釘最少數量;

Nf ―由于彎矩M的作用，在混凝土內部鋼柱單側翼緣產生的軸向壓(拉)力；

M ―作用于鋼柱包腳頂部的彎矩；

hc ―包腳鋼柱的截面高度；

Nv ―一個圓柱頭焊接栓釘受剪承載力設計值；

As ―一個圓柱頭栓釘截面面積；

Ec ―混凝土的彈性模量；

fc ―混凝土的軸心抗壓強度設計值；

f ―栓釘所用材料的抗拉強度設計值；

3.3.4、外包式柱腳鋼柱腳底板的長和寬，按柱的軸力根據下式計算確定，同時應滿足構造要求；N / (L*B) ≦ fc (N為柱軸力，fc為混凝土軸心抗壓強度設計值)；一般鋼柱腳底板的厚度不小于鋼柱較厚板件厚度，且不小于20mm，同時應符合下式要求：t≥(6Mmax/f) ?.(式中，Mmax―根據鋼柱腳底板與基礎間的壓應力和鋼柱腳底板的支承條件所確定的柱腳底板的最大彎矩。)

3.3.5、鋼柱腳底板固定錨栓一般僅作安裝固定之用，錨栓的錨固深度應不小于25d。

3.3.6、外包式鋼柱腳翼緣外側混凝土保護層的厚度不應小于200mm，短柱的截面可為鋼柱邊長加200mm，其配筋率應不小于0.2%，豎向鋼筋沿周邊的間距應不大于200mm，四根角筋的直徑應不小于φ20，每邊中間的附加鋼筋應不小于φ16，箍筋一般取φ10@100，靠近基礎頂面應增設三道φ12@50加強箍筋，豎向鋼筋應錨入柱腳底板下不少于35d。

柱腳一側豎向鋼筋(主筋)的截面面積As應按下式驗算：

As = M / (d*fsy) ; M=M1+V*h

式中： M ―作用于鋼柱柱腳底部的彎矩設計值；

M1 ―作用于鋼柱埋入處頂部的彎矩設計值；

V ―作用于鋼柱埋入處頂部的水平剪力設計值；

h ―鋼柱的埋深；

d ―受拉側與受壓側豎向鋼筋合力點間的距離；

fsy ―鋼筋的抗拉強度設計值；

四、插入式柱腳

4.1、基本概念：

所謂插入式柱腳是指將鋼柱腳插入混凝土杯口基礎內，采用二次澆灌微膨脹細石混凝土固定，其構造簡單，節約鋼材，安全可靠，施工方便等優點。插入式柱腳一般僅用于單層鋼結構工業廠房，不適合高層建筑鋼結構。

4.2、插入式柱腳的受力特點

其受力特點同外包式柱腳，僅是施工順序有別。

4.3、插入式柱腳一般構造要求及部分細部設計計算

除其混凝土杯口構造有別外，其它基本和外包式柱腳相似。

4.4、高杯口基礎短柱構造

高杯口基礎短柱的縱向鋼筋,除滿足計算要求外，還應滿足下列構造要求：

4.4.1、短柱四角縱向鋼筋的直徑不宜小于20mm，并延伸至基礎底板的鋼筋網上。大噸位吊車的雙肢柱短柱四角縱向鋼筋的直徑不宜小于25mm

4.4.2、短柱長邊的縱向鋼筋，當長邊尺寸小于1000mm時，其鋼筋直徑不應小于12mm，間矩不應大于200mm，當長邊尺寸大于或等于1000mm時，其鋼筋直徑不應小于16mm，間距不應大于200mm，且每隔一米左右伸下一根并作150mm的直鉤支承在基礎底部的鋼筋網上，其余鋼筋錨固至基礎底板頂面下la處。

4.4.3、短柱短邊每隔200mm應配置直徑不小于16mm的縱向鋼筋，且每邊的配筋率不少于0.05%短柱的截面面積。

4.4.4、短柱中的箍筋直徑不應小于8mm，間距不應大于150mm；當抗震設防烈度為8度和9度時，箍筋直徑不應小于8mm，間距不應大于100mm；在靠近短柱頂面處應增設三道加強箍筋3Φ10@50。

4.4.5、短柱頂面焊接鋼筋網：當短柱長邊尺寸小于或等于1000mm時，其鋼筋直徑不應小于12mm；當短柱長邊尺寸大于1000mm、小于1500mm時，其鋼筋直徑不應小于14mm；當短柱長邊尺寸大于1500mm、小于2000mm時，其鋼筋直徑不應小于16mm。

4.4.6、對H型截面鋼柱，其插入深度一般可在(2.0~2.5)倍柱截面高范圍內采用。實腹式鋼柱采用插入式柱腳的埋入深度，不得小于鋼柱截面高度的2倍；同時應滿足《建筑抗震設計規范》9.2.13條計算式：d≥(6M/bf*fc)?的要求。[式中d——柱腳埋深；M——柱腳全截面屈服時的極限彎矩；bf——柱在受彎方向截面的翼緣寬度；fc——基礎混凝土軸心受壓強度設計值]

4.4.7、高杯口基礎的杯壁厚度t按照《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007--2002)表8.2.6取值。

4.4.8、鋼柱(包括雙肢鋼柱)與高杯口基礎的連接，應符合上述第4.4.6條插入深度的規定。杯壁厚度符合上述第4.4.7條的規定且符合下列條件時,杯壁和短柱配筋，可按上述第4.4.1~4.4.5條的構造要求進行設計。

(1)、起重機起重量小于或等于75t,軌頂標高小于或等于14m,基本風壓小于0.5kPa的工業廠房,且基礎短柱的高度不大于5m.；

(2)、起重機起重量大于75t，基本風壓大于0.5kPa，且符合下列表達式(對截面短軸而言，鋼筋混凝土短柱的剛度大于等于插入鋼柱剛度的十倍)：

E2* I2 / E1* I1≥10

式中：

E1---鋼柱的彈性模量；

I1---鋼柱對其截面短軸的慣性矩；

E2---短柱的鋼筋混凝土彈性模量；

I2---短柱對其截面短軸的慣性矩。

4.4.9、當不符合第4.4.8條構造配筋條件的要求時，鋼筋混凝土短柱應按計算要求配筋，其受力側縱筋單邊配筋率應不小于0.2%，箍筋應沿短柱全長加密為@100，箍筋直徑不小于φ8(七度以上抗震設防不小于φ10)

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總結

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